外洋动力署 | 储能技艺阶梯图

储电

把柄蓄电技艺提供的作事类型，可将其分为三大时候类别（短期、长久和划分式电板蓄电）。系统包括好多处于不同发展阶段的技艺。从广义上讲，PSH、CAES 和一些电板技艺最为练习，而液流电板、SMES、超等电容器和其他先进电板技艺现时还处于更早的发展阶段。

好多电力储存技艺齐有紧要的研发责任。尤其是电板和氢能技艺，在好意思国、日本和德国等地区的研究、开垦和示范技俩中得回了大齐资金缓助。用于评估一项技艺在特定应用中的使用后劲的主要技艺特征包括存储和运行本性（包括能量和功率容量、密度、后果、限度、放电才略、响适时候、寿命或轮回性能）以及成本。

短期（秒-分钟）存储应用

超等电容器和 SMES 技艺左右静态电场或磁场径直存储电力。飞轮通过旋转从电网中储存和开释电力，然后在转子上施加扭矩以减缓旋转速率。这些技艺不竭具有较高的轮回寿命和功率密度，但能量密度要低得多。因此，它们最适应向动力系统提供短时电力。

划分式电板存储

左右两个或多个电化学电板的化学反应完结电子流动（如锂基12、NaS 和铅酸电板）。电板在电力豪阔时充电，之后把柄需要放电。这种存储技艺既可用于短期应用，也可用于长久应用（即电力和动力作事），并具有高度可推广性和高效性。此外、它不错装配在通盘动力系统中，并已在不同限度的迁徙和固定应用的划分式和蚁合式系统中完结了有限的部署。然而，能量密度、功松懈能、使用寿命、充电才略和成本等方面的挑战阻遏了其闲居应用。

长久（小时-季节）存储应用

PSH 是现时最练习、最普遍的长久电力储存花式。此外，好意思国和德国的公用处事公司已得胜使用两个 CAES 秩序数十年。这些技艺的前期投资成本较高，因为技俩限度不竭较大，并且非绝热 CAES 设想决策的揣度后果较低。就抽水蓄能和 CAES 而言，地舆要求会导致更高的老本成本。

现时，有两套 CAES 系统参加交易运营，这两套系统齐使用自然气行动主要现场燃料，并配备了地下储能洞。这两个秩序中较大的一个是位于德国亨托夫的 321 兆瓦系统。该系统于 1978 年参加使用，使用两个岩洞（30 万立方米）提供每秒 425 千克（kg/s）的压缩空气（压力高达 70 巴），后果高达 55%。另一个系统位于阿拉巴马州的麦金托什，左右自然气发电厂的烟气进行预热，以提升发电厂的合座后果。

氢气储存

氢储存可用于长久动力应用。电能振荡为氢气，储存起来，然后再振荡为所需的最终使用神气（如电能、热能、合成自然气、纯氢或液体燃料）。由于能量密度高、响适时候快，以及可用于大限度储能应用，这些储能技艺具有广大的后劲。然而，这些技艺在前期成本高、总体后果低、安全问题以及短缺大限度应用的现存基础秩序（如燃料电板汽车的氢气存储）等方面存在穷困。在行将出书的外洋动力机构氢能技艺阶梯图中，将对这类电力存储进行深刻磋议。

储热

热能储存（TES）技艺的运行缠绵是储存能量，以备日后行动供热或制冷才略使用。一些热能储存技艺如故在电网和热网中得到了闲居应用，包括用于住宅制冷的UTES系统和冰蓄冷系统。此外，一些为满足其他社会需求而部署的末端使用技艺也具有热能储存功能，尽管这种后劲现时尚未得到充分进展（举例住宅开水器）。现时，热能储存的研发主要蚁合在镌汰高密度储存的成本，包括热化学工艺和相变材料（PCM）的开垦）。

用于低温（<10°C）应用的热能储存器

天下各地如故在交易和工业秩序中装配了冷水储存罐，以提供制冷才略。在荷兰、瑞典、德国和加拿大等国，包括含水层热能储存（ATES）和钻孔热能储存（BTES）在内的较大型UTES系统已得胜完结交易化，以提供供热和制冷才略。

用于中温（10°C-250°C）应用的热能储存

划分式热能储存在新西兰、澳大利亚和法国等国度已有几十年的历史，通过当地公用处事公司限度，这些系统可用于治理应地的动力不及情状，并可用于为当地住户提供开水。减少了住宅岑岭热能需求。举例，法国左右电开水器的蓄热功能，完结了每年减少 5%的岑岭需求。

在荷兰、挪威和加拿大，钻孔和含水层UTES 系统已得胜地进行了交易限度的部署，以提供供热才略。这些系统左右深刻地下的钻孔来储存和开释供热能量。坑式储能--将开水储存在有盖的坑中--在丹麦的区域供热网罗中得到闲居应用。热化学储能系统可在不同温度下开释热能，因此在中温热能储能应用中很有蛊卦力。与低温应用通常，这种储能机制相对较高的能量密度后劲也促使东说念主们狂妄开展研发责任。

高温（>250°C）应用热能储存

现时，最着名的高温应用热能储存思气可能是熔盐。这种材料可通过储存数小时的热能用于发电，从而提升 CSP 秩序的电力可调换性。使用 PCMs 储热、热化学储能和余热左右花式提供了好多潜在的契机。然而，这些技艺需要克服安全壳设想和材料在极高温下默契性的挑战，能力完结闲居应用。

到2050 年的部署愿景

本阶梯图提倡的愿景是《2014 年动力技艺预测》2DS 中的电力存储愿景。由于数据和建模才略的放纵，这一愿景仅限于在中国、印度、欧盟和好意思国使用四类并网储能技艺满足日常储能需求，其中负荷平衡应用有助于优化可再生动力发电的高渗入率。在这些放纵要求下，在 2050 年可再生动力发电量达到 27% 到 44% 的情况下，揣度这四地面区需要增多 310 千兆瓦的储能，而这四地面区在 2050 年的电力需求占 85%。

研究东说念主员为完结 2050 年电力行业去碳化缠绵而制定的决策，为这些案例的开垦提供了缓助。这种有限的 2DS 愿景并不料味着热能储存技艺或其他电力储存系统（包括应用于偏远社区和离网的系统）短缺大限度后劲。违反，这阐明有必要建筑外洋和国度数据妥洽，以缓助更全面的各人储能后劲评估、促进储能研究、监测进展和评估研发瓶颈。此外，2DS 中建筑物的大齐供热和制冷需求以及工业的供热需求阐明了热能储存技艺的一些潜在应用。这些需求在储能阶梯图观点中均有败露。

电力存储技艺可在通盘动力系统的多样应用中提供作事，从处罚电能质料问题到提供动力套利或季节性存储。然而，评估每种应用的昔时阛阓限度，以及储能技艺在每种应用中可能达到的渗入率，统统取决于具体电力系统的特色、可供遴荐的竞争决策、可变可再生动力的渗入率和位置，以及电网的发展水平（外洋动力署，2014）。

咱们开垦了 2DS 的三个变体--2DS；积极镌汰储能技艺成本的 "冲破性 "决策；以及电动汽车（EV）决策，其中电动汽车充电可响应需求，增多系统的无邪性--在这些决策中，储能技艺在多样假设要求下与昔时的火力发电和需求响应资源竞争这些作事。在 "2DS "情景中，假设逐日电力存储成本达到现时抽水蓄能技艺的成本，而在 "冲破 "情景中，积极镌汰成本有助于增多存储部署。

在这一有限的日常电力存储愿景之后的章节中，建议采用更全面的花式。具体来说，这些活动将从更庞大的视角来看待通盘动力系统中的电力和热能存储技艺。

ETP 清洁动力转型决策

本阶梯图以 ETP 2014 2DS 为参考情景。2DS 的最大特色所以清洁电力为中枢，到 2050 年，可再生动力技艺占各人发电量的比例将从约 20% 提升到 65%，其中可变可再生动力占各人总发电量的 29%。

动力技艺预测 (ETP) 2DS

外洋动力机构的 "动力转型计算 2DS "形色了如安在 2050 年前对整个动力部门的技艺进行立异，从而使各人平均气温高涨幅度有 80% 的几率在 2°C 以内。

它设定的缠绵是到 2050 年将与动力筹商的二氧化碳排放量减少一半以上（与 2009 年比较），并确保而后连续减少。2DS 承认动力部门的转型至关紧迫，但不是唯独的处罚决策：惟有同期减少非动力部门的二氧化碳和温室气体排放，能力完结缠绵。2DS 与到 2035 年的《天下动力预测》450 决策大体一致。分内析所使用的模子是从下到上的 TIMES（轮廓 MARKAL-EFOM 系统）模子，该模子在当然资源可用性等放纵要求下，左右成本优化驯服成本最低的技艺和燃料组合，以满足动力需求。ETP 各人 28 个地区模子不错分析通盘动力系统中的燃料和技艺遴荐，包括约 500 种单项技艺。该模子曾屡次用于各人动力部门的分析，并得到了工业、建筑和输送部门整个主要末端用途的细心需求方模子的补充。

在可变可再生动力发电水平方面，存在着广大的地区互异，这反馈了可再生资源可用性和动力系统其他方面去碳化替代决策的互异，各人可再生动力发电水平从 20% 到 55% 不等。储能将与其他决策竞争，以提供适应这些资源所需的无邪性，这为本阶梯图中的储能技艺愿景提供了配景。

图：可变可再生动力发电在 2DS 中各地区所占比例（百分比）

ETP 2014 出书物探讨了日常电力存储技艺在一系列敏锐性要求下的昔时作用，这些敏锐性要求波及存储和竞争技艺的昔时成本和性能，包括无邪的火力发电以及一定经过上的需求响应。本阶梯图转载了其中三个变量：

"冲破 "情景，积极镌汰存储技艺的成本

2℃情景（2DS）

"电动汽车 "情景，2DS 中电动汽车 "智能 "充电的需求响应为系统提供了稀奇的无邪性。

三种电力储存部署决策

驯死守现时到 2050 年发电技艺的扩容，以完结低碳缠绵。然后，左右线性调换模子探索由此产生的系统的无邪性，通过驯服特定年份中每小时的发电和储能技艺调换，使电力系统的运营成本最小化。通过这种花式，不错细心评估 2DS 在一系列要求下，在其他技艺竞争提供疏通作事的情况下，发电机组的储能需求。关联建模和情景假设的沿途细节可参见附件 B。

2DS 假设，2050 年为套利应用提供逐日存储的技艺成本将与现时提供该作事的最低成本技艺疏通：PSH。在 "冲破 "情景中，比能量（每兆瓦时）和功率容量（每兆瓦）存储成本的大幅镌汰促进了存储的更多部署。终末，在 "电动汽车 "情景中，对消岑岭需求的充电策略被闲居罗致，对 6 至 8 小时执续时候边界内的稀奇大限度储能的需求减少。图 7 讲求了 2050 年的电力存储容量。

图7：ETP 2014 情景下 2011 年和 2050 年各地区逐日电力存储容量

冲破决策的成本缠绵

冲破 "情景是对 2DS 情景中日常电力存储最高渗入率的揣度。该情景假设用于套利应用的电力存储技艺成本大幅镌汰，这些技艺与现时提供套利作事的最低廉决策比较具有竞争力。(图 8）。LCOE 包括启动技艺基础秩序投资成本、运营和重视成本以及为储能秩序充电的电费。

在此 LCOE 下，蓄电技艺可满足 2DS 中整个地区的整个无邪性要求。然而，这些成本镌汰短长常嘻是图的--关于 PSH 和 CAES 而言，土木匠程成本的大幅镌汰如故镌汰了 PSH 的总体成本。由于这些成本占启动老本投资的近一半，涡轮机技艺自己的立异对合座影响相对较小。关于电板技艺而言，沟通到其特定动力成本（每千瓦时）需要镌汰 10 倍以上，这些成本的镌汰可能会特殊激进。

图：2013 年和 2050 年 "冲破 "情景下的 LCOE

与需求侧响应的竞争

需求响应技艺的大限度施行可能会在好多应用中与蓄电技艺造成竞争。2DS 揣度电动汽车将大限度施行。电动汽车 "决策假设电动汽车逐日电力需求的 25% 为可控负荷，可用于需求响应作事。这亦然一种顶点情况：固然电动汽车的储能后劲可用于电网优化，但 "家庭到汽车 "或 "汽车到家庭 "的应用可能比 "汽车到电网 "更为普遍。

图：2010 至 2050 年不轸恤景下的储能投资需求

储存投资需求

不轸恤景下，电力存储技艺所需的投资水平各不疏通，在电动汽车情景下，四个地区的投资额约为 3,800 亿好意思元；在 2DS 情景下，投资额约为 5,900 亿好意思元；在冲破情景下，投资额约为 7,500 亿好意思元。在 2DS 和电动汽车情景中，电力存储技艺的老本成本假设为 1 500 好意思元/千瓦和 50 好意思元/千瓦时，而在冲破情景中，2050 年的老本成本假设为 1 200 好意思元/千瓦和 30 好意思元/千瓦时。这些投资需求仅仅这四个地区在 2DS 中发电所需 18 万亿好意思元投资的一小部分。

ETP 2DS 存储对环境的影响

在研究的整个案例中，大限度部署储电和发电技艺齐会产生一些遮拦无情的环境影响。在图 10 中，与传统动力技艺的比较败露了访佛的影响。然而，总体数字的价值有限，因为最终是单个技俩对当地产生了较大影响，并可能在部署时濒临紧要费劲。这些问题将不才文的计策和规则部分进一步磋议。

图：储电和发电技艺的地盘和水足迹