تقرير بحث وتحليل تخزين الطاقة: التجارب الرئيسية في العقود القادمة (1)

THIS REPORT IS THE LATEST IN A SERIES OF REPORTS RELEASED BY THE NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY (NREL) ON FUTURE RESEARCH INTO ENERGY STORAGE (SFS). THE FUTURE OF ENERGY STORAGE RESEARCH (SFS) IS A MULTI-YEAR RESEARCH PROJECT THAT EXPLORES HOW ENERGY STORAGE SYSTEMS ARE IMPACTING THE OPERATIONS AND DEVELOPMENT OF THE U.S. POWER INDUSTRY.

THIS STUDY ANALYZES AND EXAMINES THE IMPACT OF ADVANCES IN ENERGY STORAGE TECHNOLOGY ON UTILITY-SCALE ENERGY STORAGE DEPLOYMENT AND ADOPTION OF DISTRIBUTED ENERGY STORAGE SYSTEMS, AS WELL AS THE IMPACT ON FUTURE POWER SYSTEM INFRASTRUCTURE INVESTMENT AND OPERATION. SOME OF THE QUESTIONS THAT THE NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY (NREL) TRIED TO ANSWER DURING THE COURSE OF ITS RESEARCH INCLUDE:

· كيف تتغير تكلفة نظام تخزين الطاقة وأدائه بمرور الوقت؟

· حتى بدون محركات أو سياسات لزيادة حصة الطاقة المتجددة ، ما هو دور تخزين الطاقة خلال النهار في قطاع الطاقة؟

· في الولايات المتحدة ، ما هو مقدار النشر المجدي اقتصاديًا لتخزين الطاقة أثناء النهار ، على مستوى المرافق وعلى نطاق التوزيع؟

· ما هي العوامل التي قد تدفع هذا النشر؟

كيف ستؤثر الزيادة في السعة المركبة لتخزين الطاقة النهارية على عمليات الشبكة؟

THE NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY'S (NREL) FUTURE OF ENERGY STORAGE RESEARCH (SFS) SERIES OF REPORTS SUMMARIZES KEY LESSONS LEARNED FROM ITS RESEARCH PROCESS AND WILL HELP SHAPE THE FUTURE OF ENERGY STORAGE VISION 

THE FUTURE OF ENERGY STORAGE RESEARCH (SFS) SERIES OF REPORTS PROVIDES DATA AND ANALYSIS TO SUPPORT THE U.S. DEPARTMENT OF ENERGY'S (DOE) "ENERGY STORAGE GRAND CHALLENGE," A COMPREHENSIVE PROGRAM DESIGNED TO ACCELERATE THE DEVELOPMENT, COMMERCIALIZATION, AND UTILIZATION OF NEXT-GENERATION ENERGY STORAGE TECHNOLOGIES AND HELP THE UNITED STATES MAINTAIN ITS GLOBAL LEADERSHIP IN ENERGY STORAGE. THE ENERGY STORAGE CHALLENGE USES A USE CASE FRAMEWORK TO ENSURE THAT ENERGY STORAGE TECHNOLOGIES CAN COST-EFFECTIVELY MEET SPECIFIC NEEDS, INCORPORATING A WIDE RANGE OF TECHNOLOGIES ACROSS MULTIPLE CATEGORIES: ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE, MECHANICAL ENERGY STORAGE, THERMAL ENERGY STORAGE, AND POWER ELECTRONICS.

عمليات نشر تخزين الطاقة لعقود قادمة

من المرجح أن تصبح أنظمة تخزين الطاقة عناصر أساسية لشبكة مستقبلية منخفضة الكربون ومرنة ومرنة.

توليد الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة شهد قطاع الطاقة زيادة كبيرة خلال السنوات القليلة الماضية ومن المتوقع أن يشهد نموًا كبيرًا في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن المزيد والمزيد من العملاء يؤكدون على أهمية نشر الطاقة النظيفة مع الحفاظ على التشغيل الموثوق لأنظمة الطاقة ، فإن الولايات المتحدة والدول في جميع أنحاء العالم تولي مزيدًا من الاهتمام لحالات استخدام حل انقطاع أنظمة الطاقة ، وتولي المزيد والمزيد من الاهتمام للبحث والتحليل حول موثوقية نظام الطاقة ومرونته.

في الوقت نفسه ، انخفضت تكلفة تقنيات تخزين الطاقة ، وخاصة أنظمة تخزين طاقة البطاريات ، بشكل حاد خلال السنوات القليلة الماضية ، ويجري تطوير المزيد من تقنيات تخزين الطاقة المختلفة. أدت هذه العوامل إلى زيادة المخاوف بشأن الدور المهم الذي تلعبه أنظمة تخزين الطاقة كأصل حاسم منزوع الكربون وضمان وصول الشبكة المتطورة إلى كهرباء موثوقة.

توفر أنظمة تخزين الطاقة العديد من الفوائد المحتملة للشبكة. يمكن لأنظمة تخزين الطاقة أن تخزن وتوفر الكهرباء وتكمل كهرباء مرافق طاقة الرياح ومنشآت توليد الطاقة الشمسية ، وتوفر الطاقة عندما ينخفض ​​توافر هذه الموارد. عند دمجها مع مصادر الطاقة المتجددة أو النظيفة الأخرى ، فإن أنظمة تخزين الطاقة لديها القدرة على تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

يمكن لأنظمة تخزين الطاقة أيضًا تحسين استخدام خطوط النقل مع موازنة أو إبطاء إنشاء منشآت جديدة لتوليد الطاقة لتوفير سعة قصوى أو تلبية الحاجة إلى الاحتياطيات التشغيلية. أخيرًا ، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة الموزعة أن تقلل الضغط التشغيلي على الشبكة خلال فترات ذروة الطلب. هذه المرونة مهمة للنمو المتوقع للسيارات الكهربائية وزيادة الحمل المحتملة للكهرباء للاستخدام النهائي الأخرى.

AS THE COST OF ENERGY STORAGE SYSTEMS CONTINUES TO FALL AND THE GRID INTEGRATES MORE VARIABLE RENEWABLES, MODELING FROM THE NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY (NREL) SUGGESTS THAT THE DEPLOYMENT OF ENERGY STORAGE DEPLOYMENTS IN POWER SYSTEMS WILL INCREASE SIGNIFICANTLY OVER THE NEXT FEW DECADES. BUT IT ALSO RAISES QUESTIONS SUCH AS HOW ENERGY STORAGE SYSTEMS WILL AFFECT HOW THE GRID OPERATES AND EVOLVES IN THE COMING DECADES.

BECAUSE ENERGY STORAGE SYSTEMS HAVE CHARACTERISTICS THAT AFFECT POWER GENERATION, TRANSMISSION, AND DISTRIBUTION, THE VALUE OF QUANTIFYING ENERGY STORAGE SYSTEMS IS MORE COMPLEX THAN QUANTIFYING THE VALUE OF RENEWABLE ENERGY GENERATION FACILITIES SUCH AS SOLAR POWER GENERATION FACILITIES OR RENEWABLE ENERGY GENERATION FACILITIES SUCH AS WIND POWER GENERATION. THROUGH THE FUTURE OF ENERGY STORAGE STUDY (SFS), THE NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY (NREL) AIMS TO DEEPEN ITS UNDERSTANDING OF HOW ENERGY STORAGE SYSTEMS ADD VALUE TO POWER SYSTEMS, HOW MUCH VALUE THEY ADD TO THEM, HOW MANY ENERGY STORAGE SYSTEMS CAN BE DEPLOYED ECONOMICALLY, AND HOW ENERGY STORAGE DEPLOYMENTS AFFECT THE OPERATION AND EVOLUTION OF POWER SYSTEMS.

تحدد دراسة مستقبل تخزين الطاقة (SFS) أولاً إطار عمل من أربع مراحل يزيد من نشر تخزين الطاقة ومدته بمرور الوقت ، ويخلق بعض التوقعات طويلة الأجل لنشر أنظمة تخزين الطاقة أثناء النهار في الولايات المتحدة (أقل من 12 ساعة) ، ثم يطبق تكاليف الإنتاج التفصيلية والنمذجة القائمة على الوكيل لفهم دور أنظمة تخزين الطاقة بشكل أفضل. الاستنتاج الرئيسي للدراسة هو أن عمليات نشر تخزين الطاقة قد زادت بشكل كبير من الإمكانات-ما لا يقل عن خمسة أضعاف السعة المركبة لأنظمة تخزين الطاقة المنتشرة حاليًا بشكل تراكمي بحلول عام 2050 ، والتي ستلعب دورًا أساسيًا في تحديد التكلفة المستقبلية المثلى لمزيج الشبكة. بناءً على تحليل دراسة مستقبل تخزين الطاقة (SFS) ، والعمل السابق ، والتحليل الإضافي لهذا التقرير ، تحدد الدراسة 8 رؤى رئيسية حول مستقبل أنظمة تخزين الطاقة وتأثيرها على أنظمة الطاقة. يمكن أن تساعد هذه الدروس المهمة المستفادة صانعي السياسات ومطوري التكنولوجيا ومشغلي الشبكات على الاستعداد للموجة القادمة من عمليات نشر تخزين الطاقة:

الخبرة الرئيسية 1: من المتوقع أن تنمو السعة المركبة لأنظمة تخزين الطاقة بسرعة

يشير تقرير دراسة مستقبل تخزين الطاقة إلى الإمكانات الاقتصادية الهائلة للولايات المتحدة. اعتماد قطاع الطاقة لتخزين الطاقة أثناء النهار ويظهر القدرة التنافسية المتزايدة من حيث التكلفة لأنظمة تخزين الطاقة. باستخدام نماذج متطورة لتوسيع السعة على نطاق واسع ، وجد أن أنظمة تخزين الطاقة النهارية (دائمة < 12 ساعة) تنافسية من حيث التكلفة في مجموعة متنوعة من السيناريوهات ، وقدمت الدراسة سلسلة من افتراضات التكلفة والأداء حول أنظمة تخزين الطاقة ، ومرافق طاقة الرياح ، ومنشآت الطاقة الشمسية ، ومحطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي.

FIGURE 1 SHOWS THAT IN ALL SCENARIOS, THE TOTAL INSTALLED CAPACITY OF THE ENERGY STORAGE SYSTEM DEPLOYED IN THE FUTURE IS 100GW TO 650GW. AND THIS BROAD SCOPE IS DRIVEN BY A NUMBER OF FACTORS, INCLUDING THE COST OF ENERGY STORAGE SYSTEMS (KEY REALIZATION 2), NATURAL GAS PRICES, AND RISING COSTS OF RENEWABLE ENERGY. EVEN THE MOST CONSERVATIVE SCENARIOS WILL INCREASE FIVEFOLD COMPARED TO THE INSTALLED CAPACITY OF 23GW OF ACCUMULATED 23GW OF ENERGY STORAGE SYSTEMS DEPLOYED BY 2020, MOST OF WHICH ARE PUMPED STORAGE POWER GENERATION FACILITIES.

وتجدر الإشارة إلى أنه سيتم نشر أنظمة تخزين الطاقة والطاقة المتجددة بكميات كبيرة حتى بدون سياسات إضافية لخفض الكربون ، مما يشير إلى زيادة تنافسيتها من حيث التكلفة كمورد لتوفير خدمات الطاقة والقدرة.

INSIGNIFICANT BUT INCOMPLETE DECARBONIZATION SIMULATION SCENARIOS, CARBON EMISSIONS FROM THE U.S. POWER SECTOR HAVE BEEN REDUCED BY 46 TO 82 PERCENT COMPARED TO 2005, AND BY 2050, THE SHARE OF VARIABLE RENEWABLE ENERGY (VRE) IN THE TOTAL INSTALLED CAPACITY OF AVAILABLE ENERGY IN THE U.S. WILL REACH 43 TO 81 PERCENT. ENERGY STORAGE SYSTEMS WITH A DURATION OF 4 TO 6 HOURS ARE TYPICALLY USED AND DRIVEN BY INTRINSIC SYNERGIES WITH SOLAR POWER FACILITIES (KEY EXPERIENCE 5), BUT LONGER DURATION ENERGY STORAGE SYSTEMS ARE USUALLY DEPLOYED IN SUBSEQUENT MODELING YEARS (KEY EXPERIENCE 7). INDUSTRY EXPERTS ALSO EXPLORE THE MAIN DRIVERS BEHIND THE GROWTH OF ENERGY STORAGE SYSTEMS AND THE EVOLUTION OF ENERGY STORAGE SYSTEMS.

الشكل 1 في الحالة المرجعية ، ستنمو السعة المثبتة لنظام تخزين الطاقة المنتشر في الولايات المتحدة بحلول عام 2050 إلى حوالي 200 جيجاواط ، ويعني مدى مدة النشر (يسارًا) أن سعة تخزين الطاقة لنظام تخزين الطاقة تبلغ حوالي 1200 جيجاوات ساعة (يمين) ، ونطاق نشره واسع.

التجربة الرئيسية 2: من المتوقع أن تستمر تكلفة أنظمة تخزين الطاقة في الانخفاض في المستقبل القريب ، وستستمر أنظمة تخزين طاقة بطاريات الليثيوم أيون في قيادة الحصة السوقية لفترة من الوقت

THE ENERGY STORAGE TECHNOLOGY MODELING INPUT DATA REPORT IN THE FUTURE OF ENERGY STORAGE RESEARCH (SFS) SERIES PREDICTS FUTURE DEVELOPMENTS IN THE COST OF UTILITY-SCALE BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEMS AND OTHER ENERGY STORAGE TECHNOLOGIES THAT DRIVE MOST OF THE EXPECTED GROWTH IDENTIFIED IN KEY EXPERIENCE 1.

معظم أنظمة تخزين الطاقة الثابتة المتوقع نشرها على المدى القصير هي أنظمة تخزين طاقة البطاريات ، وخاصة أنظمة تخزين طاقة بطاريات الليثيوم أيون. على المدى القصير على الأقل ، فإن هيمنة أنظمة تخزين طاقة بطاريات الليثيوم أيون في سوق تخزين الطاقة مدفوعة بنموها في العديد من الأسواق ، بما في ذلك الإلكترونيات الاستهلاكية وتطبيقات تخزين الطاقة الثابتة وكذلك المركبات الكهربائية.

يقدم الشكل 2 مثالاً للتكاليف التاريخية والمستقبلية لحزم بطاريات الليثيوم أيون ، مما يوضح الانخفاض السريع في تكاليف نظام تخزين الطاقة في السنوات الأخيرة. يوضح الرسم البياني أيضًا أن الغالبية العظمى من البطاريات تُستخدم في تطبيقات النقل ، والتي ربما تكون أهم محرك لتطوير تكنولوجيا البطاريات وخفض تكلفة البطارية.

THE NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY (NREL) USES VARIOUS FUTURE COST PROJECTIONS FOR UTILITY-SCALE BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEMS TO ASSESS OVERALL SYSTEM COSTS, INCLUDING INVERTERS, SYSTEM BALANCING, AND INSTALLATION. FIGURE 3 SHOWS AN EXAMPLE OF THE COST PREDICTION OF A BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM USED IN THE FUTURE STUDY OF ENERGY STORAGE (SFS) REFERENCE SCENARIOS WITH A DURATION OF 2 TO 10 HOURS

الشكل 2 انخفضت تكلفة بطاريات الليثيوم أيون بأكثر من 80٪ خلال العقد الماضي ومن المتوقع أن تستمر في الانخفاض على أساس استمرار حجم الإنتاج المدفوع بالطلب على السيارات الكهربائية.

الشكل 3: من المتوقع أن يستمر المخطط المرجعي لأنظمة تخزين طاقة البطاريات على نطاق المرافق في خفض التكاليف. يقيس الجانب الأيسر التكاليف على أساس الدولار / كيلوواط ساعة (سعة تخزين الطاقة) ، بينما يقيس الجانب الأيمن التكاليف على أساس الدولار / كيلوواط (السعة المركبة). تفترض التوقعات مشروع تخزين طاقة بطارية 60 ميجاوات

يوضح المنحنى الأيسر للشكل 3 التكلفة الإجمالية لسعة تخزين الطاقة (kWh) لنظام تخزين الطاقة ، وهو مقياس شائع في صناعة البطاريات. هذه هي التكلفة الإجمالية لتركيب نظام تخزين الطاقة. بالنسبة لتطبيقات تخزين الطاقة الثابتة ، فإنه يشمل أيضًا التكاليف المتعلقة بالكهرباء (المتعلقة بالتخزين والتحويل) والتكاليف المتعلقة بالطاقة (وسائط تخزين الطاقة). لا تزيد التكاليف المتعلقة بالكهرباء عادة مع المدة ، مما يعني أنها مماثلة لأنظمة تخزين الطاقة لمدة ساعتين وأنظمة تخزين الطاقة لمدة 10 ساعات ، وهذا هو السبب في انخفاض سعة تخزين الطاقة (كيلو واط في الساعة) مع زيادة المدة. يظهر توزيع تكلفة الكهرباء والمدة في الشكل 4. يوضح المنحنى الموجود على اليمين تكلفة السعة المركبة (kW) ، وهو مقياس لتكلفة مرافق توليد الطاقة التقليدية التي تستخدمها المرافق. مع هذا المقياس ، تزداد تكلفته مع المدة. مع زيادة المدة ، تعد تكلفة البطارية مكونًا رئيسيًا لأنظمة تخزين طاقة البطارية. مع انخفاض تكاليف البطارية بمرور الوقت ، تنخفض أنظمة تخزين طاقة البطارية الأطول عمراً بشكل أسرع من التكلفة الإجمالية لأنظمة تخزين طاقة البطارية الأقصر عمراً.

على الرغم من أن معظم أنظمة تخزين الطاقة التي تم نشرها في السنوات الأخيرة هي أنظمة تخزين طاقة البطاريات ، إلا أن تقنيات تخزين الطاقة المختلفة قد تدخل السوق مع انخفاض التكاليف أو زيادة قيمة تخزين الطاقة على المدى الطويل (التجربة الرئيسية 7). يلخص الشكل 4 تقديرات التكلفة الرأسمالية لـ 15 نوعًا مختلفًا من أنظمة تخزين الطاقة والمراحل المختلفة للتسويق. للوصول إلى التكلفة الإجمالية ، يتم ضرب التكلفة المرتبطة بالقدرة المثبتة (المحور السيني) في عدد الساعات (المدة) وإضافتها إلى التكلفة المتعلقة بالطاقة (المحور الصادي). يوضح الشكل 4 أيضًا مجالات التكلفة لهذه العلاقة ، والتي قد تكون مناسبة إلى حد ما للتطبيقات قصيرة الأجل أو طويلة الأجل. باستخدام أنظمة تخزين طاقة البطارية كمعيار ، يمثل الخط الأزرق قطاعًا من السوق تكون فيه التقنيات البديلة (أو ربما) أكثر فعالية من حيث التكلفة عند تسويقها.

من المهم ملاحظة أنه بالنسبة لمعظم تقنيات تخزين الطاقة ، فإن التمييز بين هذه الطاقة والمكونات المتعلقة بالطاقة ليس مطلقًا ، وقد يكون من الصعب التمييز بين هذه المكونات. لم يتم توضيح العديد من العوامل المهمة الأخرى في الشكل 4 ، بما في ذلك كفاءة الشحن والتفريغ ذهابًا وإيابًا والقيود المحتملة لاختيار الموقع.

بسبب الاختلاف بين تكاليف الكهرباء والطاقة ، قد تكون بعض التقنيات أكثر ملاءمة لتطبيقات تخزين الطاقة المختلفة بناءً على المدة المطلوبة. قد تكون تكاليف تكنولوجيا الطاقة المنخفضة (لكن تكاليف الطاقة المرتفعة) أكثر ملاءمة للتطبيقات قصيرة المدى ، في حين أن الأجهزة ذات التكاليف العالية المتعلقة بالطاقة ولكن التكاليف المتعلقة بالطاقة المنخفضة قد تكون أكثر قدرة على المنافسة في التطبيقات طويلة الأجل. تمت مناقشة الأهمية النسبية للتطبيقات المختلفة في التجربة الرئيسية 3. مع تطور الشبكة ، من المرجح أن تلعب التطبيقات الأطول (الخبرة الرئيسية 7) دورًا متزايدًا ، مما قد يزيد من فرص تبني المزيد من تقنيات تخزين الطاقة. تحتوي المنطقة الموجودة في أقصى يسار الشكل 4 على تقنيات منخفضة التكلفة متعلقة بالطاقة (باستخدام الكهوف أو الخزانات الجوفية) المناسبة تمامًا لتطبيق أنظمة تخزين الطاقة الموسمية (التجربة الرئيسية 8).

بشكل عام ، تهيمن أنظمة تخزين طاقة البطاريات حاليًا على سوق تخزين الطاقة ، ولكن من المرجح أن تستمر تقنيات تخزين الطاقة الأخرى في التحسن في المستقبل. مع تطور أنظمة الطاقة وتغير دور أنظمة تخزين الطاقة بمرور الوقت ، قد يكون لديهم فرص جديدة في السوق إذا كان بإمكان التقنيات الأخرى التنافس مع أنظمة تخزين طاقة البطاريات من حيث التكلفة.

الشكل 4: تكلفة سعة تخزين الطاقة (دولار أمريكي / كيلوواط ساعة) وتكلفة السعة المركبة (دولار أمريكي / كيلوواط) لتقنيات تخزين الطاقة المختلفة. قد تكون تقنيات تخزين الطاقة ذات التكاليف المنخفضة المرتبطة بالسعة المركبة ولكن التكاليف المرتفعة المرتبطة بسعة تخزين الطاقة أكثر ملاءمة لتطبيقات تخزين الطاقة على المدى القصير ، في حين أن تقنيات تخزين الطاقة ذات التكاليف المرتفعة المرتبطة بالسعة المركبة والتكاليف المنخفضة المرتبطة بسعة تخزين الطاقة قد تكون أكثر تنافسية في تطبيقات تخزين الطاقة على المدى الطويل. مع تطور التكنولوجيا وتسويقها ، قد تتغير التكاليف المتوقعة

الإدراك الرئيسي 3: القدرة على توفير سعة ثابتة هي محرك رئيسي لنشر تخزين الطاقة بتكلفة تنافسية

THE ABILITY OF ENERGY STORAGE SYSTEMS TO PROVIDE FIXED CAPACITY IS A MAJOR DRIVER OF THE FUTURE OF ENERGY STORAGE RESEARCH (SFS) REPORT. IN THE FOUR PHASES OF UTILITY-SCALE ENERGY STORAGE DEPLOYMENT, THE FRAMEWORK FOR THE EXPANSION OF ENERGY STORAGE IN POWER SYSTEMS DISCUSSES THE MULTIPLE SOURCES OF VALUE PROVIDED BY ENERGY STORAGE SYSTEMS, WHICH DRIVES MOST OF THE EXPECTED GROWTH IDENTIFIED IN KEY EXPERIENCE 1.

FUTURE OF ENERGY STORAGE RESEARCH (SFS) MODELING EVALUATES FOUR SOURCES OF VALUE THAT ENERGY STORAGE SYSTEMS PROVIDE TO THE GRID:

· القدرة الثابتة: تلبية طلب المستخدم خلال ذروة الطلب في نظام الطاقة واستبدال قدرة مرافق توليد الطاقة التقليدية مثل مرافق توليد الطاقة بالغاز الطبيعي.

· تحول وقت الطاقة: يخزن الكهرباء منخفضة السعر خلال فترات انخفاض صافي الطلب ويطلق الكهرباء خلال فترات ارتفاع صافي الطلب. وهذا يشمل تجنب قدرة توليد الطاقة المتجددة غير القابلة للاستخدام.

· الاحتياطيات التشغيلية: الاستجابة السريعة للاختلالات بين العرض والطلب الناتجة عن التغيرات والاضطرابات العشوائية. تشمل عدة أنواع من الاحتياطيات تنظيم التردد واحتياطيات الطوارئ.

· تجنب التعديل التحديثي أو ترقية مرافق النقل: تعويض أو تقليل الحاجة إلى ترقية أو تحديث مرافق النقل من خلال نشر أنظمة تخزين الطاقة في المناطق التي تكون فيها الطاقة مقيدة ، والشحن عند وفرة الطاقة ، وتفريغ أنظمة النقل المحلية عند اقترابها أو الوصول إلى أقصى سعة للطاقة.

يمكن أن توفر أنظمة تخزين الطاقة خدمات متعددة في نفس الوقت أو في أوقات مختلفة (يشار إليها غالبًا باسم "تكديس القيمة"). لتحديد القيمة النسبية لهذه الخدمات في شبكة متطورة ، قامت الدراسة بمحاكاة مجموعة متنوعة من السيناريوهات لبدء أو إيقاف تشغيل أنظمة تخزين الطاقة لتوفير القدرة على نقل الاحتياطيات والسعة والوقت بشكل فردي أو جماعي. في حين أن قيمة تأخيرات الإرسال مهمة ، فمن الصعب عزل بعضها عن بعض وهي إقليمية للغاية ، لذلك لا توجد محاولة لعزل قيمة عمليات الإرسال المتأخرة.

يوضح الشكل 5 مثالًا لحالة الاستخدام التي تحد من الخدمات التي يمكن أن يوفرها نظام تخزين الطاقة ، ويوضح أن خدمات السعة أكثر أهمية من التحويل الزمني للطاقة أو الاحتياطيات التشغيلية من أجل تحقيق أقصى إمكانات نظام تخزين الطاقة. لم يؤخذ تأثير الفوائد المرتبطة بالنقل ، والتي تعتبر مهمة ولكنها إقليمية للغاية ، في الاعتبار في الشكل 5.

STUDIES HAVE SHOWN THAT BY 2050, THE UNITED STATES WILL DEPLOY ABOUT 200GW OF ENERGY STORAGE SYSTEMS. WHEN IT OFFERS ONLY ENERGY TIME-SHIFTED SERVICES, IT REALIZES 30% OF ITS "ALL FOUR SERVICES" POTENTIAL. HOWEVER, IF THE ENERGY STORAGE SYSTEM ONLY PROVIDES FIXED CAPACITY AND HAS ECONOMIC VALUE, A 150GW ENERGY STORAGE SYSTEM MAY BE DEPLOYED. THE PROVISION OF OPERATIONAL RESERVE SERVICES WILL ONLY INCREASE DEPLOYMENT IN RELATIVELY SMALL AMOUNTS, IN PART DUE TO THE LIMITED OPERATIONAL RESERVES REQUIRED AND THE SATURATION OF RESERVE REQUIREMENTS DUE TO ENERGY STORAGE SYSTEMS DEPLOYED PRIMARILY TO PROVIDE CAPACITY AND TIME-SHIFTED SERVICES.

بشكل عام ، يشير هذا إلى أن أنظمة تخزين الطاقة قادرة على توفير سعة تخزين مستقرة للطاقة وتعويض الطلب على توليد الطاقة التقليدية لتلبية ذروة الطلب ، وهو أمر بالغ الأهمية للوصول إلى إمكاناتها الكاملة. تعتمد السعة الفعلية لنظام تخزين الطاقة لتوفير سعة ثابتة إلى حد كبير على مدته وارتباطه بمدة ذروة الحمل الصافي في منطقة النشر. تتأثر مدة ذروة الحمل الصافي بمجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك نشر نظام تخزين الطاقة الشمسية والتزايدية (المفتاح 5 والمفتاح 7).

الوجبات الجاهزة الرئيسية 4: أنظمة تخزين الطاقة ليست الخيار المرن الوحيد ، ولكن تخفيضات التكلفة قد تغيرت مقارنة بالخيارات الأخرى.

غالبًا ما يتم التعبير عن القدرة على زيادة مرونة نظام الطاقة ، وتلبية ذروة الطلب ، والمساعدة في معالجة التباين في صافي الزيادات في الطلب في شكل منحنى عرض مرن. يقدم الشكل 6 مثالاً على هذا المفهوم ، ويوضح الموارد التي يمكن أن توفر خدمات مرنة.

تاريخياً ، كان يُنظر إلى أنظمة تخزين الطاقة على أنها واحدة من أكثر الخيارات تكلفة لزيادة مرونة الشبكة. ومع ذلك ، قد تؤدي تخفيضات التكلفة إلى تغيير وضعها النسبي على منحنى العرض المرن. على الرغم من هذا التحول ، من المهم التأكيد على أن أنظمة تخزين الطاقة هي مجرد واحدة من عدة موارد يمكن أن توفر المرونة للشبكة من أجل مواءمة إمدادات الكهرباء بشكل أفضل مع الطلب على الكهرباء  

شكل منحنى العرض المرن 6

تتطلب إزالة الكربون بطريقة فعالة من حيث التكلفة مراعاة المرونة المحتملة لجميع الموارد ، بما في ذلك غير المستغلة إلى حد كبير في الطلب على الكهرباء في المحطات الطرفية. يمكن تحقيق الطلب المرن من خلال مجموعة متنوعة من الآليات ، من إشارات الأسعار إلى تركيز مصادر الطاقة الموزعة إلى الشحن المرن للتيار الكهربائي ، والذي يمكن أن يوفر العديد من نفس الخدمات مثل أنظمة تخزين الطاقة ، بما في ذلك تقليل ذروة الطلب الصافي وتغيير توقيت التوليد المتغير.

يوضح الشكل 7 الطلب المرن والإمكانيات الهائلة لأنظمة تخزين الطاقة في قطاع الطاقة. هذه النتائج مستمدة من التحليل التكميلي لهذا التقرير. يقدم العمودان 1 و 3 في الشكل نتائج السيناريو الأساسي. يفترض العمودان 2 و 4 عمليات نشر إضافية لاستجابة الطلب لتقييم تأثيرها على أنظمة تخزين الطاقة وقرارات الاستثمار العامة. في هذه الحالات ، تؤدي الحاجة إلى المرونة إلى تقليل الطلب الإجمالي على الطاقة وقيمة نقل وقت الطاقة. ونتيجة لذلك ، انخفضت عمليات نشر أنظمة تخزين الطاقة ، خاصة عندما تكون أنظمة تخزين الطاقة باهظة التكلفة ، مما يبرز الحاجة إلى المرونة والمنافسة المحتملة بين أنظمة تخزين الطاقة.

لفهم الفرص المحتملة لنشر استجابة الطلب تمامًا ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث. تأخذ في الاعتبار تكاليف التنفيذ ، والقبول الاجتماعي ، والتوافر خلال فترات الذروة الصافية (والتي قد تتغير مع زيادة انتشار الجيل المتغير) ، وآليات التنفيذ. في حين أن أنظمة تخزين الطاقة قد تكون قادرة على المنافسة بشكل متزايد مع الموارد مثل الطلب المرن ، فإن تحليل احتياجات إزالة الكربون بأقل تكلفة يمكن أن يساعد في تمكين مجموعة من الخيارات المرنة لمصادر الطاقة المتجددة ومصادر الطاقة النظيفة الأخرى.

الشكل 7. مع زيادة مرونة التحميل والاستجابة ، سينخفض ​​الطلب على سعة تخزين الطاقة بحلول عام 2050 لسيناريوهات الطاقة المتجددة المنخفضة / تكلفة البطارية ، بغض النظر عما إذا كانت هناك استجابة عالية للطلب