电池储能的峰值容量市场有多大？

一个新的研究表明，持续时间较短的电池存储系统的电能可能取代加利福尼亚即将关闭的峰值电厂的大部分份额。储能系统为峰值需求提供电力服务的时代才刚刚开始，因此这个市场的规模非常具有争议。

加利福尼亚州已经关闭了一个天然气发电厂，倾向于部署电池储能系统。在其他地方，监管机构呼吁PG＆E公司采用储能系统，而不是维护两个现有的天然气峰值电厂。亚利桑那州的一家公用事业公司最近采购了Asolarand电池储能项目，专门为电力高峰时段提供服务。

当电力需求最高时，这些是电网获得电力的重大转变的早期迹象。美国国家可再生能源实验室研究员Paul Denholm表示：“在过去几年中，作为峰值电力替代品的储能系统的数量大幅增长。我担心的是，这种情况可能令人振奋，但这有真正的市场吗？”

当一个新市场出现并吸引投资时，它会带来一些风险。在PJM频率调节的早期储能市场中，出现过这种情况，而PJM频率调节由于过饱和度和规则变化大部分已经枯竭。

Denholm和同事Robert Margolis决定使用来自加利福尼亚州的负载数据和模拟太阳能光伏生产测试储能设备的市场潜力。他们的新研究表明，仅加利福尼亚的峰值电力就构成了巨大的市场机会，随着太阳能容量的增加，这一机会将继续增加。

首先，Denholm和Margolis建立了一个基准线，即可以在没有任何间歇性可再生能源的情况下如何满足峰值需求。他们模拟了采用4小时储能系统。随着更多电池上线运营，它们逐渐使峰值变平，最终需要更长的时间单位来满足额外的峰值需求，如下图所示。

一旦有足够的4小时储能进入市场以获得最高容量，它就会使峰值变平超过4小时，从而为这类资产带来了市场限制

2020年4小时储能市场规模的保守上限约为3000兆瓦。没有采用太阳能发电的储能系统是一个纯粹的假设情景。在确定基线后，研究人员测试了储能效率以满足不同太阳能发电水平下的峰值。

在太阳能光伏发电水平较低的情况下，与没有采用太阳能发电相比，4小时储能市场规模实际上会减少，因为太阳能会降低净负荷。不过，一旦太阳能普及率达到11％，储能市场将超过基本情况。加利福尼亚州已经通过了这一点，因此储能开发商不必担心太阳能发电会削弱他们的前景。

超过11％的太阳能透过率，增量太阳能使系统峰值变得更加尖锐，产生著名的“鸭型曲线”。而净负荷在白天下降，随着太阳下山和住宅用电增加，夜晚用电会激增。

这种情况对于4小时储能是一件好事。研究发现，当加利福尼亚州到2020年太阳能普及率达到17％时，储能市场的容量将增至7000兆瓦。

这种容量远远超过为早期储能开发商所在的辅助服务市场。相比之下，整个美国的频率调节市场低于5000兆瓦。研究发现，如果加利福尼亚州的太阳能发电量达到30％，它可以支持接近10000兆瓦的4小时储能用于满足峰值需求。

随着加州部署更多太阳能产能，4小时储能的潜在市场将继续增长

“这是一个价值数十亿美元的潜在市场，”Denholm说。“看起来这个持续时间较短的储能系统可以满足加利福尼亚大部分的峰值容量需求。”

加利福尼亚州拥有20.8千兆瓦的峰值容量。研究人员估计，根据以往的经济，在未来20年内，可能将关闭13千兆瓦的电厂容量。同时，由于加利福尼亚州对电厂运营加大监管，到2029年，将减少发11,000兆瓦的电厂发电容量，其大部分容量也服务于峰值功率需求。

这项研究的数据表明，4小时储能本身可能无法在经济上弥补传统峰值电厂的缺口。然而，这需要进一步的探索。在接下来的十年或二十年中，锂离子电池的成本将变得更低，放电持续时间比目前更长。同时，数十家公司正在竞相采用替代技术以实现持续更长的储能系统。

“这种相对短期储能系统的机会正在增加，但最终会有一个限制，”Denholm说。 “如果企业想做更多的事情，就像采用一些脱碳方案所要求的那样，可能需要采用更长时间的储能系统。”

这项研究加深了人们对储能和太阳能的共同理解。太阳能发电的增加也改变了需求曲线的形状。准确预测未来电池容量市场需要了解这些相互作用的力量。

这个报告主要专注于加利福尼亚州，因为该州的太阳能发电和存储部署在美国已经处于领先地位。但这些发现对其他采用这些资源的其他州也有利。

Denholm表示，加州的经验教训是，与传统替代品相比，监管框架已经开始分析储能的相对价值和生命周期成本的重要性。

Denholm 指出，“加州的储能任务确实迫使公用事业公司开始关注储能并进行分析，现在他们将考虑如何权衡相对优势。”

还有其他的州正在采用强大的储能政策，其中包括马萨诸塞州、纽约州和亚利桑那州。

Denholm还希望在储能系统在提供资源充足性方面进行更充分地探索。如果这种趋势持续下去，加利福尼亚州开始关闭天然气发电厂，并以储能系统取而代之，人们将不得不面对如何操作这些资产以确保电网可靠性的难题。

Denholm说：“我们不希望储能设备运行不当导致能源耗尽，这对每个人来说都是一场噩梦。”

与燃气发电厂不同，电池储能系统不能无限期地运转。而为了收集可靠的储能系统优化调度数据，还需要更多的操作。