根據(jù)全球儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)連續(xù)多年占據(jù)全球儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模的頭把交椅，而加州在市場(chǎng)成熟度、商業(yè)模式創(chuàng)新、項(xiàng)目規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性等方面一直引領(lǐng)著美國(guó)市場(chǎng)的潮流。本文經(jīng)過(guò)對(duì)加州市場(chǎng)的實(shí)地考察，解讀了加州儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展新亮點(diǎn)，探討未來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展新趨勢(shì)。

01 公用事業(yè)公司成為推進(jìn)儲(chǔ)能等分布式資源參與電力系統(tǒng)服務(wù)的重要力量

隨著可再生能源裝機(jī)規(guī)模快速增加，為延緩輸配電系統(tǒng)投資、解決高峰電力需求、提高供電穩(wěn)定性，近年來(lái)美國(guó)公用事業(yè)公司加大了對(duì)非傳統(tǒng)電力替代解決方案的示范應(yīng)用力度，包括傳統(tǒng)能效措施、需求響應(yīng)降低高峰負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)減輕配電線路容量負(fù)荷等多種措施。

從2015年開(kāi)始，加州、紐約州等政府開(kāi)始實(shí)施發(fā)展激勵(lì)項(xiàng)目，要求大型投資者所有的公用事業(yè)公司(IOUs)開(kāi)放一定的電網(wǎng)投資計(jì)劃，允許分布式資源參與其中，包括紐約州能源愿景改革計(jì)劃(New York’s Reforming the Energy Vision initiative)和加州分布式資源發(fā)展計(jì)劃(California’s Distribution Resources Plan)等項(xiàng)目快速開(kāi)展起來(lái)。與此同時(shí)，AB2514法案要求州內(nèi)的三家投資者所有的公用事業(yè)公司(IOUs)在2020年前完成1.3GW儲(chǔ)能采購(gòu)目標(biāo)，涉及規(guī)模小于10kW的小型儲(chǔ)能系統(tǒng)和10kW~5MW的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)。

針對(duì)儲(chǔ)能，加州的太平洋燃?xì)怆娏?PG&E)、圣地亞哥燃?xì)怆娏?SDG&E)、南加州愛(ài)迪生公司(SCE)等公用事業(yè)公司一方面積極推動(dòng)電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能電站和工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能電站的建設(shè)，另一方面還正在積極通過(guò)與用戶共享資產(chǎn)的模式，集成用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能資源提供電力服務(wù)。在加州，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)和大型集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅幫助公用事業(yè)公司實(shí)現(xiàn)了延緩輸配電升級(jí)、提高供電穩(wěn)定性等應(yīng)用價(jià)值，更通過(guò)參與容量、能量、輔助服務(wù)等電力市場(chǎng)服務(wù)獲取了經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

在實(shí)際需求和政策推力的共同作用下，加州公用事業(yè)公司安裝應(yīng)用儲(chǔ)能的力度不斷加大，成為推進(jìn)加州儲(chǔ)能項(xiàng)目的最重要力量。根據(jù)美國(guó)智能電網(wǎng)聯(lián)盟(SEPA)發(fā)布的2016年公用事業(yè)公司儲(chǔ)能業(yè)務(wù)研究報(bào)告，2016年美國(guó)公用事業(yè)公司儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模排行榜的前五位被SCE、SDG&E、IID、PG&E等四家加州公用事業(yè)公司所占據(jù)。

表1 2016年美國(guó)公用事業(yè)公司儲(chǔ)能安裝容量排名

02“儲(chǔ)能+燃?xì)鈾C(jī)組”成為加州儲(chǔ)能應(yīng)用的新亮點(diǎn)

在加州，公用事業(yè)公司普遍不擁有發(fā)電資源，發(fā)電資源的調(diào)度由加州的ISO(CAISO)統(tǒng)一負(fù)責(zé)。對(duì)于擁有一定發(fā)電資源的公用事業(yè)公司，其發(fā)電資源也需要參與CAISO的日前和實(shí)時(shí)能量市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)。

2016年起，南加州愛(ài)迪生公司(SCE)開(kāi)始嘗試儲(chǔ)能與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組聯(lián)用的新型應(yīng)用模式。2017年4月，SCE、GE、Wellhead Power Solutions合作安裝運(yùn)行了全球首個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)-儲(chǔ)能混合發(fā)電系統(tǒng)(Hybrid Enhanced Gas Turbine，Hybrid EGT)。該系統(tǒng)安裝于Norwalk & Rancho Cucamonga配電站，包括50MW燃?xì)廨啓C(jī)和11MW/4.3MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的加入可以確保燃?xì)廨啓C(jī)在最佳功率狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還可以配合燃?xì)廨啓C(jī)，以更快的響應(yīng)速度競(jìng)標(biāo)參與CAISO的調(diào)頻市場(chǎng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以幫助降低燃?xì)鈾C(jī)組60%的運(yùn)行成本，每年還能夠節(jié)省200加侖的水資源消耗。該項(xiàng)目也因?yàn)閯?chuàng)新的應(yīng)用模式和良好的應(yīng)用效果，獲得了本次北美儲(chǔ)能峰會(huì)的儲(chǔ)能項(xiàng)目大獎(jiǎng)。

鑒于該項(xiàng)目良好的運(yùn)行效果，SCE還計(jì)劃在其他燃?xì)怆娬竞退娬局邪惭b儲(chǔ)能系統(tǒng)提高調(diào)頻響應(yīng)能力和機(jī)組靈活性。

圖1 SCE Norwalk & Rancho Cucamonga燃?xì)廨啓C(jī)-儲(chǔ)能混合系統(tǒng)項(xiàng)目示意圖

03 儲(chǔ)能為解決電力容量短缺提供快速解決方案

在加州，儲(chǔ)能在解決由于基礎(chǔ)設(shè)施事故而引發(fā)的電力系統(tǒng)危機(jī)的過(guò)程中正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。與建設(shè)燃?xì)怆娬緩?fù)雜的審批流程、安裝光伏無(wú)法提供夜間供電以及水電設(shè)施無(wú)法在城鎮(zhèn)建設(shè)等問(wèn)題相比，電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)由于具有快速安裝、靈活響應(yīng)的特點(diǎn)而成為公用事業(yè)公司優(yōu)先選擇的解決方案之一。2012年和2015年，核電站事故和儲(chǔ)氣庫(kù)泄露造成了加州嚴(yán)重的斷電事故。因此，在2016年Aliso Canyon儲(chǔ)氣庫(kù)泄露事故發(fā)生后，CPUC要求SCE和SDG&E加大、加快儲(chǔ)能系統(tǒng)的采購(gòu)力度。

位于圣地亞哥附近Escondido地區(qū)的30MW/120MWh鋰離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目就是SDG&E為應(yīng)對(duì)Aliso Canyon儲(chǔ)氣庫(kù)泄露事故引發(fā)的電力容量短缺危機(jī)而實(shí)施的儲(chǔ)能解決方案。該項(xiàng)目由AES Energy Storage建設(shè)，僅用時(shí)6個(gè)月便建成投運(yùn)，是目前全球已運(yùn)行的規(guī)模最大的鋰離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。在電力負(fù)荷高峰時(shí)段，該系統(tǒng)30MW的放電功率，可以保障20000個(gè)家庭連續(xù)4小時(shí)的電力供應(yīng)。該項(xiàng)目將增強(qiáng)其管轄區(qū)域內(nèi)的供電可靠性，同時(shí)可以最大化的利用可再生能源。另外，AES還與SDG&E合作在所轄區(qū)域的El Cajon建設(shè)7.5MW/30MWh的儲(chǔ)能項(xiàng)目。

與此同時(shí)，加州另一家公用事業(yè)公司南加州愛(ài)迪生公司(SCE)也分別特斯拉和GreenSmith合作，在6個(gè)月內(nèi)完成了兩個(gè)80MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目的安裝。加州的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明，儲(chǔ)能技術(shù)成本的快速下降和儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)供應(yīng)能力的快速提升，為電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能解決方案的實(shí)施提供了強(qiáng)有力的保障，確保儲(chǔ)能在解決電力系統(tǒng)容量短缺、提高清潔能源利用效率、應(yīng)對(duì)輸配電擴(kuò)容升級(jí)的過(guò)程中發(fā)揮日益重要的作用。

圖2 Escondido 30MW/120MWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目示意圖

04 儲(chǔ)能與分布式資源

在電力系統(tǒng)朝著低碳化、數(shù)字化和去中心化方向進(jìn)行轉(zhuǎn)型的大背景下，面對(duì)日益增長(zhǎng)的電力需求，美國(guó)各大公用事業(yè)公司和大型電力用戶都在積極探索利用用戶側(cè)的能效、需求響應(yīng)、光伏和儲(chǔ)能等分布式能源技術(shù)，構(gòu)建戶用微網(wǎng)、工商業(yè)微網(wǎng)和公用事業(yè)級(jí)微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多種分布式能源技術(shù)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，提供就地化的電力供應(yīng)解決方案。加州大學(xué)圣地亞哥分校微網(wǎng)示范項(xiàng)目就是多種分布式能源技術(shù)綜合應(yīng)用的代表案例，系統(tǒng)內(nèi)就整合了燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)、蓄冷蓄熱、電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車V2G、電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充電站、動(dòng)力電池梯次利用、燃?xì)廨啓C(jī)等多種不同技術(shù)。

圖3加州大學(xué)圣地亞哥分校微網(wǎng)示范項(xiàng)目示意圖

儲(chǔ)能在構(gòu)建分布式能源系統(tǒng)中的重要性不言而喻，但是如何確保儲(chǔ)能與其他分布式資源高效協(xié)調(diào)運(yùn)行、如何實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷曲線的統(tǒng)一管理、如何充分發(fā)揮儲(chǔ)能的靈活性價(jià)值，則需要數(shù)字化、智能化軟件控制技術(shù)給予強(qiáng)有力的支撐。為此，Stem、Greensmith等儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商正在建立“軟件驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)”的理念，真正實(shí)現(xiàn)分布式資源系統(tǒng)對(duì)于傳統(tǒng)電力體系結(jié)構(gòu)的顛覆作用。

05小結(jié)

隨著儲(chǔ)能技術(shù)成本快速下降和公眾對(duì)于儲(chǔ)能應(yīng)用價(jià)值認(rèn)知的不斷增強(qiáng)，儲(chǔ)能的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用價(jià)值也在不斷升級(jí)，逐漸從離網(wǎng)光儲(chǔ)應(yīng)用拓展到提高電能質(zhì)量、提供備用電源，再到電費(fèi)賬單管理和參與電網(wǎng)服務(wù)。

圖4儲(chǔ)能在加州電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域示意圖

根據(jù)CNESA對(duì)于美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)的觀察，除了在工商業(yè)用戶側(cè)電費(fèi)管理率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之外，在成熟電力市場(chǎng)的支撐下，儲(chǔ)能的商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)滲透到了電力系統(tǒng)發(fā)輸配用等各個(gè)環(huán)節(jié)，并且表現(xiàn)出了多領(lǐng)域協(xié)同、多重應(yīng)用價(jià)值疊加的發(fā)展趨勢(shì)。相信加州儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，將會(huì)對(duì)其他國(guó)家和地區(qū)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很好的引領(lǐng)和示范作用，CNESA也會(huì)加州儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行持續(xù)關(guān)注。