长时储能系统如何加速推进可再生能源转型？

澳大利亚电力市场在2020年达到了一个重要的里程碑，其四分之一的电力来源来自可再生能源。

然而，如果澳大利亚更换退役其所有的化石燃料发电厂，并且到2050年实现净零排放目标以成为可再生能源电力出口大国，则需要克服重大障碍以实现电力部门脱碳。

特别是风力发电和太阳能发电都是间歇性的能源：这些可再生能源如何在不良气候条件影响的期间提供充足的电力？如果不解决这个问题，那么在没有化石燃料发电的未来日子中，澳大利亚将如何应对电力不足的风险？


需要部署长时储能系统

可再生能源电力的间歇性可以通过“短时”储能系统在一定程度上进行管理，例如目前正在运行的电网规模锂离子电池储能系统。

然而，电池储能系统并不能会从阳光或风力充足的时期转移大量电力以满足一天中其他时间的电力需求，而这一需求在澳大利亚电网中已经变得越来越重要。

将太阳发电设施中8小时的可用能源转移到一天中的其他时间变得越来越重要，由于阳光充足时产生的电力供应过剩，导致澳大利亚国家电力市场（NEM）的负价格事件频率增加。

与此同时，午后的峰值电力需求期间的电力价格往往很高，这也表明这个期间的电力供应相对于用户需求来说存在供应不足的情况。

最近昆士兰州和维多利亚州停运大型燃煤发电设施表明，其电力系统需要更大的可调度容量。这就是长时储能系统发挥关键作用的地方。

新南威尔士州正在解决电力间歇性挑战。新南威尔士州政府最近通过了电力基础设施投资法案（称为路线图）来管理能源间歇性，并从现有电网资产中获取最大价值。 其路线图优先开发新的大型储能系统，每个周期可以调度8小时或更长时间。

人们还将看到，全球长时储能领域出现了大量且持续的投资。例如，沙特Aramco能源风险投资公司投资储能厂商Energy Vault公司，以加速其储能解决方案的全球部署；比尔·盖茨和杰夫·贝索斯通过Breakthrough Energy Ventures为全铁液流电池技术开发商提供投资；住友株式会社投资英国长时储能开发商Highview Power公司及其低温液化空气储能系统；长时储能开发商Hydrostor公司的团队完成了一轮融资，其中包括与基础设施投资者Meridiam公司达成战略合作伙伴关系。

压缩空气储能(CAES)–澳大利亚代表性不足的储能资源

压缩空气储能(CAES)拥有超过50年的运营历史，虽然并不为人所熟知，但它非常适合在澳大利亚应用。较新形式的压缩空气储能(CAES)在澳大利亚具有关键电网需求的地区具有广泛适用性，无需大量的输电投资即可实现。

此外，美国能源部(DoE)最近将压缩空气储能(CAES)确定为成本最低的长期储能形式。

压缩空气储能(CAES)主要使用压缩并储存在地下洞穴中的大气空气。当需要电力时，释放空气以驱动涡轮机并将存储的能量转换回电能。

Hydrostor公司开发并建造了一个无碳排放且可以灵活部署的Advanced-CAES(A-CAES)储能系统。

2020年，新南威尔士州的输电网络服务提供商Trans Grid公司选择Hydrostor公司的200MW/1,600MWh的 A-CAES储能系统作为其RIT-T流程中为Broken Hill提供可靠电力的首选方案。Hydrostor公司和Energy Estate公司目前正在积极开发这一项目，该项目已获得新南威尔士州政府新兴能源计划资助。

该项目不仅提供了一种清洁且具有成本效益的方式来满足新南威尔士州未来对可靠电力的需求，而且还将通过建设和运营储能项目以及持久的就业机会为当地的经济贡献5亿澳元以上。

与此同时，Hydrostor公司正在通过加利福尼亚开发两个总装机容量为1GW的A-CAES长时储能系统，与新南威尔士州一样，部署这些长时储能设施可以规划其未来的能源需求。

此外，还有其他形式的长时储能，例如使用机械能和热储能技术来长期储存电力，并且可以为抽水蓄能发电设施或公用事业规模的电池储能系统提供具有前景的替代方案。

为什么抽水蓄能发电设施或电池储能系统不能做到这一点？

长期储能市场目前由抽水蓄能发电设施主导，其中包括备受吹捧但在现在看来成本相当昂贵的Snowy Hydro2.0抽水蓄能发电设施。

抽水蓄能发电设施是一种长时储能系统，它将从下游水库的水抽取到上游水库并储存起来，直到需要电力时，将水从上游水库释放出来，水流驱动涡轮发电机并将存储能量转换回电力。

根据调查，全球目前超过95%的长时储能容量来自抽水蓄能发电设施。然而，这项技术取决于有限的地理位置，因此经济可行并且不需要大量新建输电线路的长时储能选项并不多。此外，其位置通常不靠近需要储能容量的地方，并且可能对环境和社会造成不利影响，并且需要多年的时间才能获得许可和建造。

另一个关键因素是水资源的安全。澳大利亚是地球上最干旱的大陆，在澳大利亚的许多地方，并没有足够的水源来泵送和收集水库中的大量水以确保能源安全。

澳大利亚并不是唯一面临这个问题的国家，世界许多地方的气候变化正在加剧水资源安全。

电池储能系统的部署也面临着不同的障碍。虽然电池的成本一直在下降，但对于长时电池储能解决方案来说成本仍然很高，而且其充放电的循环寿命很短。

在默认情况下，像特斯拉公司这样的电网规模电池供应商通常也不会部署更多持续放电时间超过四小时的电池储能系统。因此，部署持续放电时间超过四小时的电池储能系统项目仍然很少，预计也不会达到实现电力系统的转型所需的规模。

虽然电池储能系统将继续在短期套利中发挥关键作用，但也必须部署长期储能以满足澳大利亚能源系统快速转型的需求。随着澳大利亚转向更高水平的电气化并摆脱对化石燃料发电量的依赖，需要提高能源安全性。

如果居民家中的供暖和照明设备、电磁炉的性能以及所有的交通运输工具都依赖于电力，那么需要部署和运营更多的可以适应气候变化的储能系统。

如何实现可再生能源转型

为了在净零能耗的世界中实现能源安全，需要超越传统的化石燃料发电设施和电网建设，并促进储能部署。除了部署抽水蓄能设施和电池储能系统之外，还需要部署更多新型长时储能系统。

A-CAES储能系统就是一种新型长时储能的例子，它使用来自采矿行业和天然气工业应用中经过验证的现有技术进行构建，可以经济高效地部署在最需要的地方；除了变电站、矿山、大型工业用户、输电拥塞地点之外，甚至可以部署在城市中，其应用前景是无止境的。