近兩年來，野火對美國，尤其是西海岸地區(qū)的電力供應造成了很大的威脅，出于對野火造成的電力短缺的擔心，美國的儲能規(guī)模持續(xù)增長。去年，加利福尼亞州儲能系統(tǒng)售出量就已經超過了1萬臺。今年，加州部分地區(qū)的儲能項目許可申請比2018年翻了一倍多。
據(jù)加州儲能聯(lián)盟(California Energy Storage Alliance，簡稱CESA)統(tǒng)計，過去10年間，美國可再生能源占比得到了很大提高，發(fā)電部門的碳排放量下降了29%，煤炭在電力結構中的比重從45%下降到了23%。天然氣的占比增加了約三分之一，從24%增加到38%，風能和光伏發(fā)電量分別從幾乎為零增加到7.3%和1.8%。
隨著可再生能源的普及，水電、風能、光伏等能源的間歇性仍在阻礙其進一步發(fā)展，而儲能的崛起成為解決這一難題的方案。美國儲能協(xié)會(U.S. Energy Storage Association, 簡稱ESA)認為，無論宏觀政策或經濟因素如何變化，從化石燃料向可再生能源轉型都是大勢所趨，而儲能在未來將發(fā)揮越來越大的作用。
1.85億美元或“砸向”儲能
在8月份以來的停電危機中，有部分觀點認為電力危機是由于目前過多的可再生能源發(fā)電造成的。“一些頭條新聞和專家的引述錯誤地將斷電歸咎于光伏發(fā)電，”加州光儲協(xié)會(California Solar & Storage Association)執(zhí)行董事Bernadette Del Chiaro說。相反，Del Chiaro認為，“如果不是電網(wǎng)上所有的光伏發(fā)電，周末的停電時間會更長、范圍更廣。我們需要的是更多的光伏發(fā)電與太陽能電池相結合，來覆蓋晚上的高峰負荷，而不是建造更多的化石燃料發(fā)電廠。”
自2001年電力危機以來，加州超過100萬個用戶安裝了共9吉瓦的光伏發(fā)電裝置。加州媒體The Desert Sun表示，如果沒有這些系統(tǒng)幫助降低下午3點(加州電力需求實際達到峰值的時間)的峰值需求，壓力會更大。
但CESA說，在加州，儲能只能提供少量的容量來滿足需求。根據(jù)美國加州電網(wǎng)運營商CAISO的統(tǒng)計，8月中旬大規(guī)模停電時，電力缺口在111兆瓦至4400兆瓦之間，而目前整個州僅有約200兆瓦的電網(wǎng)儲能(不包括抽水蓄能)。
根據(jù)密歇根大學的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年，美國的儲能裝機容量超過23.2吉瓦，而總裝機容量為1100吉瓦。全球儲能裝機容量總計為173.6吉瓦。
2020年，全球共有1355個儲能項目投入運營，40%正在運營的項目位于美國。加州以215個運營項目(4.2吉瓦)成為美國運營項目最多的州，其次是夏威夷、紐約和得克薩斯。
根據(jù)《美國復蘇和再投資法》，美國能源部可動用1.85億美元的資金，以支持16個容量超過530兆瓦的大型能源儲存項目。目前，儲能技術正在變得更加高效和經濟可行。一項研究發(fā)現(xiàn)，10年來，美國的能源儲存經濟價值高達2284億美元。
今年以來，美國各地尤其是加州接收到的儲能項目許可申請正在激增。在舊金山以北約80英里的Sonoma，據(jù)當?shù)毓賳T稱，今年上半年已經簽發(fā)了174份許可證，超過了2019年全年的161個。該地2018年發(fā)放了76份許可證，2017年則為47份。
目前，CAISO有超過216兆瓦正在運行的商業(yè)化儲能項目。如果所有項目如期完工，年底將達到923兆瓦，是2020年年初的6倍。CAISO首席執(zhí)行官Steve Berderich說，要想在2045年前實現(xiàn)加州無碳電網(wǎng)的目標，就需要部署總容量15吉瓦的儲能系統(tǒng)。加州儲能聯(lián)盟稱，未來兩到三年內，加州將有大約1吉瓦的儲能投入使用。同時，弗吉尼亞州和內華達州宣布了總計3.4吉瓦的長期儲能目標。
今年七月，由Switch和Capital Dynamics公司發(fā)起的“吉瓦1號”(Gigawatt 1)項目破土動工。該項目將是全球最大的用戶側光儲項目，總投資13億美元，將建設555兆瓦的光伏電站和800兆瓦時的電池儲能系統(tǒng)。Switch執(zhí)行副總裁Adam Kramer稱，該項目確保Switch的電力成本將保持在5美分/千瓦時的范圍內。
電池儲能“雄心”
通常，光伏和風力發(fā)電廠建在遠離人口中心的地方，需要通過遠距離輸電。而電池可以占用更少的土地，使它們能夠安裝在最需要它們的地方。
同時，由于鋰離子電池成本的下降，電池系統(tǒng)的成本在過去十年中大幅下降——2012年至2019年間下降了76%。
Capital Dynamics的董事總經理Benoit Allehaut說，該公司正在加州開發(fā)2吉瓦的獨立儲能設備，從2022年開始使用。“如果發(fā)生了火災導致停電，電池可以為需要的地方提供能源，而不受傳輸限制。”
七月底，特斯拉和PG&E最近在加州Moss Landing的一項創(chuàng)紀錄的鋰離子電池儲能系統(tǒng)已經破土動工，預計將于2021年第二季度開始運行。在高需求時期，該儲能系統(tǒng)將有能力以182.5兆瓦時的速率，可持續(xù)4個小時向電網(wǎng)輸送高達730兆瓦時的電力，而且經過升級后的系統(tǒng)可以達到1.1吉瓦時。特斯拉稱，這可以為舊金山的每個家庭供電6個小時。
而在加州圣迭戈，LS Power公司開發(fā)的Gateway儲能項目在九月份完成了建設，該項目容量為250兆瓦，是目前世界上最大的電池儲能項目。
根據(jù)2013年立法機關通過的加州儲能法案(AB 2514)，要求公用事業(yè)公司在2024年前提供至少1325兆瓦的可運行儲能能力，其中PG&E的份額為580兆瓦。
PG&E高級副總裁Fong Wan表示，電池儲能在提高電網(wǎng)效率和可靠性、減少對化石燃料發(fā)電的依賴方面發(fā)揮著不可或缺的作用，可以給用戶帶來更低的總體成本。
PG&E表示，除了增加其公用事業(yè)規(guī)模的電池儲能，它還將繼續(xù)幫助用戶安裝住宅和其他用戶側儲能系統(tǒng)。該公司表示，截止7月份，超過1萬名客戶(大部分是居民)已經安裝了電池儲能裝置，總容量約為140兆瓦。
Guidehouse Insights的研究分析師Ricardo Rodriguez表示，今年，美國各企業(yè)預計將在2020年在該公司所在地或其附近安裝220兆瓦的儲能設備，儲能容量將在2029年前翻兩番。
抽水蓄能仍是最大來源
不過，電池并不是儲能的唯一選擇，抽水蓄能發(fā)電也是儲能的重要來源。一些州也在關注發(fā)展抽水蓄能的可能性。今年早些時候，加州公共事業(yè)委員會(California Public Utilities Commission)宣布，到2026年建設約1吉瓦的抽水蓄能或類似的長期儲能資源。
截至2018年，抽水蓄能水電約占美國商業(yè)儲能容量的95%，全國裝機容量約為21.6吉瓦。不過專家們說，要找到合適的抽水蓄能電站的位置是非常困難的，這些電站規(guī)模巨大，依賴于山區(qū)等特定的地理位置，而且開發(fā)時間可能長達10年。
同時，抽水蓄能的發(fā)展將需要大量的開支，尤其是在修建水庫和發(fā)電廠方面，“一旦開始遠距離輸電，成本會開始大幅上升，”美國儲能項目開發(fā)商Daybreak Power首席執(zhí)行官 Jim Day說。不過他認為，盡管成本高昂，抽水蓄能電站仍然具有發(fā)展意義，因為它的使用壽命長，能夠提供幾十年的蓄水量。
2018年，美國能源部的一項研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)可再生能源發(fā)電量增長的模型，到本世紀中葉，美國水電裝機容量可能從2015年的101吉瓦增長到近150吉瓦，其中新增抽水蓄能容量為36吉瓦。分析認為，抽水蓄能具有內在靈活性及其提供所需運行儲備和提高電網(wǎng)可靠性的能力。
伍德麥肯茲儲能主管Daniel Finn-Foley說，抽水蓄能是目前正在使用的一種關鍵的技術，如果可以解決地理上的問題，將會有機會建造更多的抽水蓄能電站，因為這是一種大家都很了解的、有效的技術，可以儲存大量能源。
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