近日，美国国家可再生能源实验室(NREL)发布《储能未来研究：未来几十年的关键发现》报告指出，储能技术将会为建立低碳、灵活和弹性的未来电网发挥关键作用。到2050年，美国储能装机容量至少将增加5倍，根据不同情景预测将有130~680吉瓦的储能装机容量实现并网，以支撑80%或更高比例的可再生能源并网发电。具体内容如下：
1、未来储能装机规模有望实现快速增长
根据2021年《美国电力部门日间储能的经济潜力》分析报告指出，储能的成本竞争力正不断增强。到2050年，在各种预测情景下，储能装机规模将增加100-650吉瓦，不同情景预测值主要受到储能成本、天然气价格和可再生能源成本影响。即使在最保守的情景下，到2050年储能装机规模与2020年23吉瓦的装机规模(大部分是抽水蓄能)相比也增加了近5倍。通过计算模拟得出，由于储能的贡献，与2005年相比，电力部门的碳排放量将减少46%-82%，到2050年波动性可再生能源在美国国内所占份额将达到43%-81%。
图1 参考情景下到2050年美国储能装机容量预测(左图，单位：吉瓦);不同情景下美国储能并网容量(右图，单位：吉瓦时)
2、预计近期储能成本将持续下降，锂离子电池市场份额将进一步扩大
近期部署的固定式储能设施预计将采用电池储能模式，其中锂离子电池在短期内将占主导地位。锂离子电池组历史成本和未来成本预测如图2所示，锂电池主要应用于交通运输领域，这可能是锂电池技术快速发展和成本降低的最主要驱动因素。
图2 到2030年锂离子电池组价格(左轴，单位：美元/千瓦时)和累计需求量(右轴，单位：吉瓦时)预测
但随着技术的发展和长时储能需求的增加，各种储能技术将会进入市场。图3总结了12种不同储能技术商业化成本估算值。值得注意的是，由于功率资本成本和能量资本成本之间的区别，不同技术可能适合不同的应用场合，这需要根据不同应用的所需储能时间来判断。功率资本成本低但能量资本成本高的技术可能更适合短时储能应用，而功率资本成本较高但能量资本成本低的设备可能在长时储能应用中更具竞争力。总而言之，随着未来储能技术的发展，目前锂离子电池主导的储能领域将会发生变化，如果其他技术能够比锂离子电池在价格方面更具竞争力，其将具有更大的应用潜力。
图3 不同储能技术的功率资本成本(纵轴单位：美元/千瓦)和能量资本成本(横轴单位：美元/千瓦时)
3、储能系统可以提供稳定的容量，推动更具成本竞争力的部署
储能可以在同时或不同时间提供多种服务(通常称为“价值堆叠”)。其可为电网提供四种主要价值来源，包括：①固定容量，在系统高峰期满足供电需求并替代燃气轮机等传统发电机的能力;②能源时移，在净需求低的时间段储存一定量的能源，在净需求高的时间段释放出来;③运行储备，对意外或终端导致的供需失衡进行快速反应;④避免新增输电需求，通过在受限地区安装储能设施、在输电率低时充电并在本地输电系统接近或达到最大输电量时放电来抵消对新增输电能力的需求。上述四种价值中提供固定容量服务，在电力系统峰值期间满足电力需求并取代燃气轮机和其他传统发电设施的能力，对于实现储能系统的全部应用价值至关重要。
4、储能系统正在成为电网灵活性的重要竞争来源
过去，储能被视为提高电网灵活性的一种昂贵技术。具有成本效益的脱碳需要考虑所有因素，包括实施成本、社会接受度、净峰值期间的可用性和实施机制等。随着储能系统成本的下降，储能与其他提供灵活性需求的技术之间竞争可能越来越激烈，但储能仍将是满足电力需求，支撑电网灵活性的重要技术之一。
5、储能系统将与太阳能光伏设施相辅相成
昼夜储能系统和波动性可再生能源发电(尤其是太阳能发电)设施之间存在高度协同关系。在每天中午和晚上出现峰值需求的大多数地区，增加太阳能发电设施的装机规模将有效缩短储能系统所需的持续时间。如图4所示，到2030年太阳能光伏装机容量将大幅增加，储能系统充电时间由目前的夜间转移到中午，这与过剩的低成本太阳能发电量的可用性相吻合。
图4 2020年和2030年随时间变化的储能充放电变化(单位：%)
与太阳能光伏不同，风力发电与昼夜储能之间的关系更为复杂，这主要因为风力发电每天的发电模式存在一定的变化，其与储能系统装机容量之间的协同作用存在更多的不确定性。总而言之，随着可再生能源在电力部门占比的增加，储能系统应用潜力将促使其装机规模的进一步扩大。
6、作为备用电源，分布式储能装机容量将会增加
根据NREL模型推算，在所有情景预测下，分布式电化学储能系统(与太阳能光伏连用)具有较大的经济效益。到2050年，美国部署的2小时持续时间锂离子电池储能规模将在85吉瓦/170吉瓦时到244吉瓦/490吉瓦时之间。但是，由于投资回报周期过长，更低的电化学储能成本和更高的备用电源价值将提高客户的采用率。此外，较低的光伏成本也将促进“太阳能+储能”一体化项目的部署。
7、随着储能系统部署规模的扩大，储能系统持续时间也会增加
目前，持续时间为4小时的储能系统被证实足以满足美国大多数地区夏季电力峰值需求。但是，随着储能系统部署规模的扩大，净峰值负荷区间将延长，将需要更多的储能容量(或更长的持续时间)来提供电力。储能系统部署水平的提高会扩大电力需求峰值区间，产生更平坦的净负荷需求。
8、季节性储能技术对于实现100%清洁能源系统尤为重要
随着可再生能源占比的不断增加，可再生能源供应和电力需求的季节性不匹配表明季节性储能系统具有巨大的应用潜力。季节性储能系统可以在春季和秋季储存多余的发电量，并将其转移到夏季和冬季。到2050年，94%的国家电力需求可以由波动性可再生能源、水电和地热能得以满足;剩下6%的需求可由可再生热能得以满足，如燃烧氢能和生物燃料。
