2023美國(guó)電力部門(mén)日間儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)潛力

晝夜存儲(chǔ)在美國(guó)電力部門(mén)的經(jīng)濟(jì)潛力 晝夜存儲(chǔ)在美國(guó)電力部門(mén)的經(jīng)濟(jì)潛力PAGE10PAGE10前言本報(bào)告是美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)未來(lái)研究（SFS）系列出版物之一。SFS是一個(gè)為期多年的研究項(xiàng)目，旨在探索儲(chǔ)能在美國(guó)電力部門(mén)發(fā)展和運(yùn)營(yíng)中的作用和影響。SFS旨在研究?jī)?chǔ)能技術(shù)進(jìn)步對(duì)公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能部署和分布式儲(chǔ)能采用的潛在影響，以及對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資和運(yùn)營(yíng)的影響。研究結(jié)果和支持?jǐn)?shù)據(jù)將作為一系列出版物出版。下一頁(yè)的表格列出了他們將在SFS下審查的計(jì)劃出版物和具體研究課題。SFSReEDS模型執(zhí)行一組成本驅(qū)動(dòng)的方案，以檢查電網(wǎng)規(guī)模的存（VRE）儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)潛力以及存儲(chǔ)容量增加可能對(duì)電力系統(tǒng)演進(jìn)和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響SFS系列提供數(shù)據(jù)和分析，以支持美國(guó)能源部的儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)，這是一項(xiàng)全面的計(jì)劃，旨在加速下一代儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)，商業(yè)化和利用，并保持美國(guó)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)地位。儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)采用用例框架來(lái)確保儲(chǔ)能技術(shù)能夠經(jīng)濟(jì)高效地滿足特定需求，它結(jié)合了幾個(gè)類(lèi)別的廣泛技術(shù)：電化學(xué)、機(jī)電、熱能、柔性發(fā)電、柔性建筑和電力電子。標(biāo)題描述關(guān)系促成了這一報(bào)告擴(kuò)大作用的框架儲(chǔ)能技術(shù)建模輸入數(shù)據(jù)報(bào)表經(jīng)濟(jì)潛力的晝夜存儲(chǔ)美國(guó)電力行業(yè)采用分布式存儲(chǔ)客戶(hù)場(chǎng)景廣泛存儲(chǔ)部署的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)影響存儲(chǔ)期貨研究：執(zhí)行摘要和研究結(jié)果綜合

的裝機(jī)容量回顧各種機(jī)械、熱和電化學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)的當(dāng)前特性，并將其應(yīng)用于電力部門(mén)。提供對(duì)已部署的特定商業(yè)技術(shù)（包括鋰離子電池系統(tǒng)和抽水蓄能水電）的成本、性能特征和位置可用性的當(dāng)前和未來(lái)預(yù)測(cè)。評(píng)估公用事業(yè)規(guī)模晝夜存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)潛力以及存儲(chǔ)容量增加可能對(duì)電力系統(tǒng)演進(jìn)和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響評(píng)估客戶(hù)在幾種未來(lái)場(chǎng)景中采用分布式晝夜存儲(chǔ)的情況，以及對(duì)分布式發(fā)電部署和電力系統(tǒng)演進(jìn)的影響評(píng)估幾種電力系統(tǒng)演進(jìn)場(chǎng)景的儲(chǔ)能運(yùn)行和相關(guān)價(jià)值流，并探討季節(jié)性?xún)?chǔ)能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的影響綜合和總結(jié)整個(gè)系列和相關(guān)分析和報(bào)告的發(fā)現(xiàn)，并確定進(jìn)一步研究的主題

景結(jié)果支持這一框架。PSH成本和性能值的詳細(xì)背景信息。這份報(bào)告。分析分布式存儲(chǔ)采用方案，以測(cè)試與本報(bào)告中建模的網(wǎng)格存儲(chǔ)部署并行的各種成本軌跡和假設(shè)。ReEDS發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)格規(guī)模方案結(jié)果包括對(duì)研究所有其他方面的討論，并為本報(bào)告的結(jié)果提供背景確認(rèn)我們要感謝整個(gè)存儲(chǔ)期貨研究團(tuán)隊(duì)以及我們的美國(guó)能源部（DOE）戰(zhàn)略分析辦公室同事作為本文件的核心貢獻(xiàn)者的貢獻(xiàn)。這些貢獻(xiàn)者包括國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的ChadAugustine，BenSigrin，KevinMcCabe和AshreetaPrasanna以及DOE的KaraPodkaminer。我們還要感謝其他NREL員工的反饋和貢獻(xiàn)，包括ChadHunter，EvanReznicek，MichaelPenev，GregStark，VigneshRamasamy，DavidFeldman和TrieuMai，我們還要感謝技術(shù)審查委員會(huì)的意見(jiàn)，包括Dougarenot（NREL/主席），PaulAlbertus，InesAzevedo，RyanWiser，SusanBabinec，AaronBloom，ChrisNamovicz，阿文德·賈吉、基思·帕克斯、基蘭·庫(kù)馬拉斯瓦米、格蘭杰·摩根、卡拉·馬西、文森特·斯普倫克爾、奧利弗·施密特、大衛(wèi)·羅斯納、約翰·加文和霍華德·格魯恩斯佩希特。最后，美國(guó)能源部的各種技術(shù)專(zhuān)家提出了其他想法和建議，包括PaulSpitsen，KathrynJackson，NehaRustagi，MarcMelaina，AndrewDawson，AdriaBrooks，SamBaldwin，SarahGarman。這項(xiàng)工作由國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室撰寫(xiě)，該實(shí)驗(yàn)室由可持續(xù)能源聯(lián)盟有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)，為美國(guó)能源部（DOE）根據(jù)合同號(hào)DE-AC36-08GO28308撰寫(xiě)。資金由美國(guó)能源部能源效率和可再生能源辦公室太陽(yáng)能技術(shù)辦公室、美國(guó)能源部能源效率辦公室和可再生能源風(fēng)能技術(shù)辦公室提供，美國(guó)能源部能源效率和可再生能源水力技術(shù)辦公室和美國(guó)能源部能源效率和可再生能源戰(zhàn)略分析辦公室。文章中表達(dá)的觀點(diǎn)不一定代表美國(guó)能源部或美國(guó)政府的觀點(diǎn)。美國(guó)政府保留，出版商接受該文章發(fā)表，即承認(rèn)美國(guó)政府保留非排他性、付費(fèi)、不可撤銷(xiāo)的全球許可，以出于美國(guó)政府目的出版或復(fù)制本作品的出版形式，或允許他人這樣做。執(zhí)行概要儲(chǔ)能未來(lái)研究（SFS）是一個(gè)為期多年的研究項(xiàng)目，旨在探索儲(chǔ)能在美國(guó)不斷發(fā)展的電力部門(mén)中的作用和影響。SFS旨在研究?jī)?chǔ)能技術(shù)進(jìn)步對(duì)公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能部署和分布式儲(chǔ)能采用的潛在影響，以及對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資和運(yùn)營(yíng)的影響。本報(bào)告根據(jù)現(xiàn)有政策，使用跨多個(gè)成本情景的最小成本優(yōu)化框架，模擬了2020年至2050年美國(guó)電力部門(mén)晝夜存儲(chǔ)（<12小時(shí)）的演變。在評(píng)估晝夜存儲(chǔ)與其他資源的第一個(gè)全面的美國(guó)全國(guó)性分析中，我們發(fā)現(xiàn)晝夜存儲(chǔ)在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上極具競(jìng)爭(zhēng)力。我們發(fā)現(xiàn)，在各種場(chǎng)景中，晝夜儲(chǔ)能具有巨大的市場(chǎng)潛力，使用不同的儲(chǔ)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能光伏（PV）和天然氣的成本和性能假設(shè)。在所有場(chǎng)景中，到2050年，儲(chǔ)能的建模部署將超過(guò)125吉瓦，比2020年目前的23吉瓦（其中大部分是抽水蓄能）增加了五倍以上。2050年，電池容量至少是現(xiàn)在的3，000倍（圖ES-1）。根據(jù)成本軌跡和其他變量，2050年儲(chǔ)能部署范圍從130吉瓦到680吉瓦，表明電力部門(mén)晝夜存儲(chǔ)的機(jī)會(huì)迅速擴(kuò)大。這些結(jié)果基于與2020NREL標(biāo)準(zhǔn)方案一致的技術(shù)成本降低以及更新的電池成本預(yù)測(cè)（AugustineBlair，2021年），突出了晝夜存儲(chǔ)部署的基本驅(qū)動(dòng)因素和存儲(chǔ)資源競(jìng)爭(zhēng)力的提高。在這些成本驅(qū)動(dòng)的情景中，可變可再生能源（VRE）的滲透率達(dá)到43-81%，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)深度脫碳目標(biāo)所需的部署。未來(lái)的工作將考慮到2035年加速向清潔能源電網(wǎng)過(guò)渡的情景及其對(duì)儲(chǔ)能部署的影響。我們使用擴(kuò)展的建模功能，使我們能夠按持續(xù)時(shí)間區(qū)分存儲(chǔ)資源。在大多數(shù)情況下，大多數(shù)存儲(chǔ)投資的持續(xù)時(shí)間為4-6小時(shí)，但這種分布因未來(lái)天然氣價(jià)格和可再生能源成本上漲的假設(shè)而異。在這個(gè)經(jīng)濟(jì)部署框架內(nèi)，這些結(jié)果表明，晝夜存儲(chǔ)可能足以滿足至少80%的高可再生能源滲透率的整合需求。圖ES-1.參考案例中按存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間（左）和所有場(chǎng)景（右）分隔的國(guó)家存儲(chǔ)容量有關(guān)此處包含的資源方案的完整列表，請(qǐng)參閱表1（方法：方案和模型輸入部分）。有關(guān)每種情況下按技術(shù)分列的發(fā)電量和容量的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)附錄中的圖A-1。雖然儲(chǔ)能可以為電網(wǎng)提供許多服務(wù)，但我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)能部署主要是由容量?jī)r(jià)值和能量套利（或時(shí)移）價(jià)值的組合驅(qū)動(dòng)的，并且需要這些價(jià)值流的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳存儲(chǔ)部署。我們還發(fā)現(xiàn)光伏滲透率與儲(chǔ)能市場(chǎng)潛力之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。光伏發(fā)電量增加導(dǎo)致夜間凈負(fù)荷峰值收窄，從而增加了儲(chǔ)能容量?jī)r(jià)值的市場(chǎng)潛力。更多的光伏發(fā)電也創(chuàng)造了更不穩(wěn)定的能源價(jià)格曲線，這增加了儲(chǔ)能時(shí)移價(jià)值的市場(chǎng)潛力?？偟膩?lái)說(shuō)，這些結(jié)果展示了第一份存儲(chǔ)未來(lái)研究報(bào)告中列出的分階段部署路徑：存儲(chǔ)部署的四個(gè)階段：存儲(chǔ)在美國(guó)電力系統(tǒng)中不斷擴(kuò)大作用的框架（Denholm等人，2021年）。最初部署較短持續(xù)時(shí)間的存儲(chǔ)，隨著時(shí)間的推移，在經(jīng)濟(jì)高效的基礎(chǔ)上部署較長(zhǎng)的存儲(chǔ)資產(chǎn)持續(xù)時(shí)間。該分析還強(qiáng)調(diào)了僅具有成本效益的晝夜存儲(chǔ)就可以在多大程度上推動(dòng)電力部門(mén)實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化部署?；趯?duì)晝夜存儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)部署的分析，未來(lái)的工作應(yīng)研究晝夜存儲(chǔ)與長(zhǎng)期存儲(chǔ)資源之間的關(guān)系，特別是在工作范圍之外的高度脫碳電網(wǎng)條件下，例如接近100%清潔能源的電網(wǎng)條件。此外，還需要做更多的工作來(lái)了解全國(guó)范圍內(nèi)存儲(chǔ)與需求方靈活性之間的關(guān)系。最后，雖然這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是鋰離子電池，因?yàn)樵摷夹g(shù)比其他新興技術(shù)具有更大的市場(chǎng)成熟度，但這項(xiàng)研究的結(jié)果可以推廣到能夠滿足這些成本和性能預(yù)測(cè)的其他存儲(chǔ)技術(shù)。總的來(lái)說(shuō)，這些結(jié)果說(shuō)明了晝夜存儲(chǔ)在電力系統(tǒng)中提供最低成本解決方案的機(jī)會(huì)越來(lái)越大。表的內(nèi)容介紹1方法:改進(jìn)模型3方法:場(chǎng)景和模型輸入5結(jié)果:國(guó)家部署8結(jié)果:驅(qū)動(dòng)程序部署9結(jié)果：存儲(chǔ)的其他交互作用和影響15討論和未來(lái)工作17參考文獻(xiàn)附件21場(chǎng)景結(jié)果21操作儲(chǔ)備26存儲(chǔ)成本輸入26個(gè)蘆葦模型警告和限制34與風(fēng)的關(guān)系滲透35區(qū)域結(jié)果36數(shù)據(jù)列表圖ES-1.參考案例中按存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間（左）和所有情景分隔的國(guó)家存儲(chǔ)容量(右) 七世圖1.參考案例中按存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間（左）和所有情景分隔的國(guó)家存儲(chǔ)容量(右) 8圖2.加利福尼亞州2050年低光伏成本和低風(fēng)電成本案例的負(fù)荷和凈負(fù)荷（上圖）;作為光伏滲透率函數(shù)的晝夜存儲(chǔ)（長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)）的國(guó)家峰值容量潛力（左下）和作為光伏滲透率函數(shù)的國(guó)家晝夜能量時(shí)移潛力（部）右) 圖3.網(wǎng)格服務(wù)限制存儲(chǔ)的場(chǎng)景中的累積電池存儲(chǔ)部署，如方案名稱(chēng)所示，電池成本低（左）、參考電池成本（中）和高電池成本(右) 11圖4.2050年模擬存儲(chǔ)峰值容量潛力作為存儲(chǔ)滲透率和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)（陰影條），與每種情況下2050年的模擬經(jīng)濟(jì)累積存儲(chǔ)容量（固體酒吧) 圖5.電池存儲(chǔ)（左上）、輸電（右上）、PV（左下）和風(fēng)(右下角) 15圖6.2050年通過(guò)儲(chǔ)能的發(fā)電量在國(guó)家和地區(qū)層面的所有情景中與光伏滲透率（左）和風(fēng)力滲透率的關(guān)系圖(右) 16圖A-1.B.所有資源敏感性情景中按技術(shù)和年份分列的能力22圖A-2.在所有資源敏感性情景中按技術(shù)和年份生成23圖A-3.所有儲(chǔ)能網(wǎng)格服務(wù)敏感度情景中按技術(shù)和年份劃分的容量24圖A-4.在所有存儲(chǔ)網(wǎng)格服務(wù)敏感場(chǎng)景中按技術(shù)和年份生成25圖5。泵送水電資本成本33圖A-6.加利福尼亞州2050年低光伏成本和低風(fēng)電成本案例的負(fù)荷和凈負(fù)荷（上圖）;晝夜蓄能（長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)）的國(guó)家峰值容量潛力與風(fēng)的傳導(dǎo)（左下）和全國(guó)晝夜能量時(shí)移潛力與風(fēng)的傳導(dǎo)（底部）的函數(shù)右) 圖A-7.ReEDS可靠性評(píng)估區(qū)地圖36圖A-8.每個(gè)可靠性評(píng)估區(qū)（如圖A-7所示）中按持續(xù)時(shí)間和年份劃分的累積存儲(chǔ)容量參考案例 37圖A-9.ERCOT所有資源敏感場(chǎng)景下2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 38圖A-10.在大湖區(qū)所有資源敏感情景下，2050年儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 39圖A-11.MISO東區(qū)所有資源敏感場(chǎng)景下2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 40圖A-12.在MISO南部區(qū)域的所有資源敏感場(chǎng)景中，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)部署和峰值容量潛力(圖a-7) 41圖A-13.MISO西部區(qū)域所有資源敏感場(chǎng)景下2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 42圖A-14.2050年NPCC新英格蘭區(qū)所有資源敏感情景下儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 43圖A-15.2050年，NPCC紐約區(qū)所有資源敏感情景下儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 44圖A-16.在PJM東部區(qū)域的所有資源敏感場(chǎng)景中，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖a-7) 45圖A-17.在SERC東部區(qū)域的所有資源敏感情況下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖）a-7) 46圖A-18.在SERC佛羅里達(dá)半島區(qū)域的所有資源敏感情景中，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）47圖A-19.在SERC北部區(qū)域的所有資源敏感性情景中，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)部署和峰值容量潛力（圖A-7）48圖A-20.在SERC東南區(qū)域的所有資源敏感情況下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）49圖A-21.在SPP區(qū)域的所有資源敏感情況下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）50圖A-22.在WECC加利福尼亞區(qū)域的所有資源敏感情況下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）51圖A-23.在WECC山區(qū)西部地區(qū)所有資源敏感性情景下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）52圖A-24.在WECC太平洋西北地區(qū)所有資源敏感性情景下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）53圖A-25.在WECC落基山脈地區(qū)所有資源敏感性情景下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）54圖A-26.在WECC西南區(qū)所有資源敏感性情景下，2050年存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)部署和峰值容量潛力（圖A-7）55名單表表1.研究中包含的資源敏感性情景5表2.研究中使用的存儲(chǔ)服務(wù)限制方案，每個(gè)方案都以高、參考和低電池資本成本執(zhí)行預(yù)測(cè) 6表A-1.2050年風(fēng)能、光伏和可再生能源在所有資源敏感性方面的滲透率結(jié)果場(chǎng)景 21表a-。存款準(zhǔn)備金率,蘆葦26表a3。參考電池資本成本27表4。電池電量過(guò)低資本成本表5。電池資本成本高31PAGE10PAGE10介紹最近許多儲(chǔ)能技術(shù)（特別是鋰離子電池）的成本下降，以及可變可再生能源（VRE）技術(shù)（主要是風(fēng)能和光伏）的部署增加，提高了人們對(duì)儲(chǔ)能作為電網(wǎng)資源的興趣。（布朗和薩平頓，2020年;丹霍爾姆和馬戈利斯，2016年;段等，2020;喬根森等人，2018）.然而，儲(chǔ)能的總市場(chǎng)潛力以及儲(chǔ)能容量對(duì)電力行業(yè)發(fā)展和運(yùn)營(yíng)的影響仍不清楚。估計(jì)存儲(chǔ)的市場(chǎng)潛力很復(fù)雜(Beuseetal.,2020;戴維斯etal.,2019).儲(chǔ)能提供的許多電網(wǎng)服務(wù)，包括調(diào)峰、能量時(shí)移和運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備準(zhǔn)備，隨著儲(chǔ)能滲透，價(jià)值都在下降。(玻雷吉etal.,2019;Denholmetal.,2020).此外，這些值高度依賴(lài)于電網(wǎng)系統(tǒng)條件，并且會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，具體取決于負(fù)載的整體演變、負(fù)載靈活性以及電力部門(mén)發(fā)電技術(shù)的混合。（哈特納和佩爾莫瑟，2018年;馬拉普拉加達(dá)等人，2020）.存儲(chǔ)設(shè)備還有一個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)所沒(méi)有的額外系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素，即存儲(chǔ)投資持續(xù)時(shí)間的選擇。我們將持續(xù)時(shí)間定義為可用能量容量（以瓦特小時(shí)為單位，Wh）——在考慮損耗和最大/最小荷電狀態(tài)后——除以功率容量（瓦特、W）。因此，持續(xù)時(shí)間以小時(shí)為單位。一個(gè)持續(xù)時(shí)間為4小時(shí)的100兆瓦系統(tǒng)將能夠存儲(chǔ)高達(dá)400兆瓦時(shí)的可用能量。持續(xù)時(shí)間會(huì)影響存儲(chǔ)設(shè)備的成本。6小時(shí)100兆瓦存儲(chǔ)設(shè)備的成本將超過(guò)4小時(shí)100兆瓦的存儲(chǔ)設(shè)備，因?yàn)?小時(shí)設(shè)備需要額外的能量容量(科爾和弗雷澤,2020).儲(chǔ)能提供的電網(wǎng)服務(wù)的價(jià)值也隨著持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但必須將這種額外能源容量的成本與這一附加價(jià)值進(jìn)行比較，并在整個(gè)系統(tǒng)生命周期的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估，以確定儲(chǔ)能投資的最佳持續(xù)時(shí)間。此外，由于這種有限的持續(xù)時(shí)間，存儲(chǔ)比傳統(tǒng)生成器對(duì)時(shí)間順序更敏感(皮和莫拉萊斯,2018).存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)按時(shí)間順序排列，這會(huì)影響在任何給定時(shí)間的使用方式。與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)不同，儲(chǔ)能實(shí)際上并不發(fā)電，因此其運(yùn)行完全依賴(lài)于所有其他電網(wǎng)資源的調(diào)度。在可以預(yù)測(cè)市場(chǎng)潛力的大型模型中正確捕捉這些按時(shí)間順序排列的考慮因素是一項(xiàng)挑戰(zhàn)(Bistlineetal.,2020).存儲(chǔ)提供峰值容量的能力是存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間和凈負(fù)載形狀的函數(shù)(羅伊etal.,2020)，其中凈負(fù)載定義為負(fù)載減去VRE生成。最初相對(duì)較短的存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間可以在高峰期可靠地滿足需求，但隨著存儲(chǔ)滲透率的增長(zhǎng)，凈負(fù)載峰值的寬度會(huì)擴(kuò)大。保持存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間不變，這會(huì)導(dǎo)致隨著滲透率的增加而存儲(chǔ)的容量信用下降。但是，容量信用的這種下降可以通過(guò)安裝持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)但成本更高的存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)抵消。凈負(fù)載曲線的形狀也隨著VRE的投資而變化，這改變了從不同存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間提供峰值容量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力(弗雷澤etal.,2020).能源時(shí)移值來(lái)自?xún)r(jià)格低時(shí)的儲(chǔ)能充電和價(jià)格高時(shí)的放電，因此存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間和能源價(jià)格曲線的形狀決定了該服務(wù)的可能價(jià)值。價(jià)格概況在不同空間區(qū)域之間差異很大，并隨著對(duì)新一代、輸電和存儲(chǔ)資源的投資而變化。光伏和風(fēng)力發(fā)電的低成本發(fā)電在高發(fā)電期間下降。輸電投資可以減少擁堵，從而降低價(jià)格飆升的頻率和幅度(王etal.,2017).儲(chǔ)能時(shí)移可以提高非高峰價(jià)格和降低高峰價(jià)格，這導(dǎo)致能源時(shí)移價(jià)值下降，存儲(chǔ)滲透率增加，最終技術(shù)經(jīng)濟(jì)極限，價(jià)格概況的波動(dòng)性不足以克服儲(chǔ)能損失(玻雷吉etal.,2019).在這項(xiàng)工作中，我們?cè)趨^(qū)域能源部署系統(tǒng)（ReEDS）容量擴(kuò)展模型中添加了新功能，以包括晝夜存儲(chǔ)提供的電網(wǎng)服務(wù)的詳細(xì)表示。在建模框架中明確考慮了這些服務(wù)與存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系，這些服務(wù)的價(jià)值隨著存儲(chǔ)滲透的下降，以及不斷變化的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不斷變化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)影響。按時(shí)間順序操作對(duì)所有這些因素的影響也以每小時(shí)的時(shí)間分辨率進(jìn)行考慮。有關(guān)這些建模改進(jìn)的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱方法部分。為了限制范圍，本作品不考慮持續(xù)時(shí)間短于2小時(shí)且超過(guò)12小時(shí)的存儲(chǔ)。此外，成本和性能投入導(dǎo)致全國(guó)可再生能源滲透率高達(dá)80%，并且沒(méi)有考慮實(shí)現(xiàn)更高可再生能源滲透率的其他驅(qū)動(dòng)因素。本研究的目的是提供一個(gè)框架，以了解晝夜存儲(chǔ)部署如何受到電網(wǎng)演變的影響，以及晝夜存儲(chǔ)部署如何影響其他資源的運(yùn)營(yíng)和投資。雖然我們的存儲(chǔ)成本預(yù)測(cè)是基于鋰離子技術(shù)，但這項(xiàng)工作的結(jié)果適用于任何可以實(shí)現(xiàn)用作模型輸入的成本和性能值的技術(shù)。方法:模型的改進(jìn)我們使用ReEDS容量擴(kuò)展模型，該模型代表美國(guó)電力系統(tǒng)在134個(gè)地區(qū)通過(guò)聚合輸電走廊連接，在2050年之前對(duì)電力系統(tǒng)退役和發(fā)電，輸電和存儲(chǔ)容量投資進(jìn)行最低成本的系統(tǒng)范圍優(yōu)化(布朗etal.,2020).我們按連續(xù)兩年的時(shí)間步長(zhǎng)優(yōu)化對(duì)電力系統(tǒng)的投資;電力系統(tǒng)運(yùn)行在每個(gè)兩年期時(shí)間步長(zhǎng)中都得到優(yōu)化，時(shí)間分辨率有限。因?yàn)榇鎯?chǔ)操作在很大程度上取決于時(shí)間順序(Yousifetal2019)ReEDS中添加了一個(gè)優(yōu)化之外的模塊，該模塊以每小時(shí)的時(shí)間順序分辨率模擬系統(tǒng)操作。與存儲(chǔ)相關(guān)的參數(shù)（和儲(chǔ)能的容量信用、能量時(shí)移值以及儲(chǔ)能、傳輸和棄電之間的關(guān)系）由該小時(shí)調(diào)度的結(jié)果確定，并用于為下一個(gè)求解年度的投資優(yōu)化提供信息。通過(guò)使用ReEDS模擬的發(fā)電容量和輸電網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行簡(jiǎn)單的最低成本生產(chǎn)調(diào)度，可以獲得每小時(shí)發(fā)電、存儲(chǔ)調(diào)度、輸電和能源價(jià)格曲線。該調(diào)度在每個(gè)日歷日的24小時(shí)塊中執(zhí)行，并將結(jié)果拼接在一起，因此不考慮日間決策。我們使用2012年負(fù)荷數(shù)據(jù)中的每小時(shí)凈負(fù)荷曲線，以及通過(guò)將建模的風(fēng)力和光伏容量乘以2012年天氣數(shù)據(jù)的每小時(shí)容量因子曲線獲得的時(shí)間同步風(fēng)電和光伏剖面(Draxletal.,2015;森古普塔etal.,2018).為了保持問(wèn)題的可持續(xù)性，沒(méi)有強(qiáng)制執(zhí)行啟動(dòng)成本和最小發(fā)電限制，但稍后會(huì)調(diào)整生成的配置文件以考慮這些因素。棄電是通過(guò)比較發(fā)電、輸電和凈負(fù)荷的時(shí)間序列曲線來(lái)確定的。發(fā)電概況根據(jù)從輸電擴(kuò)展規(guī)劃和政策委員會(huì)（TEPCC）數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得的最低發(fā)電水平進(jìn)行調(diào)整(Frewetal.,2019).處于打開(kāi)狀態(tài)但生成低于此級(jí)別的發(fā)電機(jī)將提升到其最低生成級(jí)別。處于或高于其最低發(fā)電水平的發(fā)電機(jī)被認(rèn)為具有“凈空”，可以下降以避免減少風(fēng)力和光伏發(fā)電量。從區(qū)域凈負(fù)荷曲線中減去調(diào)整后的發(fā)電和凈輸電曲線，任何負(fù)值都解釋為棄電。這些按時(shí)間順序排列的縮減配置文件將聚合為ReEDS優(yōu)化中使用的粗略時(shí)間分辨率，并在那里強(qiáng)制執(zhí)行。邊際棄電率是通過(guò)模擬額外的VRE生成來(lái)確定的，同時(shí)考慮凈負(fù)載和剩余傳輸容量的時(shí)間序列曲線。按時(shí)間順序排列的棄電、輸電和凈負(fù)荷曲線在計(jì)算棄電、輸電和存儲(chǔ)之間的相互作用方面具有額外的效用;通過(guò)將這些配置文件進(jìn)行比較，我們確定了相鄰地區(qū)之間的輸電投資通過(guò)減少限電時(shí)段的擁堵來(lái)減少棄風(fēng)的能力。我們還對(duì)不同的存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間執(zhí)行簡(jiǎn)單的時(shí)間順序調(diào)度，以確定存儲(chǔ)對(duì)縮減的影響。這些每小時(shí)按時(shí)間順序計(jì)算的能力提高了模型以存儲(chǔ)或傳輸?shù)男问奖碚飨到y(tǒng)靈活性值的能力。在計(jì)算存儲(chǔ)時(shí)移值之前，將根據(jù)啟動(dòng)成本調(diào)整區(qū)域每小時(shí)價(jià)格配置文件。啟動(dòng)成本也來(lái)自TEPCC數(shù)據(jù)庫(kù)(Frewetal.,2019).在每個(gè)日歷日內(nèi)，如果發(fā)電機(jī)在任何時(shí)候關(guān)閉，那么其啟動(dòng)成本將按發(fā)電量分?jǐn)偟矫啃r(shí)。根據(jù)該發(fā)電機(jī)當(dāng)天的最大輸出，使用部分啟動(dòng)成本。每小時(shí)將啟動(dòng)成本加上可變運(yùn)營(yíng)成本的總和與該地區(qū)該小時(shí)的能源價(jià)格進(jìn)行比較。如果發(fā)電機(jī)的運(yùn)行加啟動(dòng)成本高于該小時(shí)的能源價(jià)格，則能源價(jià)格將替換為最昂貴的發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)成本和運(yùn)營(yíng)成本之和。能源時(shí)移值是根據(jù)這些調(diào)整后的小時(shí)價(jià)格配置文件計(jì)算得出的。我們使用利潤(rùn)最大化的取價(jià)儲(chǔ)能調(diào)度模型來(lái)模擬儲(chǔ)能投資的時(shí)移價(jià)值(Frewetal.,2019;森古普塔etal.,2018).此值針對(duì)ReEDS中表示的每個(gè)存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間計(jì)算，并將此值添加到下一個(gè)求解年度優(yōu)化中的任何存儲(chǔ)投資中。該方法使用完美的價(jià)格預(yù)測(cè)，因此考慮到這一點(diǎn)，我們將存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間減少了一小時(shí)，有效地要求所有存儲(chǔ)設(shè)備在發(fā)生不可預(yù)見(jiàn)的事件時(shí)保持一小時(shí)的能量容量。(中提琴etal.,2014).風(fēng)能、光伏和儲(chǔ)能的容量信用額度使用7年的時(shí)間同步天氣和負(fù)荷數(shù)據(jù)計(jì)算(科爾etal.,2020b).產(chǎn)能信用是針對(duì)每個(gè)季節(jié)計(jì)算的，ReEDS中的約束要求企業(yè)產(chǎn)能超過(guò)需求，加上每個(gè)季節(jié)的計(jì)劃儲(chǔ)備保證金（NERC（北美電力可靠性公司），2020年）.風(fēng)能和光伏發(fā)電能力取決于最高10個(gè)負(fù)荷小時(shí)的負(fù)荷減少到最高10個(gè)凈負(fù)荷小時(shí)的凈負(fù)荷(Frewetal.,2017).使用簡(jiǎn)化的時(shí)間序列存儲(chǔ)調(diào)度方法確定存儲(chǔ)峰值容量潛力，并在模型中優(yōu)化存儲(chǔ)資源的容量信用，如弗雷澤etal.,2020.存儲(chǔ)峰值容量潛力也是通過(guò)存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間減少1小時(shí)來(lái)計(jì)算的，例如，4小時(shí)存儲(chǔ)因3小時(shí)存儲(chǔ)具有完美預(yù)見(jiàn)的峰值減少潛力而獲得榮譽(yù)。有關(guān)與使用ReEDS模型相關(guān)的注意事項(xiàng)和限制，請(qǐng)參閱附錄中的A.4節(jié)。方法:場(chǎng)景和模型輸入我們?cè)谶@項(xiàng)工作中使用了兩組場(chǎng)景。第一組情景包括風(fēng)能、光伏、天然氣和輸電的幾種不同的成本和價(jià)格假設(shè)，并將這些假設(shè)與對(duì)未來(lái)電池成本的不同預(yù)測(cè)相結(jié)合，以構(gòu)成未來(lái)電力系統(tǒng)條件的廣泛空間，并確定影響存儲(chǔ)采用的系統(tǒng)條件。第二組方案限制存儲(chǔ)可以提供的服務(wù)。這些方案的結(jié)構(gòu)旨在確定哪些服務(wù)是儲(chǔ)能部署的最強(qiáng)驅(qū)動(dòng)因素，并且還對(duì)每個(gè)服務(wù)執(zhí)行各種電池成本預(yù)測(cè)，以捕獲服務(wù)價(jià)值與電池成本之間的關(guān)系。這些服務(wù)限制方案并非旨在表示真實(shí)案例，而是用于識(shí)別存儲(chǔ)價(jià)值的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。但是，服務(wù)提供可能存在市場(chǎng)或其他限制，因此這些方案確實(shí)有助于確定各種服務(wù)的貨幣化和補(bǔ)償?shù)闹匾?，以確保資源的成本優(yōu)化部署。本研究中的資源敏感性情景側(cè)重于儲(chǔ)能、風(fēng)能、光伏、天然氣和輸電。之所以選擇這些資源敏感性而影響儲(chǔ)能的成本競(jìng)爭(zhēng)力。本研究共包括181案的完整集。表1.研究中包含的資源敏感度場(chǎng)景資源的敏感性電池成本預(yù)測(cè)參考電池成本高參考電池成本低電池成本低成本光伏參考電池成本低電池成本光伏成本高參考電池成本風(fēng)力發(fā)電成本低參考電池成本低電池成本高風(fēng)成本參考電池成本NG價(jià)格較低參考電池成本低電池成本NG價(jià)格高企參考電池成本低電池成本資源的敏感性電池成本預(yù)測(cè)低風(fēng)力和光伏成本低廉參考電池成本低電池成本高風(fēng)力和光伏成本高參考電池成本低電池成本傳輸成本高參考電池成本低電池成本所有模型輸入均符合NREL的2020年標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景(科爾etal.,2020)，除了電池存儲(chǔ)成本預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)取自?shī)W古斯丁和布萊爾(奧古斯汀和布萊爾,即將出版)（見(jiàn)附錄表A-3至A-5）。抽水蓄能成本來(lái)自水電愿景研究(能源部,2016)（見(jiàn)附錄中的圖A-5），并且沒(méi)有涵蓋最近的進(jìn)展或以較低成本部署抽水蓄能持續(xù)時(shí)間較短的潛力。電池存儲(chǔ)和其他技術(shù)的性能特征取自NREL的2020年度技術(shù)基線（NREL（國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室），2020）.請(qǐng)注意，電池存儲(chǔ)的功率和能量組件在對(duì)最大/最小充電狀態(tài)的損耗進(jìn)行任何調(diào)整后都會(huì)報(bào)告。例如，本研究中的100MW4小時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備的銘牌能量容量為400MWh，但實(shí)際上，它具有更高的物理能量容量，以考慮存儲(chǔ)損失或最低充電狀態(tài)要求。本研究中使用的第二組場(chǎng)景（限制存儲(chǔ)向電網(wǎng)提供服務(wù)的能力）如表2所示。表2.研究中使用的存儲(chǔ)服務(wù)限制場(chǎng)景，每個(gè)場(chǎng)景都執(zhí)行高、參考和低電池資本成本預(yù)測(cè)網(wǎng)格服務(wù)限制電池成本預(yù)測(cè)存儲(chǔ)不能提供信貸的能力電池成本高低電池成本存儲(chǔ)不能執(zhí)行能量改變時(shí)間電池成本高低電池成本存儲(chǔ)不能提供操作儲(chǔ)備電池成本高低電池成本在存儲(chǔ)無(wú)法提供容量信用的情況下，存儲(chǔ)的峰值容量潛力在所有存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間內(nèi)設(shè)置為零。ReEDS仍然可以自由構(gòu)建存儲(chǔ)，并在模型的粗略時(shí)間分辨率內(nèi)確定存儲(chǔ)的最佳調(diào)度配置文件，但此更改阻止存儲(chǔ)在任何區(qū)域?yàn)橐?guī)劃儲(chǔ)備利潤(rùn)做出貢獻(xiàn)。因此，模型必須從其他資源獲得足夠的容量。在存儲(chǔ)無(wú)法執(zhí)行能量時(shí)移的情況下，在確定棄電、時(shí)移值和VRE存儲(chǔ)交互的每小時(shí)生產(chǎn)調(diào)度模型中忽略存儲(chǔ)。由于在此每小時(shí)模型中忽略了存儲(chǔ)，因此計(jì)算棄電時(shí)不受存儲(chǔ)能量時(shí)移的影響。根據(jù)每小時(shí)價(jià)格配置文件確定的存儲(chǔ)時(shí)移值設(shè)置為零，因此對(duì)于任何存儲(chǔ)投資決策，都將忽略此值。描述存儲(chǔ)減少縮減能力的所有VRE存儲(chǔ)交互也會(huì)被忽略。允許存儲(chǔ)在高負(fù)載時(shí)段在ReEDS中調(diào)度，在低負(fù)載時(shí)段充電，這是提供固定容量的存儲(chǔ)所必需的，但不允許通過(guò)充電來(lái)減少限電，并且不會(huì)從這種時(shí)移中獲得任何價(jià)值。在存儲(chǔ)無(wú)法提供運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備的情況下，存儲(chǔ)設(shè)備可用于提供輔助服務(wù)的容量比例設(shè)置為零（A.2節(jié)）但每個(gè)方案中的指定服務(wù)除外。結(jié)果:國(guó)家部署到20501顯示了參考案例中按持續(xù)時(shí)間劃分的部署（左）和所有場(chǎng)景中的累積存儲(chǔ)部署（右）。在參考案例中，到2050年，有213吉瓦（1，318吉瓦時(shí)）的存儲(chǔ)，占總規(guī)劃儲(chǔ)備保證金要求的17%132GW（702GWh）和380GW（1，783GWh）。在所有情景中，2050年的累計(jì)存儲(chǔ)容量范圍為132-679吉瓦（702-3242吉瓦時(shí)），電池存儲(chǔ)的年部署范圍為2030年的1-30吉瓦至2050年的7-77吉瓦。這些情景在2050年達(dá)到VRE滲透率達(dá)到35%-74%（可再生能源總體滲透率為43%-81%）。有關(guān)每個(gè)方案的結(jié)果，請(qǐng)參閱附錄中的表A-1，有關(guān)這些方案的完整列表，請(qǐng)參閱方法中的表1。到2020年，美國(guó)有23吉瓦的抽水蓄能能力，所有這些蓄能的持續(xù)時(shí)間都假設(shè)為12小時(shí)。盡管模型評(píng)估的技術(shù)套件中包含新的抽水蓄能，但在我們研究的場(chǎng)景中，模型僅部署了新的電池儲(chǔ)能。在所有情況4-6124-6電池存儲(chǔ)(能源部,2016).此外，如ReEDS模型警告和限制（附錄A.4）所述，這項(xiàng)工作中未考慮的較長(zhǎng)時(shí)間資源可能會(huì)與晝夜存儲(chǔ)競(jìng)爭(zhēng)。圖1.參考案例中按存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間（左）和所有場(chǎng)景（右）分隔的國(guó)家存儲(chǔ)容量有關(guān)此處包含的資源方案的完整列表，請(qǐng)參閱表1（方法：方案和模型輸入部分）。見(jiàn)附錄中的圖A-1和A-2，了解每種情況下按技術(shù)分列的發(fā)電量和容量的更多詳細(xì)信息。新的存儲(chǔ)部署最初是從持續(xù)時(shí)間較短的存儲(chǔ)（最多4小時(shí)）開(kāi)始的，然后隨著部署的增長(zhǎng)而發(fā)展到更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的存儲(chǔ)成本更高，這與模型對(duì)較短持續(xù)時(shí)間的偏好一致。在所有情況下~100-150GWDenholm（2021）12非常吻合，其2階段旨在提供峰值容量。結(jié)果:司機(jī)的部署為了探索存儲(chǔ)部署的驅(qū)動(dòng)因素，我們考慮了存儲(chǔ)服務(wù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力、這些服務(wù)的價(jià)值以及存儲(chǔ)成本。潛力是技術(shù)經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗鼈內(nèi)Q于技術(shù)因素（例如，存儲(chǔ)效率，負(fù)載形狀）和經(jīng)濟(jì)因素（例如，部署的光伏數(shù)量，哪個(gè)發(fā)電機(jī)處于邊緣）。ReEDS模型考慮了存儲(chǔ)獨(dú)立提供三種服務(wù)（容量、能量時(shí)移和運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備）的能力，并共同優(yōu)化存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間和存儲(chǔ)部署以及對(duì)發(fā)電和輸電的投資。存儲(chǔ)服務(wù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力表示存儲(chǔ)可以提供的服務(wù)量的上限，但并不反映存儲(chǔ)成本或這些服務(wù)的價(jià)值。對(duì)于運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)備金，這只是系統(tǒng)所需的準(zhǔn)備金總量。對(duì)于容量和能量時(shí)移，潛力評(píng)估起來(lái)更加復(fù)雜，并且在很大程度上取決于凈負(fù)荷狀況，而凈負(fù)荷狀況受風(fēng)力和光伏發(fā)電量和時(shí)間的影響。特別是光伏發(fā)電對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力有重大影響，如圖2所示。上圖舉例說(shuō)明了光伏如何縮小凈峰值需求期的示例，將加利福尼亞州的負(fù)荷與2050年低光伏成本案例（63%的年光伏滲透率）和低風(fēng)電成本案例（40%的年光伏滲透率）中的凈負(fù)荷進(jìn)行了比較（有關(guān)負(fù)荷假設(shè)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱方法部分）。峰值的縮小以及最小和最大凈負(fù)載之間差異的增加增加了存儲(chǔ)的整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力。圖2中的左下面板顯示了晝夜存儲(chǔ)（持續(xù)時(shí)間為12小時(shí)或更短的存儲(chǔ)）在每種情景下每年在美國(guó)提供峰值容量的國(guó)家潛力，繪制為光伏滲透率的函數(shù)。晝夜存儲(chǔ)的峰值潛力是使用Frazier等人（2020）描述的凈負(fù)載剖面形狀和存儲(chǔ)往返效率計(jì)算的，全國(guó)存儲(chǔ)峰值潛力相對(duì)于2020年的水平翻了一番，光伏滲透率約為35%。儲(chǔ)能的時(shí)移價(jià)值流對(duì)光伏滲透也很敏感。最小和最大凈負(fù)載之間差異的增加也增加了存儲(chǔ)提供能量時(shí)移的潛力。圖2中的右下面板顯示了每年每個(gè)情景中晝夜能源時(shí)移的國(guó)家年度技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力，繪制為光伏滲透率的函數(shù)。這種技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力基于每小時(shí)最佳的發(fā)電和輸電調(diào)度，無(wú)限存儲(chǔ)可用于將每日價(jià)格曲線扁平化到存儲(chǔ)的往返效率范圍內(nèi)。與峰值容量一樣，儲(chǔ)能提供能量時(shí)移的潛力與光伏滲透之間存在密切關(guān)系。這種潛力對(duì)燃料價(jià)格假設(shè)也很敏感，因?yàn)檩^高/較低的燃料價(jià)格會(huì)增加/減少價(jià)格價(jià)差。圖2.加利福尼亞州2050年低光伏成本和低風(fēng)電成本案例的負(fù)荷和凈負(fù)荷（上圖）;作為光伏滲透率函數(shù)的晝夜存儲(chǔ)國(guó)家峰值容量潛力（長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)）（左下）和作為光伏滲透率函數(shù)的國(guó)家晝夜能量時(shí)移潛力（右下）底部數(shù)字顯示了所有情景中的所有年份（即，每種情景中每年都有一個(gè)點(diǎn)）。風(fēng)力結(jié)果見(jiàn)附錄中的圖A-6。風(fēng)能或天然氣部署對(duì)調(diào)峰和能源時(shí)移潛力的影響主要通過(guò)與光伏的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生。高風(fēng)電成本或高天然氣價(jià)格提高了光伏的相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力，而增加的光伏部署導(dǎo)致更大的儲(chǔ)能潛力。反之亦然。這些存儲(chǔ)潛力可以與考慮所提供服務(wù)的價(jià)值和存儲(chǔ)成本的建模經(jīng)濟(jì)部署進(jìn)行比較。該模型考慮替代資源的資本和運(yùn)營(yíng)成本等因素，內(nèi)生確定每項(xiàng)服務(wù)的價(jià)值。在所有情況下，從現(xiàn)在到2030年，企業(yè)產(chǎn)能的價(jià)值都很低，因?yàn)樵诖似陂g，許多地區(qū)的電力系統(tǒng)容量超過(guò)了模型中強(qiáng)制執(zhí)行的規(guī)劃儲(chǔ)備邊際約束。（墨菲等人，2020年;NERC（北美電力可靠性公司），2020年;雷默斯等人，2019）.隨著時(shí)間的推移，峰值容量的值隨著負(fù)載的增長(zhǎng)和現(xiàn)有發(fā)電機(jī)的退役而增加。能量時(shí)移的價(jià)值通常也會(huì)增長(zhǎng)，特別是隨著光伏滲透率的提高提高了凈負(fù)荷曲線。該模型允許存儲(chǔ)提供多種服務(wù)，并且由于高能源價(jià)格與高凈負(fù)載相關(guān)，因此這些服務(wù)通常在時(shí)間上重疊，以便可以同時(shí)執(zhí)行能源和容量服務(wù)。(Sioshansietal.,2014).存儲(chǔ)通常需要它們的組合價(jià)值才能成為成本最優(yōu)的資源。為了了解各種服務(wù)對(duì)存儲(chǔ)整體價(jià)值的貢獻(xiàn)，我們限制存儲(chǔ)提供某些服務(wù)業(yè);結(jié)果如圖3所示。對(duì)于本研究中使用的未來(lái)電池成本的每個(gè)預(yù)測(cè)(奧古斯汀和布萊爾,即將出版)，我們限制存儲(chǔ)在模型中提供其三種服務(wù)之一—容量、能量時(shí)移和運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備。例如，在存儲(chǔ)無(wú)法提供能量時(shí)移的情況下，僅允許存儲(chǔ)提供確定的容量和運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備，因此只有在這些服務(wù)的價(jià)值足以收回存儲(chǔ)成本時(shí)才進(jìn)行部署。有關(guān)這些方案中的修改的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱方法部分。圖3.網(wǎng)格服務(wù)限制存儲(chǔ)的方案中的累積電池存儲(chǔ)部署，如方案名稱(chēng)所示，電池成本低（左）、參考電池成本（中）和高電池成本（右）有關(guān)這些情景下的發(fā)電量和容量的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)附錄中的圖A-3和A-4。2小時(shí)，該模型未考慮歷史上為提供儲(chǔ)備而部署的持續(xù)時(shí)間較短的存儲(chǔ)的作用。有關(guān)ReEDS金要求的詳情，請(qǐng)參閱附錄中的表A-2。早期存儲(chǔ)部署還受到技術(shù)成本和性能以外的驅(qū)動(dòng)因素的影響，包括國(guó)家對(duì)新存儲(chǔ)容量的要求以及激勵(lì)VRE從而增加能源時(shí)移價(jià)值的政策。例如，在可再生能源信貸價(jià)格較高的地區(qū)，安裝可以減少可再生能源棄電的儲(chǔ)能的價(jià)值也很高。圖4提供了有關(guān)存儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力和服務(wù)價(jià)值的更多見(jiàn)解，這些價(jià)值推動(dòng)了總體經(jīng)濟(jì)部署。陰影條顯示了2050年全國(guó)存儲(chǔ)峰值潛力，按每種情景的持續(xù)時(shí)間細(xì)分。情景之間存儲(chǔ)峰值潛力的變化是由于圖2所示的因素造成的，主要是PV部署。存儲(chǔ)峰值潛力還表明，隨著更多存儲(chǔ)的增加，由于凈負(fù)載峰值更寬，需要越來(lái)越長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間(弗雷澤etal.,2020).4和持續(xù)時(shí)間接近峰值電位的存儲(chǔ)。一旦達(dá)到峰值潛力，存儲(chǔ)的容量信用就會(huì)下降，并且額外存儲(chǔ)（要提供時(shí)移）的價(jià)值低于額外成本?；蛘?，使用低電池成本假設(shè)的方案的存儲(chǔ)部署超過(guò)了存儲(chǔ)的峰值潛力。這表明，當(dāng)存儲(chǔ)的大部分價(jià)值來(lái)自能源時(shí)移時(shí)，降低存儲(chǔ)的資本成本使存儲(chǔ)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力-包括其存儲(chǔ)能量的能力，否則這些能量將被削減并將其轉(zhuǎn)移到以后的時(shí)間-輔以一些減少容量信用的固定容量?jī)r(jià)值。這些情況會(huì)產(chǎn)生最高級(jí)別的存儲(chǔ)部署。高天然氣（NG）價(jià)格案例（使用參考電池成本）也是較大的價(jià)格差異（由于較高的天然氣價(jià)格）允許在峰值潛力之外進(jìn)行額外存儲(chǔ)部署的情況。高電池成本案例是模型部署明顯低于峰值電位的唯一情況。在這種情況下，存儲(chǔ)成本最優(yōu)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)約6小時(shí)，但較長(zhǎng)的存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間比其他選項(xiàng)貴得多。圖4.2050年模擬存儲(chǔ)峰值容量潛力作為存儲(chǔ)滲透率和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)（陰影條），與每種情況下2050年的模擬經(jīng)濟(jì)累積存儲(chǔ)容量（實(shí)心條）相比區(qū)域結(jié)果見(jiàn)附錄圖A-9至A-26。41部署的能源容量的額外功率容量有助于避免棄電比額外的能源容量更多是由于光伏發(fā)電集中在中午。在高NG價(jià)格案例（帶有參考存儲(chǔ)成本）中，該模型部署了一些持續(xù)時(shí)間比提供峰值容量所需的時(shí)間更長(zhǎng)的存儲(chǔ)。由于燃料成本高，在這種情況下，額外能量容量的成本小于與額外能量時(shí)移相關(guān)的值。這些結(jié)果顯示了Denholm等人（2021）中描述的存儲(chǔ)部署第三階段的幾種選擇，在2-6部分峰值容量潛力飽和之后。在此之后，最佳存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間可能仍然是提供峰值容量所需的最短持續(xù)時(shí)間（如參考情況），4小時(shí)（低電池成本情況）8小時(shí)（NG價(jià)格情況）。結(jié)果:存儲(chǔ)的其他相互作用和影響在建模場(chǎng)景中，光伏發(fā)電的晝夜模式與儲(chǔ)能產(chǎn)生最強(qiáng)的交互，但儲(chǔ)能也與電力部門(mén)的其他資源（包括風(fēng)能和輸電）相互作用。圖5顯示了一部分場(chǎng)景中存儲(chǔ)、輸電、光伏和風(fēng)能（陸上和海上）的累積容量。低光伏成本案例導(dǎo)致更大的光伏部署，這增加了如前所述存儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力（見(jiàn)圖2），并且還有效地降低了存儲(chǔ)成本，縮短了獲得全容量信用所需的持續(xù)時(shí)間。這導(dǎo)致相對(duì)于參考案例的存儲(chǔ)部署明顯增加。圖5.電池存儲(chǔ)（左上）、輸電（右上）、PV（左下）和風(fēng)（右下）等場(chǎng)景子集中的累計(jì)容量在建模情景中，輸電和儲(chǔ)能的相互作用有限，輸電和風(fēng)之間的相關(guān)性最為顯著。傳輸和存儲(chǔ)都為電網(wǎng)提供了靈活性，一個(gè)通過(guò)在空間中轉(zhuǎn)移能量，另一個(gè)在時(shí)間上移動(dòng)能量。建模結(jié)果表明，風(fēng)能從空間靈活性中獲益更多，而光伏從時(shí)間靈活性中獲益更多。輸電與風(fēng)力容量呈正相關(guān)，但額外的風(fēng)力不會(huì)激勵(lì)額外的儲(chǔ)能，因?yàn)轱L(fēng)力通常不會(huì)以增加儲(chǔ)能峰值容量潛力的方式改變凈負(fù)荷形狀。與光伏相比，晝夜蓄能和風(fēng)能的協(xié)同作用相對(duì)較小。低風(fēng)電成本案例的風(fēng)力部署明顯多于參考案例，這抵消了一些光伏部署。由于儲(chǔ)能潛力與光伏滲透率具有很強(qiáng)的相關(guān)性，在這種情況下，光伏部署的減少導(dǎo)致存儲(chǔ)投資相對(duì)于參考案例的減少，因?yàn)檩^低的光伏滲透率意味著較低的儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力（圖4）。通過(guò)檢查通過(guò)儲(chǔ)能循環(huán)的能量量，也可以觀察到儲(chǔ)能的作用及其與光伏相對(duì)于風(fēng)能的協(xié)同作用。圖6顯示了2050年每種情景在國(guó)家和地區(qū)范圍內(nèi)用于對(duì)光伏和風(fēng)穿透進(jìn)行充電的總發(fā)電量的百分比。在參考案例中，2050年全國(guó)用于對(duì)儲(chǔ)能充電的發(fā)電量為7%，范圍從高光伏成本案例中的4%到高NG價(jià)格和低電池成本案例中的19%。雖然作為最低成本解決方案的一部分，在這些場(chǎng)景中部署了大量的風(fēng)能和光伏，但光伏的晝夜發(fā)電配置文件支持進(jìn)一步的存儲(chǔ)部署。在高風(fēng)部署的情況下，風(fēng)達(dá)到高滲透率，而無(wú)需大量存儲(chǔ)部署。圖6.2050年通過(guò)儲(chǔ)能的發(fā)電量在國(guó)家和地區(qū)層面的所有情景中與光伏滲透率（左）和風(fēng)滲透率（右）的關(guān)系圖討論和未來(lái)的工作這項(xiàng)分析表明，儲(chǔ)能有可能成為系統(tǒng)容量的重要貢獻(xiàn)者，即使采用我們最保守的儲(chǔ)能假設(shè)，到2050年，新裝機(jī)容量也將達(dá)到132吉瓦。雖然本研究中的成本和性能指標(biāo)側(cè)重于鋰離子電池，因?yàn)樵摷夹g(shù)如今比其他新興技術(shù)具有更大的市場(chǎng)成熟度，但本研究的結(jié)果可以推廣到滿足假設(shè)的成本和性能預(yù)測(cè)的其他存儲(chǔ)技術(shù)。這種存儲(chǔ)部署大多發(fā)生在2030年之后，但替代的中短期經(jīng)濟(jì)狀況或政策變化、現(xiàn)有峰值容量的退役或更高的規(guī)劃儲(chǔ)備裕度以解決可靠性和彈性問(wèn)題可能會(huì)推動(dòng)存儲(chǔ)的提前部署。儲(chǔ)能增長(zhǎng)也可能受到競(jìng)爭(zhēng)資源的影響，例如需求響應(yīng)或?qū)ζ渌统杀緝?chǔ)能（例如現(xiàn)有的加拿大水電儲(chǔ)能）的傳輸接入，或者可能增加峰值和整體電力需求的電氣化增加。本研究中的存儲(chǔ)部署由容量和能源價(jià)值的組合驅(qū)動(dòng)。最佳存儲(chǔ)部署對(duì)這些價(jià)值流與存儲(chǔ)成本之間的關(guān)系很敏感。在大多數(shù)情況下，存儲(chǔ)部署是針對(duì)其潛在容量?jī)r(jià)值進(jìn)行優(yōu)化的，并且其能量值是補(bǔ)充的。然而，我們發(fā)現(xiàn)了替代場(chǎng)景（例如，電池成本低或天然氣價(jià)格高的情況），其中能量時(shí)移相對(duì)于存儲(chǔ)成本的價(jià)值足夠高，以激勵(lì)存儲(chǔ)在其能量?jī)r(jià)值方面的優(yōu)化，并且其容量值是補(bǔ)充的。儲(chǔ)能市場(chǎng)潛力與光伏增長(zhǎng)密切相關(guān)。光伏的晝夜模式及其對(duì)凈負(fù)荷的影響增加了儲(chǔ)能的潛力，并通過(guò)允許較短的持續(xù)時(shí)間成為峰值容量的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)源，有效地降低了儲(chǔ)能成本。這種影響推動(dòng)了我們的建模結(jié)果，這些結(jié)果通常為大多數(shù)裝機(jī)容量構(gòu)建6小時(shí)或更短的持續(xù)時(shí)間，并使儲(chǔ)能與光伏的互補(bǔ)性比風(fēng)能更具互補(bǔ)性。未來(lái)的工作應(yīng)研究晝夜存儲(chǔ)（這是本工作的重點(diǎn)）與長(zhǎng)期存儲(chǔ)資源之間的關(guān)系，特別是在這項(xiàng)工作范圍之外的高度脫碳電網(wǎng)條件下，例如接近100%可再生或清潔能源的電網(wǎng)條件。此外，還需要做更多的工作來(lái)了解存儲(chǔ)與全國(guó)范圍內(nèi)需求方靈活性之間的關(guān)系。有關(guān)與本研究結(jié)果相關(guān)的注意事項(xiàng)和限制，請(qǐng)參閱附錄中的第4節(jié)。引用奧古斯丁，C.，布萊爾，N.，即將出版。存儲(chǔ)期貨研究：存儲(chǔ)技術(shù)建模輸入數(shù)據(jù)報(bào)告（NREL/TP-5700-78694）。國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，戈?duì)柕?，科羅拉多州）。比斯，碩士，斯蒂芬，B.，施密特，TS，2020年。預(yù)測(cè)電力部門(mén)儲(chǔ)能技術(shù)之間的競(jìng)爭(zhēng)。焦耳4，2162-2184。/10.1016/j.joule.2020.07.017比斯特林，J.，科爾，W.，達(dá)馬托，G.，德卡羅利斯，J.，弗雷澤，W.，林加，V.，馬西，C.，納莫維奇，C.，波德卡米納，K.，西姆斯，R.，蘇昆塔，M.，楊，D.，2020年。長(zhǎng)期系統(tǒng)模型中的能量存儲(chǔ)：考慮因素、最佳實(shí)踐和研究需求的回顧24.布里斯，T.，Geth，F(xiàn).，DeJonghe，C.，Belmans，R.，2019。量化CWE地區(qū)短期電力市場(chǎng)中的電力存儲(chǔ)套利機(jī)會(huì)。儲(chǔ)能學(xué)報(bào)25，100899./10.1016/j.est.2019.100899布朗，D.P.，薩平頓，D.E.M.，2020年。激勵(lì)電力儲(chǔ)能作為輸電資產(chǎn)的最佳采購(gòu)和部署。能源政策138，15.德拉多納、何、賈頓、蘭姆、麥、T.、莫爾斯、墨菲、羅斯、施萊弗、斯坦伯格、孫、文森特、周、茨維林，2020（ReEDS）2019。NREL/TP-6A20-74111140.科爾，W.，科克倫，S.，蓋茨，N.，邁，T.，達(dá)斯，P.，2020a。2020年標(biāo)準(zhǔn)情景報(bào)告：A美國(guó)電力行業(yè)展望。NREL/TP-6A20-7744251.ColeW.EurekK.P.VincentN.M.MaiT.T.BrinkmanG.L.MowersM.2018.（編號(hào)：NREL/PR-6A20-71148）。國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，科羅拉多州戈?duì)柕牵?10.2172/1455165科爾，W.，弗雷澤，A.W.，2020年。公用事業(yè)規(guī)模電池存儲(chǔ)的成本預(yù)測(cè)：2020年更新。技術(shù)報(bào)告NREL/TP-6A20-7538521.科爾，W.，格里爾，D.，何，J.，馬戈利斯，R.，2020b。保持光伏和儲(chǔ)能高滲透率的電力系統(tǒng)資源充足性的注意事項(xiàng)。應(yīng)用能源279，115795。/10.1016/j.apenergy.2020.115795戴維斯，D.M.，佛得角，M.G.，Mnyshenko，O.，Chen，Y.R.，Rajeev，R.，Meng，Y.S.，Elliott，G.，2019。電網(wǎng)應(yīng)用電池儲(chǔ)能的綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)評(píng)估。自然能源4，42-50。/10.1038/s41560-018-0290-1丹霍爾姆，P.，科爾，W.，弗雷澤，A.W.，波德卡米納，K.，布萊爾，N.，2021年。存儲(chǔ)部署的四個(gè)階段：存儲(chǔ)在美國(guó)電力系統(tǒng)中不斷擴(kuò)大作用的框架56.DenholmP.MargolisR.2016.在加州實(shí)現(xiàn)50%太陽(yáng)能光伏能源滲透的儲(chǔ)能要求?？稍?5.登霍爾姆，P.，努內(nèi)梅克，J.，加農(nóng)，P.，科爾，W.，2020年。電池儲(chǔ)能在美國(guó)提供峰值容量的潛力?？稍偕茉?51，1269-1277。Denholm，P.L.，Sun，Y.，Mai，T.T.，2019.電網(wǎng)服務(wù)簡(jiǎn)介：概念，技術(shù)要求和風(fēng)能供應(yīng)（編號(hào)NREL/TP-6A20-72578）。國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，科羅拉多州戈?duì)柕?10.2172/1493402美國(guó)能源部，2016年。水電愿景：美國(guó)第一個(gè)可再生電力來(lái)源的新篇章“（編號(hào)技術(shù)報(bào)告DOE/GO-102016-4869）。美國(guó)能源部，華盛頓特區(qū)德拉克斯?fàn)?，C.，霍奇，B.-M.，克利夫頓，A.，2015年。風(fēng)力整合國(guó)家數(shù)據(jù)集工具包概述和氣象驗(yàn)證。NREL/TP-5000-61740。J.G.C.X.2020.可再生電網(wǎng)，電池存儲(chǔ)和丟失的資金。資源，保護(hù)與16112.弗雷澤，A.W.，科爾，W.，丹霍爾姆，P.，格里爾，D.，加農(nóng)，P.，2020年。評(píng)估電池存儲(chǔ)作為美國(guó)峰值容量資源的潛力。應(yīng)用能源275，12.FrewB.ColeW.DenholmP.FrazierW.VincentN.MargolisR.2019.陽(yáng)光明媚，有可能被棄電：以非常高的太陽(yáng)能光伏水平運(yùn)營(yíng)美國(guó)電網(wǎng)。iScience21436–447./10.1016/j.isci.2019.10.017FrewB.ColeW.SunY.RichardsJ.MaiT.2017.基于8760的容量擴(kuò)展模型中表示可變發(fā)電容量值的方法：預(yù)印本。NREL/CP-6A2068869。哈特納，M.，Permoser，A.，2018年。穿越低谷：光伏滲透水平對(duì)價(jià)格波動(dòng)和儲(chǔ)能工廠收入的影響?？稍偕茉?15，1184-1195。/10.1016/j.renene.2017.09.036JorgensonJ.DenholmP.MaiT.2018.分析輸電受限電力系統(tǒng)中風(fēng)力并網(wǎng)的儲(chǔ)能。應(yīng)用能源228，122-129。/10.1016/j.apenergy.2018.06.046馬拉普拉加達(dá)，D.S.，塞普爾韋達(dá)，N.A.，詹金斯，法學(xué)博士，2020年。隨著風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電量的增加，未來(lái)電網(wǎng)中電池儲(chǔ)能的長(zhǎng)期系統(tǒng)價(jià)值。應(yīng)用能源275，13.墨菲，S.，拉文，L.，阿普特，J.，2020年。溫度相關(guān)發(fā)電機(jī)可用性的資源充足性影響。應(yīng)用能源262，14.NERC（北美電力可靠性公司），2020年。2020年夏季可靠性評(píng)估。NREL（國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室），2020年。2020年度技術(shù)基線。皮內(nèi)達(dá)，S.，莫拉萊斯，J.M.，2018年。按時(shí)間順序排列的時(shí)間段群集，用于使用存儲(chǔ)進(jìn)行最佳容量擴(kuò)展規(guī)劃。IEEETransactionsonPowerSystems33，7162–7170./10.1109/TPWRS.2018.2842093ReimersA.ColeW.FrewB.2019.規(guī)劃儲(chǔ)備邊際在電力部門(mén)長(zhǎng)期規(guī)劃模型中的影響。能源政策125，1-8。羅伊，S.，辛哈，P.，沙阿，S.I.，2020年。評(píng)估具有電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（PVS）的公用事業(yè)規(guī)模光伏發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境屬性，與傳統(tǒng)的天然氣峰值器相比，用于在加利福尼亞州提供固定容量。能源24.SenguptaM.XieY.LopezA.HabteA.MaclaurinG.ShelbyJ.2018.國(guó)家太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)庫(kù)?？稍偕涂沙掷m(xù)能源評(píng)論89，51-60。SioshansiR.MadaeniS.DenholmP.2014.一種動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，用于估計(jì)儲(chǔ)能的容量值。IEEETRANSACTIONSONPOWERSYSTEMS29395–403.維奧拉，I.M.，哈里森，GP，鄧巴，A.，塔利亞費(fèi)里，F(xiàn).，2014年。電價(jià)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性對(duì)儲(chǔ)能收入最優(yōu)性的影響，見(jiàn)：第三屆可再生能源發(fā)電會(huì)議（RPG2014）。在第三屆可再生能源發(fā)電會(huì)議（RPG2014）上發(fā)表，意大利那不勒斯工程技術(shù)研究所，第8.17-8.17頁(yè)。/10.1049/cp.2014.0902WangY.DvorkinY.Fernandez-BlancoR.XuB.KirschenD.S.2017.本地輸電擁堵對(duì)儲(chǔ)能套利機(jī)會(huì)的影響，見(jiàn)：2017年IEEE電力與能源協(xié)會(huì)大會(huì)。在2017年IEEE會(huì)（PESGM）上發(fā)表，IEEE，伊利諾伊州芝加哥，第1-5頁(yè)。/10.1109/PESGM.2017.8274471YousifM.AiQ.WattooW.A.JiangZ.HaoR.GaoY.2019.太陽(yáng)能、風(fēng)能和儲(chǔ)能系統(tǒng)的最低成本組合，為大規(guī)模電網(wǎng)供電。電源雜志412，710-716。/10.1016/j.jpowsour.2018.11.084附錄場(chǎng)景的結(jié)果本部分包括其他方案結(jié)果。圖和表標(biāo)題描述了這些結(jié)果的詳細(xì)信息。表A-1.2050年風(fēng)能、光伏和可再生能源在所有資源敏感性情景中的滲透率結(jié)果a場(chǎng)景%風(fēng)創(chuàng)%光伏創(chuàng)%再保險(xiǎn)創(chuàng)存儲(chǔ)(GW)存儲(chǔ)(婦女)存儲(chǔ)時(shí)間(小時(shí))NG高價(jià)28.941.477.237024456.6NG高價(jià)格和低電池成本27.746.080.867932424.8光伏成本高23.619.750.816411326.9高VRE成本13.623.545.018111946.6高VRE&低電池成本13.424.445.434815984.6高電池成本20.525.753.51327025.3高傳播成本18.729.555.622914326.2高傳輸成本和低電池成本19.630.957.938017834.7高風(fēng)成本24514315.8NG低價(jià)格13.921.542.616810816.4NG低價(jià)格和低電池成本13.122.442.732314684.5光伏成本低14.541.763.127816726.0光伏電池成本和低成本低13.545.666.150623434.6VRE成本低32.532.772.022414586.5VRE成本低和電池成本低31.934.673.543019324.5電池成本低20.230.658.038417924.7風(fēng)力發(fā)電成本低38.822.668.517212067.0低風(fēng)&低電池成本38.322.367.832215354.8參考案例20.428.856.421313186.2一個(gè)其中包括以GW和GWh為單位的總存儲(chǔ)容量，以及平均存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間。請(qǐng)注意，每個(gè)方案從2018年的24GW和278GWh存儲(chǔ)（11.6小時(shí)）開(kāi)始。圖A-1.所有資源敏感型方案中按技術(shù)和年份劃分的能力圖A-2.在所有資源敏感方案中按技術(shù)和年份生成圖A-3.所有存儲(chǔ)網(wǎng)格服務(wù)敏感度場(chǎng)景中按技術(shù)和年份劃分的容量圖A-4.在所有存儲(chǔ)網(wǎng)格服務(wù)敏感度場(chǎng)景中按技術(shù)和年份生成操作儲(chǔ)備ReEDS代表三種類(lèi)型的運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備：調(diào)節(jié)、紡紗和靈活性。這些儲(chǔ)備類(lèi)型代表了當(dāng)前美國(guó)市場(chǎng)更廣泛的儲(chǔ)備。(Denholmetal2019)A-2所示。關(guān)于業(yè)務(wù)儲(chǔ)備金實(shí)施情況的更多細(xì)節(jié)由Cole等人提供。(科爾etal2018).表a-。存款準(zhǔn)備金率,蘆葦儲(chǔ)備類(lèi)型負(fù)載要求風(fēng)要求光伏需求時(shí)間尺度旋轉(zhuǎn)3%的負(fù)載——10分鐘監(jiān)管1%的負(fù)載0.5%的風(fēng)力發(fā)電光伏容量的0.3%一個(gè)白天5分鐘靈活性—10%的風(fēng)力發(fā)電光伏容量的4%一個(gè)白天60分鐘

一個(gè)光伏發(fā)電基于容量，因?yàn)樵诎l(fā)電量低的黎明和黃昏最需要光伏誘導(dǎo)的儲(chǔ)備。表A-3至A-5顯示了用于這項(xiàng)工作的電池資本成本假設(shè)，這些假設(shè)來(lái)自?shī)W古斯丁和布萊爾(2021）。ReEDS2.5%1585%。圖A-5（轉(zhuǎn)載自ReEDS模型文檔）(布朗etal2020)）ReEDSPSH供應(yīng)曲線。假設(shè)PSH12小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。PSH成本和資源評(píng)估作為水電愿景研究的一部分完成(能源部,2016)該書(shū)于2016年出版。從那時(shí)起，已經(jīng)做了很多工作來(lái)改善美國(guó)PSH的假設(shè)和資源評(píng)估，但這項(xiàng)工作尚未準(zhǔn)備好納入本研究。例如，持續(xù)時(shí)間少于12小時(shí)的PSH的成本可能低于圖A-5中顯示的成本，這可能會(huì)增加在這些方案中部署的PSH量。在這項(xiàng)工作中使用這些電池成本和性能值導(dǎo)致了大量的電池部署。如果其他存儲(chǔ)技術(shù)要達(dá)到與下面顯示的電池假設(shè)相同的成本和性能水平，我們希望這些技術(shù)將部署在這項(xiàng)工作中顯示的電池存儲(chǔ)級(jí)別。例如，如果PSH或液流電池達(dá)到2030年，150-300美元/儲(chǔ)水平。PAGE27PAGE27表a-3。參考電池資本成本一年未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦)-中期未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦時(shí))-中期兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)20198861,5272,1672,8083,44844338236135134520208511,4382,0262,6143,20242536033832732020218141,3491,8842,4192,95440733731430229520227781,2601,7422,2252,70738931529027827120237421,1711,6012,0302,46037129326725424620247051,0821,4591,8362,21235327124322922120256699931,3171,6411,96533424821920519620266559561,2571,5591,86032723921019518620276389191,2001,4811,76231923020018517620286198821,1451,4081,67031022119117616720295998451,0911,3371,58429921118216715820305778081,0401,2711,50228820217315915020315747981,0221,2451,46928720017015614720325767881,0001,2121,42428819716715214220335767789801,1821,38528819416314813820345747689611,1551,34928719216014413520355727589441,1301,31628618915714113220365687489271,1071,28628418715513812920375647379111,0851,25828218415213612620385597278961,0641,23228018214913312320395547178811,0441,20727717914713012120405487078661,0251,18427417714412811820415426978521,0061,16127117414212611620425366878389881,13926817214012411420435306778249711,11826516913712111220445236678109541,098262167135119110一年未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦)-中期未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦時(shí))-中期兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)20455166577979381,07925816413311710820465096477849221,06025416213111510620475016367729071,04225115912911310420484946267598921,02424715712611110220494866167478771,007243154124110101205047860673486399123915212210899表4。電池電量過(guò)低資本成本一年未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦)-低未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦時(shí))-低兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)20198861,5272,1672,8083,44844338236135134520206901,1891,6882,1872,68634529728127326920216421,1061,5692,0332,49732127626225425020225931,0221,4501,8792,30829725524223523120235459381,3321,7252,11927223522221621220244968541,2131,5711,93024821420219619320254477711,0941,4171,74122419318217717420264237291,0341,3401,64621218217216816520273996879751,2631,55119917216215815520283746459151,1861,45718716115314814620293506038561,1091,36217515114313913620303265617961,0321,26716314013312912720313195507811,0121,24216013813012612420323135397659911,21815713512812412220333075287509711,19315313212512111920343005177349511,16815012912211911720352945067199311,14314712712011611420362884957039111,11814412411711411220372814846878911,09414112111511110920382754736728701,06913711811210910720392684626568501,04413411610910610420402624516418301,0191311131071041022041256440625810994128110104101992042249429609790970125107102999720432434185947699451211059996942044237407578749920118102969492一年未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦)-低未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦時(shí))-低兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)20452303965637298951159994919020462243855477098701129691898720472173745326898461099489868520482113645166688211069186848220492053535006487961028883818020501983424856287719985817977表5。電池的資本成本高一年未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦)-高未來(lái)60mw貝絲成本(美元/千瓦時(shí))——高兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)兩個(gè)小時(shí)4小時(shí)6小時(shí)8個(gè)小時(shí)10個(gè)小時(shí)20198861,5272,1672,8083,44844338236135134520208631,4872,1112,7343,35843237235234233620218401,4472,0542,6613,26742036234233332720228171,4071,9972,5873,17740835233332331820237941,3671,9402,5133,08739734232331430920247701,3271,8832,4402,99638533231430530020257471,2871,8272,3662,90637432230429629120267301,2571,7842,3112,83836531429728928420277121,2271,7412,2562,77035630729028227720286951,1971,6992,2012,70234729928327527020296771,1671,6562,1452,63533929227626826320306601,1371,6132,0902,56733028426926125720316521,1221,5932,0642,53532628126625825320326431,1081,5732,0382,50332227726225525020336351,0941,5532,0122,47131827325925124720346271,0801,5331,9862,43831327025524824420356191,0661,5121,9592,40630926625224524120366101,0511,4921,9332,37430526324924223720376021,0371,4721,9072,34230125924523823420385941,0231,4521,8812,31029725624223523120395861,0091,4321,8552,278293