執(zhí)行摘要

電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (BESS) 可用于多種應(yīng)用，包括頻率調(diào)節(jié)、需求響應(yīng)、輸配電基礎(chǔ)設(shè)施延期、可再生能源整合和微電網(wǎng)。 不同的電池技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用，為公用事業(yè)服務(wù)、獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 (ISO) 服務(wù)、區(qū)域輸電組織 (RTO) 服務(wù)和消費(fèi)者服務(wù)提供各種好處。 本報(bào)告重點(diǎn)介紹正在部署的兩項(xiàng)主要技術(shù)：鋰離子電池和液流電池。

雖然每項(xiàng)技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，但鋰離子電池的增長(zhǎng)和成本下降最快，部分原因是電動(dòng)汽車(chē)的普及。 預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，鋰離子和液流電池技術(shù)的成本將顯著下降。 這些成本下降加上政策激勵(lì)措施將推動(dòng)公用事業(yè)、商業(yè)和工業(yè) (C&I) 消費(fèi)者以及住宅消費(fèi)者對(duì)電池存儲(chǔ)的需求增加，從而導(dǎo)致未來(lái)幾年電池市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)。 可變可再生能源發(fā)電的更高滲透率將推動(dòng)儲(chǔ)存無(wú)法使用時(shí)產(chǎn)生的電力的需求。 例如，當(dāng)需求通常較低時(shí)，風(fēng)能發(fā)電量往往在午夜最高。 存儲(chǔ)該能量以供在需求較高的白天使用的能力可以產(chǎn)生更多的風(fēng)能。 同樣，白天多余的太陽(yáng)能發(fā)電量可以儲(chǔ)存起來(lái)，以備晚上需求較高時(shí)使用。

正如本報(bào)告中的案例研究所強(qiáng)調(diào)的那樣，一些電力合作社目前正在部署 BESS。 電動(dòng)合作社對(duì)部署電池儲(chǔ)能的興趣正在增長(zhǎng)，并且隨著獲得更多經(jīng)驗(yàn)、成本持續(xù)下降以及技術(shù)進(jìn)步提高電池性能，這種興趣可能會(huì)加速增長(zhǎng)。 重要的挑戰(zhàn)依然存在，包括開(kāi)發(fā)可持續(xù)的商業(yè)和融資模式，克服技術(shù)性能的不確定性，確定全面和可靠的成本估算、保修和保險(xiǎn)，以及將電池儲(chǔ)能與現(xiàn)有公用事業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合。 其中一些挑戰(zhàn)將隨著技術(shù)的自然成熟而得到解決，而其他挑戰(zhàn)則需要更廣泛的努力來(lái)開(kāi)發(fā)有針對(duì)性的計(jì)劃、項(xiàng)目、工具和資源。

1：簡(jiǎn)介

由于電力系統(tǒng)的電力供需必須始終保持平衡，因此整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)能源生產(chǎn)必須始終與不斷變化的負(fù)載相匹配。 大規(guī)模經(jīng)濟(jì)型電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (BESS) 的出現(xiàn)現(xiàn)在可以成為這一平衡過(guò)程的主要貢獻(xiàn)者。 BESS 行業(yè)也在不斷發(fā)展，以提高新電池技術(shù)的性能和操作特性。

公用事業(yè)的儲(chǔ)能可以采用多種形式，抽水蓄能約占當(dāng)今現(xiàn)有儲(chǔ)能容量的 95%。 1 近年來(lái)，電池、飛輪、壓縮空氣和局部重力系統(tǒng)等其他技術(shù)已成為 研究與開(kāi)發(fā) (R&D) 和部署激增。 本報(bào)告的重點(diǎn)將放在固定式電化學(xué)電池上。 這涵蓋公用事業(yè)、C&I 和住宅級(jí)別的 BESS。

政策支持、公用事業(yè)和消費(fèi)者需求的增加以及電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的增長(zhǎng)都有助于電池成本下降和 BESS 整體產(chǎn)能增長(zhǎng)。 鋰離子 (liion) 電池已成為新 BESS 安裝的主要形式，這要?dú)w功于電池模塊成本的顯著下降、良好的性能特征、應(yīng)用的靈活性和高能量密度。

本文檔首先概述了固定式電化學(xué) BESS 應(yīng)用和技術(shù)，特別關(guān)注鋰離子和液流電池。 然后介紹了鋰離子和液流電池的近期成本趨勢(shì)，然后研究了各種采用驅(qū)動(dòng)因素和增長(zhǎng)預(yù)測(cè)。 最后，它提供了為各種應(yīng)用開(kāi)發(fā) BESS 的電力合作社示例。

2：儲(chǔ)能技術(shù)環(huán)境

本節(jié)概述了 BESS 的各種電網(wǎng)應(yīng)用。在文檔末尾，提供了電力合作網(wǎng)絡(luò)中這些應(yīng)用的幾個(gè)示例。 本節(jié)還介紹了用于與公用事業(yè)交互使用或由公用事業(yè)交互使用的電化學(xué)電池的主要技術(shù)。

網(wǎng)格應(yīng)用 

大多數(shù) BESS 項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)時(shí)都考慮了主要應(yīng)用程序。 但是，可以通過(guò)針對(duì)多個(gè)應(yīng)用程序和用例優(yōu)化 BESS 來(lái)提取附加值。 2 這個(gè)想法被稱為價(jià)值疊加。 還有一些其他應(yīng)用程序在未來(lái)可能會(huì)變得更加重要，但當(dāng)今最常見(jiàn)的應(yīng)用程序包括：

? 需求側(cè)管理/削峰填谷：在需求高峰期使用儲(chǔ)能減少電力需求，在需求低谷期充電。 這可以由客戶或公用事業(yè)公司實(shí)施。

? 電力服務(wù)可靠性/彈性：在停電期間提供備用電源，包括與分布式電源的集成。

? 能源套利：低價(jià)購(gòu)買(mǎi)錯(cuò)峰電力給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，以便在購(gòu)電價(jià)格高時(shí)使用或出售儲(chǔ)存的能量。 這有時(shí)被稱為電能時(shí)移。

? 快速響應(yīng)頻率調(diào)節(jié)：管理控制區(qū)域之間的交換流量，以將頻率保持在容差范圍內(nèi)。 FERC Order 755 將儲(chǔ)能作為頻率調(diào)節(jié)的一種選擇，允許在市場(chǎng)上為儲(chǔ)能的快速響應(yīng)以維持系統(tǒng)頻率的輔助服務(wù)支付溢價(jià)。

? 微電網(wǎng)：使用可調(diào)度和不可調(diào)度的發(fā)電機(jī)，通常與儲(chǔ)能相結(jié)合，以產(chǎn)生能量以分配給可以有意從較大電網(wǎng)中分離出來(lái)的一組本地負(fù)載。 這通常是為了能源彈性或經(jīng)濟(jì)優(yōu)化目的而完成的。

? 離網(wǎng)系統(tǒng)：這適用于未連接到公用電網(wǎng)的系統(tǒng)。 這些范圍從太陽(yáng)能路燈和山頂微波中繼器到個(gè)人住宅，甚至通常位于偏遠(yuǎn)或偏遠(yuǎn)地區(qū)的整個(gè)社區(qū)。

? 可再生能源穩(wěn)固：將儲(chǔ)能與間歇性風(fēng)能或太陽(yáng)能結(jié)合使用，以提供更可預(yù)測(cè)的電力供應(yīng)。

? 傳輸/配電系統(tǒng)延遲：延遲和/或減少在電力批發(fā)市場(chǎng)建設(shè)新的發(fā)電/配電容量或購(gòu)買(mǎi)發(fā)電容量的需要。 配電應(yīng)用包括推遲變壓器升級(jí)或線路重新導(dǎo)通。

電池技術(shù)

鋰離子電池和液流電池是目前用于固定式 BESS 的兩種最具商業(yè)可行性的技術(shù)。 表 2.1 總結(jié)了它們的特性，圖 2.1 顯示了鋰離子電池的安裝。

表 2.1：鋰離子和液流電池特性總結(jié)

鋰離子電池

過(guò)去幾年在美國(guó)安裝的絕大多數(shù)公用事業(yè)規(guī)模的電池系統(tǒng)都是鋰離子電池，這主要是受電動(dòng)汽車(chē)制造實(shí)現(xiàn)的成本降低和功率密度的推動(dòng)。 由于應(yīng)用的預(yù)期多功能性和性能的靈活性（提供能量和功率），鋰離子系統(tǒng)也很受歡迎。

鋰離子電池可采用多種電池化學(xué)配置，使其對(duì)電力供應(yīng)商具有吸引力，尤其是對(duì)于需要 4 小時(shí)或更短輸出持續(xù)時(shí)間的應(yīng)用。 鋰鎳錳鈷 (NMC) 電池是固定應(yīng)用中使用最廣泛的鋰離子化學(xué)電池。 NMC 化學(xué)物質(zhì)在能量、功率、成本和循環(huán)壽命方面表現(xiàn)出平衡的性能特征。 然而，磷酸鐵鋰 (LFP) 電池已變得越來(lái)越普遍。 鈷價(jià)上漲推動(dòng)了向 LFP 的轉(zhuǎn)變。 雖然 LFI 不具有與 NMC 相同的能量密度，但 LFI 降低了可燃性風(fēng)險(xiǎn)。

鋰技術(shù)具有很高的直流往返效率（通常 > 85%），但每年都會(huì)退化，使用壽命為 10 到 15 年。3 然而，一些電池供應(yīng)商目前對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)的使用壽命超過(guò) 20 年。

鋰離子電池的使用范圍從玩具和手機(jī)到電動(dòng)汽車(chē)和高達(dá) 100 兆瓦或更大的公用事業(yè)規(guī)模電力系統(tǒng)。 雖然這項(xiàng)技術(shù)最初僅用于短時(shí)應(yīng)用，例如頻率調(diào)節(jié)或可再生能源穩(wěn)固，但這些電池越來(lái)越多地用于持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)（2 至 6 小時(shí)）的應(yīng)用。

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