麻省理工学院：储能的未来

在利用高比例可变可再生能源 (VRE) 的深度脱碳能源系统中，当使用这些VRE资源发电时，需要储能系统的参与，以便在风光发电不够的情况下又能在电力需求高的情况下保持家庭用电和电力流动。《储能的未来》研究，明确了对储能的需求，并探索了使用 VRE 资源和储能的途径，从而实现到 2050 年电力系统的有效脱碳。

《储能的未来》是MIT的多学科报告，它敦促政府投资用于电力系统规划、运营和监管的复杂分析工具，以便有效地部署和使用储能。由于储能技术将能够替代或补充电力系统的所有其他要素，包括发电、输电和需求响应，因此这些分析工具在未来对电力系统设计人员、运营商和监管机构至关重要。该研究还建议在州和联邦层面的监管机构为补充人员配备和技能提升计划提供额外的支持。

储能的未来报告是一项为期三年的研究的成果，该研究探索了储能技术和政策的长期前景和建议。该报告是MIT“未来系列报告”的第九篇，前8个报告可以通过MIT官方网站下载，https://energy.mit.edu/studies-reports/

新的报告显示，储能系统使可靠电力系统的深度脱碳变得负担得起。

“传统上，化石燃料发电厂运营商在任何特定时刻都可通过调整流入电网的电力供应来响应电力需求，”MITEI 主任 Robert Armstrong 说，他也是MIT化学工程教授和储能未来研究的主席。“但风能和太阳能等 VRE 资源取决于每日和季节性变化以及天气波动，这些资源并不总是可以随时可满足电力的需求。我们的研究发现，储能可以帮助以 VRE 为主的电力系统平衡电力供需，同时以具有成本效益的方式保持其可靠性——这反过来又可以支持电力部门以外的诸多最终用途活动实现电气化。”

这项为期三年的研究旨在帮助政府、工业界和学术界制定一条开发和部署电能存储技术的道路，以鼓励整个经济领域实现电气化和脱碳，同时避免过度或不公平的负担。

MIT的研究侧重于美国的三个不同地区，表明不同地区需要采用不同的储能和电力系统设计方法。使用建模工具展望 2050 年，研究团队还关注了美国以外的新兴市场和发展中经济体 (EMDE)，特别是以印度为代表的国家。调查结果显示，储能在新兴发展中国家可以发挥强大的作用。由于这些国家整体经济的快速扩张，特别是空调等耗电产品的日益普及，预计这些国家的电力需求将在未来 30 年内大幅增长。该研究尤其提出要关注电池储能在一些缺乏低成本天然气且目前主要依赖煤炭发电的发展中国家的电网脱碳中可以发挥的关键作用。

报告研究发现，印度从中长期来看可再生能源与储能相结合的投资要比新的煤炭发电投资更受青睐，尽管现有的煤电厂可能会持续存在，只有出台碳定价等政策措施才可能迫使煤炭的退出。

MITEI 科技部副主任、报告作者之一Robert Stoner表示。“发展中国家是全球脱碳挑战的重要组成部分，我们的研究表明，这些国家可以在不牺牲经济发展和现代化的情况下，利用未来几十年不断下降的可再生能源和储能成本成为气候领导者。”

该研究考察了四种存储技术：电化学储能（electrochemical）、热储能（thermal）、化学储能（chemical）和机械储能（mechanical）。其中一些技术，如锂离子电池、抽水蓄能和一些热储能方法已经过验证并可用于商业部署。该报告建议政府将研发工作重点放在其他储能技术上，这些技术需要在 2050 年或更早之前得到进一步的开发，其中包括推进依赖地球丰富材料的替代电化学储能技术的项目。该报告提出了一些政府激励措施和机制，它们将奖励成功项目但又不干扰项目的管理。该报告还呼吁联邦政府对一些管理技术示范项目的规则做出改变，以启用更多的存储项目。报告认为，要求分摊成本以换取知识产权的政策，会阻碍知识的传播。该报告提倡示范项目的联邦需求与其他美国实体共享信息。

报告称，许多正逐步关闭的一些发电厂可以采用热储能技术和新的蒸汽发电机替换化石燃料锅炉，从而转变为有用的能源储存设施。这种改造可以使用商业上可用的技术来完成，并且可能对工厂所有者和社区具有吸引力——重新利用在电力系统脱碳时可能会被废弃的资产。

该研究还研究了氢气在未来储能中的应用，报告认为氢气用于储能前景可能取决于氢气在整体经济中的使用程度。报告指出，氢气的广泛使用将受到未来氢气生产、运输和储存成本以及氢气最终用途应用创新步伐等各个因素的推动。

MITEI 的研究预测，每小时批发价格的分布（distribution of hourly wholesale prices ）或每小时能源的边际价值（hourly marginal value of energy）将在深度脱碳的电力系统中发生变化——与今天的批发市场相比，价格非常低的时间段和高价的时间段会更多。因此，该报告建议系统采用零售定价（retail pricing）和零售负荷管理（retail load management）的方法选项，奖励所有消费者将电力使用从高批发价格（表稀缺）的时间段转移到低批发价格（表充足）的时间段。

《储能的未来》报告是对我们的能源基础设施脱碳和应对气候变化这一关键组成部分的重要分析。该报告的六个关键结论如下：

1、储能可实现电力系统的深度脱碳

储能是电力系统包括发电、输电和需求灵活性等各方面的潜在替代品或补充品。储能应与清洁发电、输电系统和策略共同优化，以奖励消费者使他们的用电更加灵活。

2、识别出“零”和“净零”排放之间的权衡

实现零排放（zero emissions）的目标比使用负排放技术实现 100% 减排的净零目标（net-zero goals）更加复杂和昂贵。追求电力系统的零排放而非净零排放目标，可能会导致高昂的电力成本，从而使到 2050 年实现全经济范围内的净零排放变得更加困难。

3、发展中国家是电力系统储能的重要市场

储能可以降低发展中国家经济体的电力成本，同时实现当地和全球的环境效益。较低的储能成本可提高电力成本的节约和环境效益。

4、投资分析资源和监管机构人员

为了与电力系统的其他要素共同优化储能，再加上不确定的气候变化对供需的影响，需要在分析工具方面取得进步，从而实现可靠和有效地规划、运营和调节未来的电力系统。几个重要的领域包括：系统稳定性和调度、资源充足性和零售率设计。此外，在面临新挑战的投资监管机构增加新的人员也很有必要。

5、长时储能需要得到联邦支持

锂离子电池广泛应用于汽车、消费电子产品，以及最近的电力储能系统。这些电池过后和未来一段时间可能会继续保持相对较高的每千瓦时电力存储成本，使其不适合支持可靠的脱碳电网可能需要的长时储能需求。因此美国联邦政府应优先支持长时储能技术，即使这些技术可能需要到 2030 年之后才能开发和部署。

6、奖励消费者更灵活地用电

风能和太阳能具有的间歇性特点以及通过电气化对其他部门进行脱碳的目标，使得采用定价和负荷管理这两种方法的好处日增，这两个方法奖励所有消费者以一定的灵活性从供需平衡紧张的时间段转移到电力使用丰裕的时间段。先进的计量和表后通信技术，使得州监管机构能够为住宅和小型商业消费者实施此类策略。

文章来源：原载于微信公众号“风能专委会CWEA”，本文转载自微信公众号“电能革新”，2022年07月16日（本文仅代表作者观点）