Forschungs- und Analysebericht zur Energiespeicherung: Wichtige Erfahrungen in den kommenden Jahrzehnten (i)

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:

·Wie verändern sich Kosten und Leistung eines Energiespeichersystems im Laufe der Zeit?

·Welche Rolle spielt die Energiespeicherung tagsüber im Energiesektor, selbst ohne Treiber oder Richtlinien zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien?

·Wie hoch ist in den USA der wirtschaftlich sinnvolle Einsatz von Tagesenergiespeichern, sowohl im Versorgungsmaßstab als auch im Verteilungsmaßstab?

·Welche Faktoren könnten diese Bereitstellung vorantreiben?

·Wie wird sich die Erhöhung der installierten Kapazität der Tagesenergiespeicher auf den Netzbetrieb auswirken?

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.

Energiespeicheranwendungen für die kommenden Jahrzehnte

Energiespeichersysteme werden wahrscheinlich zu Schlüsselelementen eines kohlenstoffarmen, flexiblen und widerstandsfähigen zukünftigen Netzes.

Erneuerbare Energieerzeugung in den USA Der Energiesektor ist in den letzten Jahren dramatisch gewachsen und wird voraussichtlich auch in Zukunft ein deutliches Wachstum verzeichnen. Da immer mehr Kunden die Bedeutung des Einsatzes sauberer Energie bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Betriebs von Stromsystemen betonen, widmen die Vereinigten Staaten und Länder auf der ganzen Welt den Anwendungsfällen zur Lösung von Stromsystemausfällen mehr Aufmerksamkeit und legen immer mehr Wert auf Forschung und Analyse zur Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit von Stromsystemen.

Gleichzeitig sind die Kosten für Energiespeichertechnologien, insbesondere Batteriespeichersysteme, in den letzten Jahren stark gesunken und es werden immer mehr unterschiedliche Energiespeichertechnologien entwickelt. Diese Faktoren haben die Besorgnis darüber verstärkt, dass Energiespeichersysteme eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung spielen und sicherstellen, dass das sich entwickelnde Netz Zugang zu zuverlässigem Strom hat.

Energiespeichersysteme bieten viele potenzielle Vorteile für das Netz. Energiespeichersysteme können Strom speichern und bereitstellen und den Strom von Windkraftanlagen und Solarstromerzeugungsanlagen ergänzen, indem sie Strom bereitstellen, wenn die Verfügbarkeit dieser Ressourcen verringert wird. In Kombination mit erneuerbaren oder anderen sauberen Energiequellen können Energiespeichersysteme die Treibhausgasemissionen reduzieren.

Energiespeichersysteme können auch die Auslastung von Übertragungsleitungen verbessern und gleichzeitig den Bau neuer Stromerzeugungsanlagen ausgleichen oder verlangsamen, um Spitzenkapazitäten bereitzustellen oder den Bedarf an Betriebsreserven zu decken. Schließlich können dezentrale Energiespeichersysteme den Betriebsdruck im Netz in Spitzenlastzeiten reduzieren. Diese Flexibilität ist wichtig für das erwartete Wachstum von Elektrofahrzeugen und den potenziellen Lastanstieg für andere Endverbrauchselektrifizierungen.

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.

Die Future of Energy Storage Study (SFS) definiert zunächst einen vierphasigen Rahmen, der den Einsatz und die Dauer von Energiespeichern im Laufe der Zeit erhöht, erstellt einige langfristige Prognosen für den Einsatz von Tagesenergiespeichersystemen in den Vereinigten Staaten (weniger als 12 Stunden) und wendet dann detaillierte Produktionskosten und agentenbasierte Modellierung an, um die Rolle von Energiespeichersystemen besser zu verstehen. Die wichtigste Schluss folgerung der Studie ist, dass Energie speicher bereitstellungen das Potenzial erheblich erhöht haben-mindestens das Fünffache der installierten Kapazität der heutigen kumulativ eingesetzten Energie speichers ysteme bis 2050, was eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung der optimalen zukünftigen Kosten des Netz mixes spielen wird. Basierend auf einer Analyse der Future of Energy Storage Study (SFS), früheren Arbeiten und zusätzlichen Analysen dieses Berichts identifiziert die Studie acht wichtige Erkenntnisse über die Zukunft von Energiespeichersystemen und deren Auswirkungen auf Energiesysteme. Diese wichtigen Erkenntnisse können politischen Entscheidungsträgern, Technologieentwicklern und Netzbetreibern helfen, sich auf die kommende Welle von Energiespeichereinsätzen vorzubereiten:

Schlüsselerfahrung 1: Es wird erwartet, dass die installierte Kapazität von Energiespeichersystemen schnell wachsen wird

Der Studienbericht zur Zukunft der Energiespeicherung weist auf das enorme wirtschaftliche Potenzial der USA hin. Die Einführung der Tages energie speicherung durch den Energie sektor zeigt die wachsende Kosten wettbewerbs fähigkeit von Energie speichers ystemen. Unter Verwendung fortschrittlicher groß angelegter Kapazitätserweiterungsmodelle wurde festgestellt, dass Tagesenergiespeichersysteme (dauerhaft) funktionieren < 12 Stunden) waren in verschiedenen Szenarien hinsichtlich der Kosten konkurrenzfähig, und in der Studie wurden eine Reihe von Kosten- und Leistungsannahmen für Energiespeichersysteme, Windkraftanlagen, Solarkraftwerke und Erdgaskraftwerke getroffen.

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.

Es ist erwähnenswert, dass erneuerbare Energien und Energiespeichersysteme auch ohne zusätzliche Maßnahmen zur CO2-Reduktion in großen Mengen eingesetzt werden, was auf ihre zunehmende Kostenwettbewerbsfähigkeit als Ressource für die Bereitstellung von Energie- und Kapazitätsdienstleistungen hinweist.

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.

Abbildung 1. Im Referenzfall wird die installierte Kapazität des in den Vereinigten Staaten eingesetzten Energiespeichersystems bis 2050 auf etwa 200 GW anwachsen, und der Einsatzdauerbereich (links) bedeutet, dass die Energiespeicherkapazität des Energiespeichersystems etwa 1.200 GWh beträgt (rechts) und sein Einsatzbereich groß ist.

Schlüsselerlebnis 2: Es wird erwartet, dass die Kosten für Energiespeichersysteme in naher Zukunft weiter sinken werden und Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersysteme noch für eine gewisse Zeit den Marktanteil anführen werden

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.

Bei den meisten stationären Energiespeichersystemen, die kurzfristig zum Einsatz kommen sollen, handelt es sich um Batterie-Energiespeicher, insbesondere um Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher. Zumindest kurzfristig ist die Dominanz von Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystemen auf dem Energiespeichermarkt auf ihr Wachstum in mehreren Märkten zurückzuführen, darunter Unterhaltungselektronik und stationäre Energiespeicheranwendungen sowie Elektrofahrzeuge.

Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für die historischen und zukünftigen Kosten von Lithium-Ionen-Batteriepaketen und zeigt den raschen Rückgang der Kosten für Energiespeichersysteme in den letzten Jahren. Die Grafik zeigt auch, dass die überwiegende Mehrheit der Batterien für Transportanwendungen verwendet wird, was wahrscheinlich der wichtigste Treiber für die Entwicklung der Batterietechnologie und die Reduzierung der Batteriekosten ist.

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

Abbildung 2: Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind im letzten Jahrzehnt um mehr als 80 % gesunken und werden aufgrund des anhaltenden Produktionsumfangs aufgrund der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen voraussichtlich weiter sinken.

Abbildung 3: Das Referenzschema für Batteriespeichersysteme im Versorgungsmaßstab wird voraussichtlich die Kosten weiter senken. Auf der linken Seite werden die Kosten auf der Basis Dollar/kWh (Energiespeicherkapazität) gemessen, während auf der rechten Seite die Kosten auf der Basis Dollar/kW (installierte Kapazität) gemessen werden. Die Prognose geht von einem 60-MW-Batteriespeicherprojekt aus

Die linke Kurve in Abbildung 3 zeigt die Gesamtkosten der Energiespeicherkapazität (kWh) des Energiespeichersystems, was in der Batterieindustrie eine gängige Messgröße ist. Dies sind die Gesamtkosten für die Installation des Energiespeichersystems. Für ortsfeste Energiespeicheranwendungen sind auch strombezogene Kosten (im Zusammenhang mit Speicherung und Umwandlung) und energiebezogene Kosten (Energiespeichermedien) enthalten. Die mit Strom verbundenen Kosten steigen normaler weise nicht mit der Dauer, was bedeutet, dass sie für 2-Stunden-Energiespeichersysteme und 10-Stunden-Energiespeichersysteme gleich sind, weshalb die Kosten für die Energie speicher kapazität (kWh) mit zunehmender Dauer sinken. Die Kostenaufteilung nach Strom und Dauer ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Kurve rechts zeigt die Kosten der installierten Leistung (kW), ein Maß für die Kosten traditioneller Stromerzeugungsanlagen, die von Versorgungsunternehmen genutzt werden. Bei dieser Maßnahme steigen die Kosten mit der Dauer. Mit zunehmender Lebensdauer sind die Batteriekosten ein wesentlicher Bestandteil von Batterieenergiespeichersystemen. Da die Batteriekosten mit der Zeit sinken, sinken die Kosten für Batteriespeichersysteme mit längerer Lebensdauer schneller als die Gesamtkosten für Batteriespeichersysteme mit kürzerer Lebensdauer.

Obwohl die meisten in den letzten Jahren eingesetzten Energiespeichersysteme Batteriespeichersysteme sind, könnten verschiedene Energiespeichertechnologien auf den Markt kommen, wenn die Kosten sinken oder der Wert der langfristigen Energiespeicherung steigt (Schlüsselerfahrung 7). Abbildung 4 fasst die Kapitalkostenschätzungen für 15 verschiedene Arten von Energiespeichersystemen und verschiedene Phasen der Kommerzialisierung zusammen. Um die Gesamtkosten zu ermitteln, werden die auf die installierte Kapazität bezogenen Kosten (x-Achse) mit der Anzahl der Stunden (Dauer) multipliziert und zu den leistungsbezogenen Kosten (y-Achse) addiert. Abbildung 4 zeigt auch die Kostenbereiche dieser Beziehung, die für kurz- oder langfristige Anwendungen mehr oder weniger geeignet sein können. Anhand von Batterieenergiespeichersystemen als Benchmark stellt die blaue Linie ein Marktsegment dar, in dem alternative Technologien bei der Kommerzialisierung kostengünstiger (oder möglicherweise) kostengünstiger sind.

Es ist wichtig zu beachten, dass bei den meisten Energiespeichertechnologien die Unterscheidung zwischen diesen Leistungs- und energiebezogenen Komponenten nicht absolut ist und es schwierig sein kann, diese Komponenten zu unterscheiden. Viele andere wichtige Faktoren sind in Abbildung 4 nicht dargestellt, darunter die Effizienz des Lade- und Entladevorgangs und mögliche Einschränkungen bei der Standortwahl.

Aufgrund des Unterschieds zwischen Strom- und energiebezogenen Kosten könnten einige Technologien je nach gewünschter Dauer für unterschiedliche Energiespeicheranwendungen besser geeignet sein. Technologiekosten mit niedrigem Stromverbrauch (aber hohe Energiekosten) sind möglicherweise besser für kurzfristige Anwendungen geeignet, während Geräte mit höheren strombezogenen Kosten, aber niedrigeren energiebezogenen Kosten bei langfristigen Anwendungen möglicherweise wettbewerbsfähiger sind. Die relative Bedeutung verschiedener Anwendungen wird in Schlüsselerfahrung 3 erörtert. Mit der Weiterentwicklung des Netzes dürften längere Anwendungen (Schlüsselerfahrung 7) eine zunehmende Rolle spielen, was die Chancen für die Einführung weiterer Energiespeichertechnologien erhöhen könnte. Der Bereich ganz links in Abbildung 4 enthält sehr kostengünstige energiebezogene Technologien (unter Verwendung von unterirdischen Höhlen oder Reservoirs), die sich gut für den Einsatz saisonaler Energiespeichersysteme eignen (Schlüsselerfahrung 8).

Insgesamt dominieren Batterie-Energiespeichersysteme derzeit den Energiespeichermarkt, andere Energiespeichertechnologien werden sich jedoch in Zukunft wahrscheinlich weiter verbessern. Da sich Energiesysteme weiterentwickeln und sich die Rolle von Energiespeichersystemen im Laufe der Zeit ändert, könnten sich für sie neue Marktchancen ergeben, wenn andere Technologien hinsichtlich der Kosten mit Batteriespeichersystemen konkurrieren können.

Abbildung 4: Die Kosten der Energiespeicherkapazität (USD/kWh) und die Kosten der installierten Kapazität (USD/kW) verschiedener Energiespeichertechnologien. Energiespeichertechnologien mit niedrigen Kosten im Zusammenhang mit der installierten Kapazität, aber hohen Kosten im Zusammenhang mit der Energiespeicherkapazität könnten für kurzfristige Energiespeicheranwendungen besser geeignet sein, während Energiespeichertechnologien mit höheren Kosten im Zusammenhang mit der installierten Kapazität und niedrigen Kosten im Zusammenhang mit der Energiespeicherkapazität bei langfristigen Energiespeicheranwendungen wettbewerbsfähiger sein könnten. Mit der Weiterentwicklung und Kommerzialisierung der Technologie können sich die erwarteten Kosten ändern

Schlüsselerkenntnis 3: Die Fähigkeit, feste Kapazität bereitzustellen, ist ein wesentlicher Treiber für den Einsatz wettbewerbsfähiger Energiespeicher

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:

·Feste Kapazität: Deckt die Benutzernachfrage während der Spitzennachfrage im Stromnetz und ersetzt die Kapazität herkömmlicher Stromerzeugungsanlagen, wie z. B. Erdgas-Stromerzeugungsanlagen.

·Energiezeitverschiebung: speichert preisgünstigeren Strom in Zeiten geringer Nettonachfrage und gibt Strom in Zeiten hoher Nettonachfrage ab. Dazu gehört auch die Vermeidung ungenutzter erneuerbarer Energieerzeugungskapazitäten.

·Betriebsreserven: schnelle Reaktion auf Ungleichgewichte zwischen Angebot und Nachfrage, die durch zufällige Änderungen und Störungen verursacht werden. Verschiedene Arten von Reserven umfassen Frequenzregulierung und Notreserven.

·Nachrüstung oder Modernisierung von Übertragungsanlagen vermeiden: Den Bedarf an Modernisierung oder Nachrüstung von Übertragungsanlagen ausgleichen oder verringern, indem Energiespeichersysteme in Gebieten mit begrenzter Stromversorgung eingesetzt werden, aufgeladen werden, wenn genügend Strom vorhanden ist, und lokale Übertragungssysteme entladen werden, wenn sie sich der maximalen Leistungskapazität nähern oder diese erreichen.

Energiespeichersysteme können mehrere Dienste gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten bereitstellen (oft als bezeichnet). "Wertstapelung"). Um den relativen Wert dieser Dienste in einem sich entwickelnden Netz zu bestimmen, simulierte die Studie verschiedene Szenarien zum Starten oder Herunterfahren von Energiespeichersystemen, um die Möglichkeit zu bieten, Reserven, Kapazität und Zeit einzeln oder in Kombination zu übertragen. Der Wert von Übertragungsverzögerungen ist zwar wichtig, lässt sich jedoch nur schwer voneinander isolieren und ist sehr regional, sodass kein Versuch unternommen wird, den Wert verzögerter Übertragungen zu isolieren.

Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für einen Anwendungsfall, der die Leistungen, die ein Energiespeichersystem erbringen kann, einschränkt. Es zeigt, dass Kapazitätsleistungen wichtiger sind als Energiezeitverschiebung oder Betriebsreserven, um das maximale Potenzial des Energiespeichersystems zu erreichen. Die Auswirkungen übertragungsbedingter Vorteile, die wichtig, aber sehr regional sind, werden in Abbildung 5 nicht berücksichtigt.

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.

Insgesamt deutet dies darauf hin, dass Energiespeichersysteme in der Lage sind, eine stabile Energiespeicherkapazität bereitzustellen und den Bedarf an traditioneller Stromerzeugung auszugleichen, um den Spitzenbedarf zu decken, was für die Ausschöpfung ihres vollen Potenzials von entscheidender Bedeutung ist. Die tatsächliche Fähigkeit eines Energiespeichersystems, feste Kapazität bereitzustellen, hängt maßgeblich von seiner Dauer und der Korrelation mit der Dauer der Spitzenlast im Einsatzgebiet ab. Die Dauer der Nettolastspitze wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, einschließlich des Einsatzes von Solar- und inkrementellen Energiespeichersystemen (Schlüssel 5 und Schlüssel 7).

Key Takeaway 4: Energie speichers ysteme sind nicht die einzige flexible Option, aber ihre Kosten senkungen haben sich im Vergleich zu anderen Optionen geändert.

Die Fähigkeit, die Flexibilität des Stromsystems zu erhöhen, Spitzennachfrage zu decken und zur Bewältigung von Schwankungen bei Nettonachfragesteigerungen beizutragen, wird oft in Form einer flexiblen Angebotskurve ausgedrückt. Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für dieses Konzept und veranschaulicht die Ressourcen, die flexible Dienste bereitstellen können.

In der Vergangenheit galten Energiespeichersysteme als eine der kostspieligsten Optionen zur Erhöhung der Netzflexibilität. Kostensenkungen können jedoch ihre relative Position auf der elastischen Angebotskurve verändern. Trotz dieser Verschiebung muss betont werden, dass Energiespeichersysteme nur eine von mehreren Ressourcen sind, die dem Netz Flexibilität verleihen können, um das Stromangebot besser an die Stromnachfrage anzupassen  

Abbildung der elastischen Angebotskurve 6

Eine kosteneffiziente Dekarbonisierung erfordert die Berücksichtigung der potenziellen Flexibilität aller Ressourcen, auch der weitgehend ungenutzten Endstromnachfrage. Eine flexible Nachfrage kann durch eine Vielzahl von Mechanismen erreicht werden, von Preissignalen über die Konzentration verteilter Energiequellen bis hin zu flexiblem Laden von Elektrofahrzeugen, das viele der gleichen Dienste wie Energiespeichersysteme bieten kann, einschließlich der Reduzierung der Spitzennettonachfrage und der Änderung des Zeitpunkts der variablen Erzeugung.

Abbildung 7 zeigt die flexible Nachfrage und das enorme Potenzial von Energiespeichersystemen im Stromsektor. Diese Ergebnisse stammen aus einer ergänzenden Analyse des vorliegenden Berichts. Die Spalten 1 und 3 in der Abbildung liefern die Ergebnisse des zugrunde liegenden Szenarios. In den Spalten 2 und 4 wird von zusätzlichen Demand-Response-Einsätzen ausgegangen, um deren Auswirkungen auf Energiespeichersysteme und allgemeine Investitionsentscheidungen zu bewerten. In diesen Fällen verringert der Bedarf an Flexibilität den Gesamtenergiebedarf und den Wert der Energiezeitübertragung. Infolgedessen ist der Einsatz von Energiespeichersystemen zurückgegangen, insbesondere wenn Energiespeichersysteme mäßig teuer sind, was den Bedarf an Flexibilität und den potenziellen Wettbewerb zwischen Energiespeichersystemen unterstreicht.

Um die potenziellen Möglichkeiten für den Einsatz von Demand-Response-Einsätzen gründlich zu verstehen, sind weitere Untersuchungen erforderlich. Berücksichtigen Sie die Implementierungskosten, die gesellschaftliche Akzeptanz, die Verfügbarkeit während Netto-Spitzenzeiten (die sich mit zunehmender Bereitstellung variabler Erzeugung ändern können) und Implementierungsmechanismen. Während Energiespeichersysteme möglicherweise zunehmend mit Ressourcen wie flexibler Nachfrage konkurrieren, kann die Analyse des kostengünstigsten Dekarbonisierungsbedarfs dazu beitragen, eine Reihe flexibler Optionen für erneuerbare Energien und andere saubere Energiequellen zu ermöglichen.

Abbildung 7. Mit zunehmender Lastflexibilität und Reaktionsfähigkeit wird der Bedarf an Energiespeicherkapazität für Szenarien mit niedrigen Kosten für erneuerbare Energien/Batterien bis 2050 sinken, unabhängig davon, ob eine hohe Nachfragereaktion vorliegt