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【原创】透过加州市场,发现储能产业发展的新趋势——北美储能峰会考察报告
2017-10-18

导读

根据CNESA全球储能项目数据库的统计,美国连续多年占据全球储能项目装机规模的头把交椅,而加州在市场成熟度、商业模式创新、项目规模、经济性等方面一直引领着美国市场的潮头。本文CNESA研究部结合日前对加州市场的实地考察,对近期加州储能市场呈现的发展新亮点进行解读,希望透过加州,探讨未来储能市场的发展新趋势。

环顾全球储能市场,美国连续多年占据储能项目新增和累计装机规模的头把交椅。根据CNESA全球储能项目库的统计,截至2017年上半年,加州已投运储能项目的累计装机规模已经达到194MW,遥遥领先于美国其他各州。可以说,美国在引领全球储能市场的同时,加州占据着美国储能市场的潮头。


2017年8月,由加州储能联盟(CESA)主办的北美储能峰会(ESNA)在圣地亚哥召开。作为全球储能联盟(GESA)的共同发起单位,中关村储能产业技术联盟也组团参与了本次峰会。本文将对会议期间的所见所闻所想进行简要梳理,并结合CNESA对于美国储能市场动态的长期追踪,希望透过加州,探讨未来储能市场的发展趋势。


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公用事业公司成为推进储能等分布式资源参与电力系统服务的重要力量

随着可再生能源装机规模快速增加,为延缓输配电系统投资、解决高峰电力需求、提高供电稳定性,近年来美国公用事业公司加大了对非传统电力替代解决方案的示范应用力度,包括传统能效措施、需求响应降低高峰负荷、储能系统减轻配电线路容量负荷等多种措施。


从2015年开始,加州、纽约州等政府开始实施发展激励项目,要求大型投资者所有的公用事业公司(IOUs)开放一定的电网投资计划,允许分布式资源参与其中,包括纽约州能源愿景改革计划(New York’s Reforming the Energy Vision initiative)和加州分布式资源发展计划(California’s Distribution Resources Plan)等项目快速开展起来。与此同时,AB2514法案要求州内的三家投资者所有的公用事业公司(IOUs)在2020年前完成1.3GW储能采购目标,涉及规模小于10kW的小型储能系统和10kW~5MW的大型储能系统。


针对储能,加州的太平洋燃气电力公司(PG&E)、圣地亚哥燃气电力公司(SDG&E)、南加州爱迪生公司(SCE)等公用事业公司一方面积极推动电网级储能电站和工商业用户侧储能电站的建设,另一方面还正在积极通过与用户共享资产的模式,集成用户侧分布式储能资源提供电力服务。在加州,分布式储能系统和大型集中式储能系统不仅帮助公用事业公司实现了延缓输配电升级、提高供电稳定性等应用价值,更通过参与容量、能量、辅助服务等电力市场服务获取了经济回报。


在实际需求和政策推力的共同作用下,加州公用事业公司安装应用储能的力度不断加大,成为推进加州储能项目的最重要力量。根据美国智能电网联盟(SEPA)发布的2016年公用事业公司储能业务研究报告,2016年美国公用事业公司储能装机规模排行榜的前五位被SCE、SDG&E、IID、PG&E等四家加州公用事业公司所占据。


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表1  2016年美国公用事业公司储能安装容量排名


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 “储能+燃气机组”成为加州储能应用的新亮点

在加州,公用事业公司普遍不拥有发电资源,发电资源的调度由加州的ISO(CAISO)统一负责。对于拥有一定发电资源的公用事业公司,其发电资源也需要参与CAISO的日前和实时能量市场竞标。


2016年起,南加州爱迪生公司(SCE)开始尝试储能与传统发电机组联用的新型应用模式。2017年4月,SCE、GE、Wellhead Power Solutions合作安装运行了全球首个燃气轮机-储能混合发电系统(Hybrid Enhanced Gas Turbine,Hybrid EGT)。该系统安装于Norwalk & Rancho Cucamonga配电站,包括50MW燃气轮机和11MW/4.3MWh电池储能系统。


储能系统的加入可以确保燃气轮机在最佳功率状态下稳定运行,同时还可以配合燃气轮机,以更快的响应速度竞标参与CAISO的调频市场。储能系统不仅可以帮助降低燃气机组60%的运行成本,每年还能够节省200加仑的水资源消耗。该项目也因为创新的应用模式和良好的应用效果,获得了本次北美储能峰会的储能项目大奖。


鉴于该项目良好的运行效果,SCE还计划在其他燃气电站和水电站中安装储能系统提高调频响应能力和机组灵活性。


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图1 SCE Norwalk & Rancho Cucamonga 燃气轮机-储能混合系统项目示意图


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储能为解决电力容量短缺提供快速解决方案

在加州,储能在解决由于基础设施事故而引发的电力系统危机的过程中正在发挥着越来越重要的作用。与建设燃气电站复杂的审批流程、安装光伏无法提供夜间供电以及水电设施无法在城镇建设等问题相比,电网级储能系统由于具有快速安装、灵活响应的特点而成为公用事业公司优先选择的解决方案之一。2012年和2015年,核电站事故和储气库泄露造成了加州严重的断电事故。因此,在2016年Aliso Canyon储气库泄露事故发生后,CPUC要求SCE和SDG&E加大、加快储能系统的采购力度。


位于圣地亚哥附近Escondido地区的30MW/120MWh锂离子电池储能项目就是SDG&E为应对Aliso Canyon储气库泄露事故引发的电力容量短缺危机而实施的储能解决方案。该项目由AES Energy Storage建设,仅用时6个月便建成投运,是目前全球已运行的规模最大的锂离子电池储能项目。在电力负荷高峰时段,该系统30MW的放电功率,可以保障20000个家庭连续4小时的电力供应。该项目将增强其管辖区域内的供电可靠性,同时可以最大化的利用可再生能源。另外,AES还与SDG&E合作在所辖区域的El Cajon建设7.5MW/30MWh的储能项目。


与此同时,加州另一家公用事业公司南加州爱迪生公司(SCE)也分别特斯拉和GreenSmith合作,在6个月内完成了两个80MWh储能项目的安装。加州的经验已经表明,储能技术成本的快速下降和储能系统生产供应能力的快速提升,为电网级储能解决方案的实施提供了强有力的保障,确保储能在解决电力系统容量短缺、提高清洁能源利用效率、应对输配电扩容升级的过程中发挥日益重要的作用。


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图2 Escondido 30MW/120MWh锂离子电池储能系统项目示意图


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储能与分布式资源(DERs)和数字化技术的相互融合成为构建新型电力结构的重要力量

在电力系统朝着低碳化、数字化和去中心化方向进行转型的大背景下,面对日益增长的电力需求,美国各大公用事业公司和大型电力用户都在积极探索利用用户侧的能效、需求响应、光伏和储能等分布式能源技术,构建户用微网、工商业微网和公用事业级微网,实现多种分布式能源技术的协调优化运行,提供就地化的电力供应解决方案。加州大学圣地亚哥分校微网示范项目就是多种分布式能源技术综合应用的代表案例,系统内就整合了燃料电池热电联产、蓄冷蓄热、电池储能、电动汽车V2G、电动汽车光储充电站、动力电池梯次利用、燃气轮机等多种不同技术。


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图3 加州大学圣地亚哥分校微网示范项目示意图


储能在构建分布式能源系统中的重要性不言而喻,但是如何确保储能与其他分布式资源高效协调运行、如何实现不同负荷曲线的统一管理、如何充分发挥储能的灵活性价值,则需要数字化、智能化软件控制技术给予强有力的支撑。为此,Stem、Greensmith等储能系统集成商正在建立“软件驱动的储能系统”的理念,真正实现分布式资源系统对于传统电力体系结构的颠覆作用。


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小结

随着储能技术成本快速下降和公众对于储能应用价值认知的不断增强,储能的应用领域和应用价值也在不断升级,逐渐从离网光储应用拓展到提高电能质量、提供备用电源,再到电费账单管理和参与电网服务。


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图4 储能在加州电力系统应用领域示意图

 

根据CNESA对于美国储能市场发展态势的观察,除了在工商业用户侧电费管理率先实现商业化之外,在成熟电力市场的支撑下,储能的商业化应用已经渗透到了电力系统发输配用等各个环节,并且表现出了多领域协同、多重应用价值叠加的发展趋势。相信加州储能市场的发展经验,将会对其他国家和地区储能产业的发展起到很好的引领和示范作用,CNESA也会对加州储能产业的发展进行持续关注。


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