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3、為什么一些研究低估儲能需求

根據(jù)對現(xiàn)有一些研究報(bào)告的分析，這些研究對于歐洲儲能市場通常缺乏全面的研究，包括基于電力系統(tǒng)需求的所有儲能技術(shù)選擇。而考慮到最新的成本預(yù)測、修訂的氣候目標(biāo)，以及減少對化石天然氣進(jìn)口依賴的重要性以確保歐盟的能源獨(dú)立和供應(yīng)安全，以下部分確定了必須更新和考慮的關(guān)鍵因素，以準(zhǔn)確反映2030年和2050年的儲能需求。

3.1、氣候和行業(yè)目標(biāo)與儲能目標(biāo)不一致

在電力系統(tǒng)規(guī)劃中必須考慮所有現(xiàn)有和擬議的行業(yè)目標(biāo)，并且應(yīng)該不斷更新以調(diào)整未來電力系統(tǒng)的所有政治、市場和技術(shù)方面的目標(biāo)。歐盟最近提供的REPowerEU計(jì)劃將可再生能源發(fā)電份額提高到45%，這將導(dǎo)致更大的系統(tǒng)靈活性需求，其中包括儲能系統(tǒng)。此外，在2020年歐盟氫能戰(zhàn)略中制定的氫能目標(biāo)已經(jīng)設(shè)定了部署40GW氫氣電解槽的目標(biāo)，到2030年在歐盟生產(chǎn)高達(dá)1000萬噸氫氣（約330TWh）。在REPowerEU計(jì)劃中進(jìn)一步增加到60GW以上。除了實(shí)現(xiàn)最初修訂的目標(biāo)之外，這還需要獲得大量額外的可再生能源電力。因此必須清楚地了解如何將可再生能源的電力分配給制氫行業(yè)，以便準(zhǔn)確地確定電力系統(tǒng)需求和所需的儲能技術(shù)，以提供系統(tǒng)靈活性和能量轉(zhuǎn)換服務(wù)，支持整合更多的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電。其整體方法對于調(diào)整各行業(yè)領(lǐng)域的目標(biāo)以及考慮所有變量的情況下確定電力系統(tǒng)的需求至關(guān)重要。

3.2、當(dāng)今高電價(jià)：迫切需要減少對天然氣發(fā)電的依賴

《歐洲氣候法》設(shè)定了具有約束力的目標(biāo)，與1990年的水平相比，歐洲到2030年的溫室氣體凈排放量需要減少55%以上。如果沒有大幅減少化石燃料發(fā)電量，歐洲就無法實(shí)現(xiàn)其氣候目標(biāo)。隨著可再生能源滲透率的增長以及燃煤發(fā)電廠等傳統(tǒng)可調(diào)度發(fā)電資產(chǎn)的退役和淘汰，對靈活備用發(fā)電的需求變得越來越重要。雖然天然氣峰值發(fā)電廠可用于可調(diào)度發(fā)電，以彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電量不足的情況，但逐步淘汰化石燃料發(fā)電資產(chǎn)（例如燃煤發(fā)電廠）可以成功地遵循歐洲的氣候目標(biāo)可持續(xù)地減少溫室氣體排放。如果考慮更高的二氧化碳價(jià)格、原產(chǎn)地保證和二氧化碳證書，這種前景可能會改變，從而使儲能技術(shù)在減少溫室氣體排放方面發(fā)揮的重要作用得到認(rèn)可。雖然可以為天然氣發(fā)電廠添加碳捕集利用和儲存（CSS）設(shè)施，但其捕集效率并沒有那么高，而且碳捕集利用和儲存（CSS）設(shè)施還增加了天然氣發(fā)電廠的投資成本和資本密集度，通常需要將其安裝在靠近二氧化碳儲存或使用設(shè)施的地方。這也沒有消除歐洲依賴第三方進(jìn)口天然氣的問題，如今人們看到這一問題的災(zāi)難性影響。天然氣的極端成本推高了電價(jià)，而依賴進(jìn)口天然氣是歐盟供應(yīng)安全的一個(gè)嚴(yán)重問題，必須將這一問題視為降低天然氣發(fā)電廠靈活性的驅(qū)動因素。歐洲必須消除對外部進(jìn)口化石燃料的依賴，并建立可靠的本地能源供應(yīng)。

如今，可能會解決這個(gè)問題，通過最大限度地提高可再生能源的發(fā)電量，以及部署更多的儲能系統(tǒng)，將最大限度地減少棄電，并使用當(dāng)今可用的能源技術(shù)創(chuàng)建低排放、可調(diào)度的備用能源。此外，使用熔鹽儲能、液化空氣儲能、壓縮空氣儲能、抽水蓄能設(shè)施等長時(shí)儲能技術(shù)提供關(guān)鍵的系統(tǒng)慣性和額外的電網(wǎng)穩(wěn)定性。使用電池儲能系統(tǒng)、并網(wǎng)電源率轉(zhuǎn)換器、HDVC提供近瞬時(shí)的電力輸出，在電力系統(tǒng)頻率在5毫秒的時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生變化的情況下復(fù)制慣性。而儲能系統(tǒng)已經(jīng)成為美國天然氣峰發(fā)電廠的可行替代方案。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）最近的一項(xiàng)研究表明，通過減少化石燃料發(fā)電廠啟動和相關(guān)排放，以及增加對低碳資源的使用，儲能系統(tǒng)將在未來的電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。同樣，在澳大利亞，基于成本、靈活性、電網(wǎng)服務(wù)和減少碳排放，大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)現(xiàn)在成為提供峰值電力服務(wù)的首選技術(shù)。長時(shí)儲能（LDES）技術(shù)也被證明是英國在2035年替代50 TWh以上天然氣發(fā)電的替代方案。歐洲儲能協(xié)會的這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，如果引入分布式配電系統(tǒng)，2035年的電力系統(tǒng)總成本可以減少11.3億英鎊（2.5%）。

3.3、通過能量轉(zhuǎn)換最大限度地減少削減

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電量超過需求時(shí)，就會出現(xiàn)棄電的情況，這導(dǎo)致多余的電力被浪費(fèi)?；蛘?，當(dāng)電力系統(tǒng)容量受到限制時(shí)，必須對可再生能源發(fā)電量進(jìn)行調(diào)度，這意味著必須削減電力。當(dāng)減少可再生能源電力時(shí)，通常需要增加天然氣發(fā)電量以滿足需求。例如在愛爾蘭，由于電力系統(tǒng)限制，2020年11.4%的可用風(fēng)電(1,448GWh)被削減。隨著越來越多的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電設(shè)施上線運(yùn)營，這一數(shù)字逐年增長。棄電不僅浪費(fèi)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的清潔能源，而且損失巨大。例如在英國，2020年超過3.6TWh的風(fēng)力發(fā)電量被削減，棄電損失超過11億英鎊。如果在需要時(shí)儲存和使用這些清潔能源的電力，可以為100多萬戶家庭全年供電。

儲能系統(tǒng)將能夠吸收多余的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電量，否則這些電力將被浪費(fèi)掉。因此，儲能系統(tǒng)可以通過轉(zhuǎn)移和存儲多余的電力，并使用這些電力來彌補(bǔ)傳統(tǒng)上由天然氣發(fā)電廠彌補(bǔ)的能源短缺，從而最大限度地減少棄電情況。通過這種方式，儲能系統(tǒng)可以最大限度地利用歐盟本身的可再生能源，并減少對進(jìn)口天然氣的依賴。能量轉(zhuǎn)換是由存儲能量并將該能量返回電力系統(tǒng)的儲能技術(shù) 提供的服務(wù)。這些儲能技術(shù)包括電池儲能系統(tǒng)和長時(shí)儲能系統(tǒng)（LDES）。長時(shí)儲能系統(tǒng)其中包括：抽水蓄能、重力儲能、壓縮空氣儲能（CAES）、液態(tài)空氣儲能（LAES）、熱儲能（顯熱、潛熱、熱化學(xué)）、化學(xué)儲能和電化學(xué)儲能（液流電池）。預(yù)計(jì)到2040年部署長時(shí)儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量將達(dá)到128～264GW。在這些儲能技術(shù)中，抽水蓄能是最成熟的一種長時(shí)儲能技術(shù)。而通過傳統(tǒng)的水力發(fā)電設(shè)施改造成抽水蓄能發(fā)電設(shè)施，儲能容量的增長潛力巨大。這些使用現(xiàn)有水壩改造的資本支出與從頭開始建造抽水蓄能發(fā)電設(shè)施相比要低得多。預(yù)計(jì)到2030年全球?qū)⒂?5GW以是的抽水蓄能發(fā)電設(shè)施，與現(xiàn)在運(yùn)營的抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的裝機(jī)容量相比將增長約10%。此外，獲得歐盟委員會資助的由主要?dú)W洲利益相關(guān)者組成的財(cái)團(tuán)eStorage Project的一項(xiàng)聯(lián)合研究確定了2291GWh的可開發(fā)場地，這些場地通常具有現(xiàn)有水庫，用于新建抽水蓄能發(fā)電設(shè)施。抽水蓄能發(fā)電設(shè)施必須被視為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，具有良好的業(yè)績記錄，但在當(dāng)今的電力系統(tǒng)和儲能規(guī)劃中往往沒有得到足夠的認(rèn)可。

能量轉(zhuǎn)換技術(shù)有以下一些優(yōu)勢：

（1）歐盟能源供應(yīng)安全在未來將依靠歐盟生產(chǎn)并儲存的可再生能源電力。通過這種方式，可以消除對第三方電力或天然氣進(jìn)口的依賴，避免電力和天然氣價(jià)格上漲。例如，在夏季存儲的清潔能源電力可以在冬季提供峰值容量，而不再使用天然氣峰值發(fā)電廠的電力。

（2）通過儲存原本會被削減以緩解電網(wǎng)擁塞的可再生能源電力或使用這種能源來彌補(bǔ)通常由成本高昂并且污染嚴(yán)重的天然氣發(fā)電廠所彌補(bǔ)的電力短缺，從而最大限度地減少削減和重新調(diào)度的成本。

（3）用低排放的儲能解決方案替代天然氣發(fā)電廠等化石燃料發(fā)電廠的靈活性來源，減少對額外調(diào)峰發(fā)電的需求，同時(shí)根據(jù)歐盟氣候目標(biāo)減少溫室氣體排放。與排放二氧化碳并需要部署碳捕獲和儲存(CCS)的燃?xì)夥逯蛋l(fā)電廠相比，儲能系統(tǒng)提供了一種模塊化、低排放的替代方案。

（4）儲能系統(tǒng)可以最大限度地利用現(xiàn)有可再生能源的電力，通過儲存并在需要時(shí)使用這些多余的能源，進(jìn)一步減少對化石能源的依賴。

（5）支持電網(wǎng)約束管理，通過儲能系統(tǒng)將電力供應(yīng)從擁塞時(shí)段轉(zhuǎn)移到非擁塞時(shí)段，減少建設(shè)電網(wǎng)的數(shù)量和成本。

（6）提供不同持續(xù)時(shí)間的儲能服務(wù)（日內(nèi)、日間和季節(jié)性），有助于在較低發(fā)電量（例如風(fēng)力不足或陽光不足的時(shí)期）或較高需求（例如供暖需求上升時(shí)的冬天）的較長時(shí)期內(nèi)平衡電力系統(tǒng)。

3.4、成本預(yù)測和技術(shù)成熟度數(shù)據(jù)不能反映實(shí)際情況

對于成本的假設(shè)和評估特別重要，因?yàn)樗鼈兪谴_定當(dāng)今電力系統(tǒng)模型中未來儲能部署需求的關(guān)鍵驅(qū)動因素。如果預(yù)測成本很高，某些儲能技術(shù)將不包括在內(nèi)，但是當(dāng)前的成本預(yù)測和技術(shù)創(chuàng)新不斷變化，必須保持相關(guān)性并與電力系統(tǒng)模型保持同步。一些儲能技術(shù)還必須因其為電力系統(tǒng)帶來的價(jià)值而得到認(rèn)可，其中選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括能源安全、低排放和最小化棄電的好處。長時(shí)信分冊委員會凈零根據(jù)儲能系統(tǒng)充電時(shí)間、8～24小時(shí)和>24小時(shí)（一些儲能技術(shù)的持續(xù)時(shí)間就在這兩個(gè)范圍之間）來研究新型長時(shí)儲能技術(shù)的成本和性能數(shù)據(jù)。在未來的預(yù)測中，資本支出成本預(yù)計(jì)將下降60%。這可以通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本來實(shí)現(xiàn)，就像風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電等類似的突破性技術(shù)一樣。這需要投資信號來促進(jìn)其大規(guī)模部署，這也取決于有利的政策和立法。電力系統(tǒng)模型應(yīng)該考慮到這種不確定性，因?yàn)榧夹g(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好部署，但受到成本假設(shè)的限制，這反過來意味著它們不被認(rèn)為是一種在未來可行的解決方案。

3.5、部門整合和季節(jié)性儲能注意事項(xiàng)

建筑物、企業(yè)和工業(yè)的供暖和制冷消耗了歐盟約一半的能源。熱儲能可以提供重要的靈活性杠桿，幫助平衡能源的需求和供應(yīng)，特別是在長期季節(jié)性時(shí)間尺度上，這對于平衡2050年的高可再生能源至關(guān)重要。歐洲儲能協(xié)會對于評估蓄熱技術(shù)在可持續(xù)歐洲能源未來情景中的潛在作用進(jìn)行了一些研究。在最近的歐盟情景研究中，其重點(diǎn)通常放在電池儲能系統(tǒng)和氫氣儲能選項(xiàng)上，而忽略了其他儲能技術(shù)的潛力。例如，高溫地下熱儲能(HT-UTES)和其他熱化學(xué)儲能技術(shù)通過行業(yè)部門的整合可以為電力部門提供有價(jià)值的服務(wù)，因?yàn)樗ㄟ^電力生產(chǎn)和供熱需求提供季節(jié)性的能源。它是少數(shù)可以在季節(jié)性時(shí)間尺度上每個(gè)周期存儲高達(dá)數(shù)十吉瓦時(shí)能量的長時(shí)儲能技術(shù)之一，見圖8。


圖8 根據(jù)功率(W)和充電和放電的相關(guān)時(shí)間尺度映射的電力系統(tǒng)服務(wù)和儲能選項(xiàng)。顏色表示儲能技術(shù)在哪個(gè)能源系統(tǒng)中實(shí)施：藍(lán)色為電網(wǎng)，綠色為天然氣發(fā)電設(shè)施；橙色為熱儲能。

熱儲能(TES)技術(shù)正在快速發(fā)展，可以在工業(yè)中提高可再生能源發(fā)電份額，并促進(jìn)回收原本會浪費(fèi)的熱量。它們還可以在改造現(xiàn)有的化石燃料發(fā)電廠方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。高溫地下熱儲能(HT-UTES)技術(shù)在未來能源場景和電力系統(tǒng)規(guī)劃中的整合，將展示其在熱力部門脫碳和電力部門受益方面的關(guān)鍵作用。

3.6、考慮極端天氣事件和足夠的時(shí)間分辨率

如果長期沒有足夠的陽光或風(fēng)力，這個(gè)電力不平衡時(shí)期可能會持續(xù)數(shù)天甚至數(shù)周的時(shí)間]。例如與北海和波羅的海接壤的歐盟成員國，在每年11月至1月，電力短缺的時(shí)間平均為50～100小時(shí)。而儲能技術(shù)在這一時(shí)間將會發(fā)揮重要的作用，可以為電網(wǎng)應(yīng)對極端天氣事件增強(qiáng)彈性。研究人員最近開始量化儲能系統(tǒng)在增強(qiáng)電網(wǎng)彈性方面帶來的價(jià)值，并且在某些情況下，儲能系統(tǒng)的放電持續(xù)時(shí)間長達(dá)數(shù)十小時(shí)，足以在斷電期間為用戶提供電力。這一功能在傳統(tǒng)上由化石燃料發(fā)電設(shè)施提供，然而，對可靠性、燃料供應(yīng)和成本的擔(dān)憂正在推動醫(yī)院、數(shù)據(jù)等場所的運(yùn)營商中心和廢水處理設(shè)施對于替代備用電源方案的需求。儲能系統(tǒng)可以發(fā)揮這一作用，并具有通過參與其他市場（例如儲能市場）提供額外收入的潛力。而其電力系統(tǒng)模型應(yīng)反映極端天氣事件的真實(shí)歷史氣象數(shù)據(jù)，以便解決能源短缺問題。

同樣重要的是，在電力系統(tǒng)模型中捕獲所有短期和長期的靈活性需求，以準(zhǔn)確反映儲能系統(tǒng)在所有時(shí)間尺度上可以提供的所有服務(wù)，特別是對于持續(xù)時(shí)間小于1小時(shí)的儲能系統(tǒng)。由于模型復(fù)雜性和計(jì)算成本，其模型中通常不包括<1小時(shí)的時(shí)間分辨率。這忽略了儲能系統(tǒng)的重要應(yīng)用窗口，這些儲能系統(tǒng)提供關(guān)鍵系統(tǒng)服務(wù)，包括實(shí)時(shí)頻率響應(yīng)和平衡供需。在通常情況下，其模型只運(yùn)行某一個(gè)年份或某一時(shí)期，這并不能保證電力系統(tǒng)在最糟糕的年份的電力充足性。其模型應(yīng)該謹(jǐn)慎進(jìn)行前瞻性優(yōu)化，并允許將不確定性考慮到分析中。

3.7、通過儲能系統(tǒng)最大限度地利用現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施

雖然擴(kuò)大電網(wǎng)容量規(guī)?？梢越档碗娋W(wǎng)擁塞的風(fēng)險(xiǎn)，但這是一個(gè)需要長期規(guī)劃的資本密集型過程。輸電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的許可要求和復(fù)雜性可能導(dǎo)致項(xiàng)目延遲甚至取消。由于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電項(xiàng)目選址在風(fēng)能和太陽能資源最豐富的地方，這通常位于偏遠(yuǎn)或沒有建設(shè)輸電線路的地區(qū)。因此，電網(wǎng)迅速變得擁塞，在某些情況下，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電量被迫削減，因?yàn)樗鼈兊碾娏o法輸送到負(fù)荷中心。有些研究報(bào)告高估了將電力輸送到歐盟其他地區(qū)的能力，低估了電網(wǎng)擁塞的嚴(yán)重程度，必須根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確解決。

可以最大限度地利用現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的儲能系統(tǒng)提供了一種解決方案，該解決方案允許大規(guī)模整合太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，而不會出現(xiàn)電網(wǎng)擁塞或重新調(diào)度的情況，避免或推遲了大型電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施投資，從而降低成本，但其部署取決于不同的國家和地區(qū)。例如，在澳大利亞，部署100MW的儲能系統(tǒng)將比傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電廠要節(jié)省兩年的時(shí)間，在此期間為特定州際線路的消費(fèi)者節(jié)省3400萬澳元的成本，其儲能系統(tǒng)沿輸電線路部署并運(yùn)行以注入或存儲電力，可以模仿輸電線路的電力流動，如圖9所示。以這種方式使用，儲能系統(tǒng)可以代替電力系統(tǒng)升級或必須改造的電力線路。根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)發(fā)布的調(diào)查報(bào)告，到2026年，全球?qū)﹄娋W(wǎng)投資延期的需求可能達(dá)到14.3GW，包括意大利和法國在內(nèi)的一些國家已經(jīng)在試行這些解決方案，以減少可再生能源發(fā)電設(shè)施的棄電情況。在電力系統(tǒng)規(guī)劃模型中應(yīng)考慮儲能系統(tǒng)的這種具有價(jià)值的應(yīng)用，因?yàn)樗赡芴峁┳畲笙薅鹊乩矛F(xiàn)有電力線路甚至優(yōu)化電網(wǎng)擴(kuò)展成本的機(jī)會。


圖9 通過部署儲能系統(tǒng)提高輸電網(wǎng)利用率

（未完待續(xù)）

原標(biāo)題：研究報(bào)告（二）：歐洲2030年及2050年儲能目標(biāo)研究