澳大利亞電力市場在2020年達到了一個重要的里程碑,其四分之一的電力來源來自可再生能源。


如果澳大利亞更換退役其所有的化石燃料發電廠,并且到2050年實現凈零排放目標以成為可再生能源電力出口大國,則需要克服重大障礙以實現電力部門脫碳。


長時儲能系統如何實現可再生能源轉型


特別是風力發電和太陽能發電都是間歇性的能源:這些可再生能源如何在不良氣候條件影響的期間提供充足的電力?


如果不解決這個問題,那么在沒有化石燃料發電的未來日子中,澳大利亞將如何應對電力不足的風險?


需要部署長時儲能系統


可再生能源電力的間歇性可以通過“短時”儲能系統在一定程度上進行管理,例如目前正在運行的電網規模鋰離子電池儲能系統。


然而,電池儲能系統并不能會從陽光或風力充足的時期轉移大量電力以滿足一天中其他時間的電力需求,而這一需求在澳大利亞電網中已經變得越來越重要。


將太陽發電設施中8小時的可用能源轉移到一天中的其他時間變得越來越重要,由于陽光充足時產生的電力供應過剩,導致澳大利亞國家電力市場(NEM)的負價格事件頻率增加。


與此同時,午后的峰值電力需求期間的電力價格往往很高,這也表明這個期間的電力供應相對于用戶需求來說存在供應不足的情況。


最近昆士蘭州和維多利亞州停運大型燃煤發電設施表明,其電力系統需要更大的可調度容量。這就是長時儲能系統發揮關鍵作用的地方。


新南威爾士州正在解決電力間歇性挑戰。新南威爾士州政府最近通過了電力基礎設施投資法案(稱為路線圖)來管理能源間歇性,并從現有電網資產中獲取最大價值。其路線圖優先開發新的大型儲能系統,每個周期可以調度8小時或更長時間。


人們還將看到,全球長時儲能領域出現了大量且持續的投資。例如,沙特Aramco能源風險投資公司投資儲能廠商Energy Vault公司,以加速其儲能解決方案的全球部署;比爾·蓋茨和杰夫·貝索斯通過Breakthrough Energy Ventures為全鐵液流電池技術開發商提供投資;住友株式會社投資英國長時儲能開發商Highview Power公司及其低溫液化空氣儲能系統;長時儲能開發商Hydrostor公司的團隊完成了一輪融資,其中包括與基礎設施投資者Meridiam公司達成戰略合作伙伴關系。


長時儲能系統如何實現可再生能源轉型


壓縮空氣儲能(CAES)–澳大利亞代表性不足的儲能資源


壓縮空氣儲能(CAES)擁有超過50年的運營歷史,雖然并不為人所熟知,但它非常適合在澳大利亞應用。較新形式的壓縮空氣儲能(CAES)在澳大利亞具有關鍵電網需求的地區具有廣泛適用性,無需大量的輸電投資即可實現。


此外,美國能源部(DoE)最近將壓縮空氣儲能(CAES)確定為成本最低的長期儲能形式。


壓縮空氣儲能(CAES)主要使用壓縮并儲存在地下洞穴中的大氣空氣。當需要電力時,釋放空氣以驅動渦輪機并將存儲的能量轉換回電能。


Hydrostor公司開發并建造了一個無碳排放且可以靈活部署的Advanced-CAES(A-CAES)儲能系統。


2020年,新南威爾士州的輸電網絡服務提供商Trans Grid公司選擇Hydrostor公司的200MW/1,600MWh的 A-CAES儲能系統作為其RIT-T流程中為Broken Hill提供可靠電力的首選方案。Hydrostor公司和Energy Estate公司目前正在積極開發這一項目,該項目已獲得新南威爾士州政府新興能源計劃資助。


該項目不僅提供了一種清潔且具有成本效益的方式來滿足新南威爾士州未來對可靠電力的需求,而且還將通過建設和運營儲能項目以及持久的就業機會為當地的經濟貢獻5億澳元以上。


與此同時,Hydrostor公司正在通過加利福尼亞開發兩個總裝機容量為1GW的A-CAES長時儲能系統,與新南威爾士州一樣,部署這些長時儲能設施可以規劃其未來的能源需求。


此外,還有其他形式的長時儲能,例如使用機械能和熱儲能技術來長期儲存電力,并且可以為抽水蓄能發電設施或公用事業規模的電池儲能系統提供具有前景的替代方案。


為什么抽水蓄能發電設施或電池儲能系統不能做到這一點?


長期儲能市場目前由抽水蓄能發電設施主導,其中包括備受吹捧但在現在看來成本相當昂貴的Snowy Hydro2.0抽水蓄能發電設施。


抽水蓄能發電設施是一種長時儲能系統,它將從下游水庫的水抽取到上游水庫并儲存起來,直到需要電力時,將水從上游水庫釋放出來,水流驅動渦輪發電機并將存儲能量轉換回電力。


根據調查,全球目前超過95%的長時儲能容量來自抽水蓄能發電設施。然而,這項技術取決于有限的地理位置,因此經濟可行并且不需要大量新建輸電線路的長時儲能選項并不多。此外,其位置通常不靠近需要儲能容量的地方,并且可能對環境和社會造成不利影響,并且需要多年的時間才能獲得許可和建造。


另一個關鍵因素是水資源的安全。澳大利亞是地球上最干旱的大陸,在澳大利亞的許多地方,并沒有足夠的水源來泵送和收集水庫中的大量水以確保能源安全。


澳大利亞并不是唯一面臨這個問題的國家,世界許多地方的氣候變化正在加劇水資源安全。


電池儲能系統的部署也面臨著不同的障礙。雖然電池的成本一直在下降,但對于長時電池儲能解決方案來說成本仍然很高,而且其充放電的循環壽命很短。


在默認情況下,像特斯拉公司這樣的電網規模電池供應商通常也不會部署更多持續放電時間超過四小時的電池儲能系統。因此,部署持續放電時間超過四小時的電池儲能系統項目仍然很少,預計也不會達到實現電力系統的轉型所需的規模。


雖然電池儲能系統將繼續在短期套利中發揮關鍵作用,但也必須部署長期儲能以滿足澳大利亞能源系統快速轉型的需求。隨著澳大利亞轉向更高水平的電氣化并擺脫對化石燃料發電量的依賴,需要提高能源安全性。


如果居民家中的供暖和照明設備、電磁爐的性能以及所有的交通運輸工具都依賴于電力,那么需要部署和運營更多的可以適應氣候變化的儲能系統。


如何實現可再生能源轉型


為了在凈零能耗的世界中實現能源安全,需要超越傳統的化石燃料發電設施和電網建設,并促進儲能部署。除了部署抽水蓄能設施和電池儲能系統之外,還需要部署更多新型長時儲能系統。


A-CAES儲能系統就是一種新型長時儲能的例子,它使用來自采礦行業和天然氣工業應用中經過驗證的現有技術進行構建,可以經濟高效地部署在最需要的地方;除了變電站、礦山、大型工業用戶、輸電擁塞地點之外,甚至可以部署在城市中,其應用前景是無止境的。


文章來源: 中國儲能網

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