《紐約多日儲能建模--能夠實現可靠的零碳電網的儲能產品組合》摘要

執行摘要

紐約正在努力實現其目標，即到 2030 年通過可再生能源滿足至少 70% 的電力需求，并到 2040 年實現零排放電網，這是該國最雄心勃勃的電力脫碳目標之一【1】。這是一項艱巨的任務，業界已經進行了各種模型研究，評估資源途徑，使紐約能夠以最低的成本實現其目標。每項研究都確定了未來系統需要 20 至 45 GW的資源來滿足電力需求并保持可靠性，但目前商業規模的技術無法提供這些資源。

紐約獨立系統運營商 (NYISO) 建議用新型“可調度零排放資源”(DEFR) 來填補這一技術差距，當可再生能源供應不足時，該資源將提供“持續的所需電力和系統穩定性”【2】以滿足能源需求。先前的研究用替代資源來充當 DEFR，同時指出可能會出現許多不同的技術來滿足零碳可靠容量的需求。紐約接下來面臨的挑戰是確定哪些新興技術組合能夠以最低成本填補這一資源缺口。

(資料圖片)

該分析補充了之前的研究，并評估了不同類型的新興長期儲能 (LDES) 和多日儲能 (MDS) 技術可以在多大程度上充當 DEFR，并幫助紐約實現可靠、負擔得起的零碳電網。LDES 被定義為持續時間在 10 到 24 小時之間的儲能【3】。美國能源部的商業升空之路：長時儲能報告將這些技術描述為“通過將一天中某一時刻產生的多余電力轉移到另一時刻來滿足在同一天或第二天晝夜的市場需求?！薄?】 MDS 資源的持續時間超過 24 小時，滿足“可能存在 每年 5 次的長期電力短缺的市場和最終用戶的需求（例如，多天的低風能和太陽能或彈性應用）。”【5】 紐約之前的研究提供了大量證據，表明這些資源可以提供可調度的零排放容量，以支持多日電網壓力期間的可靠性。

本研究使用投資和調度模型來：1）確定各種新興 LDES 和 MDS 儲能技術的最低成本組合，以滿足紐約 2030 年和 2040 年清潔能源目標；2）評估將LDES和MDS技術添加到優化的資源組合時發生的系統成本變化；3) 確定 LDES 和 MDS 在紐約電網中的運行方式，以支持整體系統的可靠性。

主要發現：到 2040 年，需要 35 GW 的多日儲能才能滿足紐約可調度的零排放資源需求，并降低總體資源需求和總系統成本

到 2030 年，紐約需要 4.8 GW 的多日儲能容量，到 2040 年需要 35 GW，才能可靠地整合可再生能源并實現零碳目標。

這項研究確定，2030 年成本最低的投資組合中多日儲能需求為 4.8 GW，這一需求到 2040 年將增長至 35 GW。這一長期需求與之前研究中確定的 DEFR 需求一致，并表明多日儲能可以在每小時、每天和多日時間范圍內提供靈活的可調度容量，以平衡一個季節的可再生能源 ，管理可再生能源間歇期和極端天氣時期。MDS 的可用性還具有避免土地使用影響和輸電投資的額外好處，因為它避免了過度建設原本需要的可再生能源和儲能資源。到2030年，MDS的加入可避免 5GW <10小時的鋰離子儲能和5 GW太陽能資源。

到 2040 年，建模結果表明，不同儲能技術組合可以協同工作，以維持零碳電網的可靠性。成本最低的資源組合包括 35 GW的 MDS、19 GW的鐵空氣電池和 16 GW的儲氫——用于周間和季節性能源轉移。它還包括 3.2 GW 的 LDES 和 2.8 GW 的鋰離子電池，用于日間能量轉換。該儲能技術組合避免了 64 GW < 10 小時的鋰離子儲能和 1.5 GW 本來會建造的新核電資源。

與僅采用鋰離子儲能的場景相比，納入 LDES 和 MDS 技術可以將實現紐約脫碳目標的成本在 2030 年降低 6%，在 2040 年降低 29%

與鋰離子電池作為唯一可用儲能技術的情況相比，新興的長期和多日儲能技術可以將實現紐約 2030 年氣候目標的年化系統成本降低 6%（4 億美元/年）。到 2040 年，這些成本節省將增加到近 30%（每年 87 億美元）。LDES和MDS通過將大量清潔能源從過剩時期轉移到供應不足時期來節省客戶成本，從而減少滿足國家能源需求所需的新資源總量。

在多日的電網壓力期間，多日儲能資源因其連續放電的能力而保持零碳電網中的系統可靠性

當 LDES 和 MDS 納入資源規劃時，2030 年和 2040 年紐約的最低成本投資組合的儲能容量 (GWh) 將增加一個數量級，從而使它們能夠在可能持續多天的能源有限條件下支持電網 。例如，到 2040 年，采用多種儲能技術可將總儲能電力容量需求減少 26 GW，但總儲能源容量從 538 GWh增加到 5,334 GWh。這種儲存的能源容量是可再生能源發電間歇期的關鍵資源。在模擬的 2040 年海上風停期間，每周風力發電量僅為平均發電量的 32.7%，導致能源短缺 1,168 GWh。在此期間，儲能技術組合滿足了23.8% 的凈負荷，僅 MDS 就滿足了 該周網絡負荷的16.1%的需求。短時儲能和 LDES 提供全年一致的日內和日間能量轉移，而 MDS 提供關鍵的周間靈活性和跨周、天氣系統和季節的大容量可靠能源，并且它可以滿足多階段期間的需求。現有和新興的儲能技術組合共同展示了儲能如何作為可調度、無排放的資源來支持可靠的零碳電網。

圖8 2030年(2014年氣候數據）無風期間MDS和無MDS的系統調度比較

圖 9 2040年（2014年氣候數據）無風期和風力過剩期MDS和無MDS的系統調度比較

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