卡特蓄电池评估锂离子电池储能系统在未来美国电力市场中的经济可行性

锂离子电池储能体系在当今电网中已得到广泛使用；但是，在持续变化的商场条件下，其长时刻经济可行性仍存在不确定性。本研讨选用广义净现值优化结构，根据预测电价数据，对布置于美国18个电力商场的锂离子电池储能体系在八种脱碳情形下的经济可行性进行评价。经过仅聚焦能量套利产生的收益，该剖析供给了经济性能的保守基准估量。成果标明：在所有考虑的情形下，锂离子电池储能体系均不具有经济竞争力——关于优化运转的100兆瓦/400兆瓦时体系，其净现值介于-1.44亿美元至-8000万美元区间。相应的储能平准化本钱根据电力商场和情形不同，动摇于每兆瓦时120美元至195美元之间。佛罗里达州一直产生最低的负净现值，使其成为所评价商场中最为有利的。敏感性剖析标明，锂离子电池体系需求取得75%的本钱本钱补助，方能在所有脱碳情形中完成收支平衡的经济性。该建模结构具有可扩展性，可适用于评价其他储能技能、电力商场、监管环境、脱碳途径及收益战略。该结构还能体系性地探求特定干预措施和政策机制怎么影响项目经济性。

导言

向脱碳动力体系的转型导致对风能、太阳能等可变可再生动力的依靠程度日益加深[1]。但是，这些资源的间歇性特征给电网稳定性带来了应战，凸显了高效储能解决计划的必要性[2]。锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）因其高效率、快速呼应时刻及支持电网运转的才能，已成为一项要害技能。锂离子电池储能体系经过低需求时段存储过剩电能、高峰需求时段开释电能来完成供需平衡，一起供给频率调节和负荷平衡等辅佐服务。尽管其快速呼应特性使其非常合适供给辅佐服务，但经过电能套利获利的才能使其成为中短时储能（最长四小时）范畴技能上可行的选择计划。
锂离子电池以其高能量密度和可扩展性著称，这使其成为各类电网级储能使用的首选计划[3]。尽管存在这些优势，但应战依然存在，包含高本钱、电池寿命、材料提取的环境影响[4]，以及安全隐患——正如加利福尼亚州Moss Landing电池储能体系近期产生的灾难性火灾所凸显的那样[5]。尽管抽水蓄能（PHES）和压缩空气储能等其他储能技能具有大规模储能潜力，但其开展受限于地舆条件[6]。这促进人们关注不受地舆位置束缚的替代储能技能，如锂离子电池储能体系和液态空气储能（LAES）。这两种技能均供给灵敏的布置计划，但在要害特性上存在差异。LAES作为一种清洁技能锋芒毕露，其优势在于不依靠稀土矿物，并能供给从数小时至数周的长时储能潜力。比较之下，锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）作为更老练的技能已具有商业化使用实例，因此在当时阶段布置更为广泛[7]。
历史上，锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）主要被布置用于供给辅佐服务，例如频率调节、电压支撑和旋转备用，利用其快速呼应特性完成电网稳定[8]。但是，辅佐服务商场的总经济价值相关于整个电力批发商场而言较小。Heffner等人的剖析[9]标明，在包含澳大利亚、英国、北欧商场以及美国德州电力可靠性委员会（ERCOT）和宾夕法尼亚/新泽西/马里兰互联（PJM）商场在内的五个商场中，供给辅佐服务的本钱通常仅占交易总货币价值的2%-3%。类似地，新英格兰独立体系运营商（ISONE）商场内的辅佐服务商场价值也被证明缺少电力批发商场总价值的3%[10]。此外，Nelson[11]发现德州电力可靠性委员会（ERCOT）和加州独立体系运营商（CAISO）的辅佐服务商场已闪现饱满迹象。跟着这些浅层商场日趋饱满，电网级储能体系的经济可行性或将更依靠于套利交易[11]。在现有可再生动力浸透率水平下，仅靠套利尚无法使锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）具有经济可行性，但未来可再生动力份额提升或许加重电价动摇性然后改善其经济性[12]。
跟着可再生动力浸透率的进步，电价动摇性估计将加重，这或许影响锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）和液态空气储能（LAES）等技能的盈利才能。但是，这种动摇性能否转化为可行的套利时机仍存在不确定性。尽管既有研讨标明，在当时商场条件下LAES在大都地区不具有经济可行性，但其储能平准化本钱（LCOS）相较于其他技能仍展现出竞争力[13]。对未来电力商场环境下LAES经济性的评价标明，该技能仅在激进脱碳情形下才具有经济可行性，且考虑到当时商场结构和未来预期电价，仅靠套利收益缺少以支撑对LAES的投资[14]。锂离子BESS在未来商场中的经济性——特别是在缺少辅佐服务收益的情况下——没有得到严厉评价。考虑到辅佐服务商场日益增长的压力，评价锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）在被迫仅依靠能量套利时是否具有经济竞争力至关重要[15]。
尽管液态空气储能体系(LAES)和锂离子电池储能体系(Li-ion BESS)都将在未来储能范畴发挥要害作用，但目前尚无标准化方法来比较它们的经济潜力。%%关于它们与其他储能技能比较的经济竞争力，尤其是相对经济性方面，仍存在不确定性。尽管锂离子电池已在小规模使用中证明有效，但仍需进一步研讨评价其作为参加套利的电网级储能体系的可行性，特别是在动力商场不断演化的布景下。
尽管针对锂离子电池储能体系的研讨已非常广泛，但现有剖析大多集中于当时商场条件。本研讨经过评价八种前瞻性脱碳情形下电池储能体系的可行性，拓宽了当时认知规模，揭示了可再生动力供应和商场结构的长时刻改变怎么影响其经济表现。
为供给比单一商场研讨更全面的剖析，本文调查了锂离子电池储能体系（Li-ion BESS）在美国多种电力商场中的表现。本研讨旨在选用从前使用于液态空气储能体系（LAES）[14]的统一方法论，评价锂离子电池储能体系的长时刻经济潜力。根据剖析成果，本研讨为中时长（即四小时）储能使用提出了最具经济可行性的技能建议%，然后增进对锂离子电池储能体系与液态空气储能体系在更广阔储能范畴中所发挥作用的理解。