本陈述由美国国家可再生动力实验室（NREL）编撰，该实验室由美国动力部（DOE）托付美国可持续动力联盟运营，美国动力部动力功率和可再生动力办公室为其供给赞助。

　　本陈述是美国国家可再生动力实验室（NREL）发布的“储能未来研讨（SFS）”系列陈述之一。储能未来研讨（SFS）是一个持续多年的研讨项目，首要探究储能体系在美国电力职业开展和运营中发挥的效果和影响。该项目旨在研讨储能技能的前进关于布置公用事业规划储能体系和分布式储能体系的潜在影响，以及对未来电力体系根底设备出资和运营的影响。其研讨成果和数据将经过一系列出版物对外宣布。下面表格列出将在储能未来研讨（SFS）项意图计划和研讨主题。

　　本陈述是储能未来研讨（SFS）系列的第一份陈述，经过根据当时和未来的储能布置的四个阶段的概念结构，探讨了具有本钱竞赛力的新式储能体系在商场中的人物和时机，并提出了储能体系的价值建议，这或许会促进更具本钱效益的储能布置。该概念结构为其后续陈述的审议供给了更广泛的布景，其间包含电力体系的演化情形及其运转影响的建模，以及剖析的具体成果。

　　储能未来研讨（SFS）项目将供给数据和剖析成果为美国动力部倡议的储能大应战供给支撑。这是一个全面的计划，努力加速开发、运用、商业化运营下一代储能技能，并努力坚持美国在储能范畴的全球领导地位。储能大应战选用了一个用例结构，以保证储能技能可以经济高效地满意特定的需求，其间包含了多个类别的储能技能：电化学、机械储能、热储能、抽水蓄能、电力电子技能等。

　　美国的电力体系迄今为止具有并运营了装机容量约为23GW的抽水蓄能发电设备。考虑到不断开展的储能技能和不断改变商场条件，估量未来几十年的储能布置将选用多种储能技能。本钱的下降添加了储能体系在美国电力体系中的重要性。这项研讨运用对最近储能布置趋势、猜测和剖析的深化了解供给了一个结构，描绘了储能体系的价值建议，为美国公共事业部分和监管组织供给协助，并促进开发商可以更好地为储能体系发挥的效果做好预备，并了解需求仔细剖析以保证本钱最优的储能布置。

　　为了探究具有本钱竞赛力的储能体系发挥的效果和面对的商场时机，该陈述运用了一个根据当时和未来潜在储能布置四个阶段的概念结构（见表1）。这四个阶段从较短持续放电时刻过渡到较长持续放电时刻的储能体系，考虑了本钱和价值怎么跟着持续放电时刻的添加而产生改变，并将储能体系持续放电时刻的要害目标与未来的布置时机联系起来。

　　在美国，总装机容量为23GW抽水蓄能发电设备首要是在1990年之前制作的，其意图是供给峰值容量和能量时移等电力服务。抽水蓄能发电设备可以供给持续放电时刻较长的多种电力服务，其服务跨过了四个阶段的结构，而且其用处也在不断开展，以满意不断改变的电网需求。可是，多种要素导致美国在抽水蓄能发电设备的开发方面停顿了几十年，美国从1990年到2011年几乎没有进行新的制作和布置。

　　不断改变的商场条件（例如电力批发商场和新技能的引进）标明自从2011年以来的美国储能布置或许会走上一条不同路途，

　　与制作持续放电时刻8小时以上的抽水蓄能发电设备不同，美国近年来布置的储能体系根本上都是持续放电时刻较短的储能体系，估量新的储能布置将会呈现持续放电时刻不断添加的开展趋势。

　　这一查询陈述在四个阶段结构中描绘了这一开展趋势，这一结构描绘了储能体系的本钱和价值是怎么跟着持续放电时刻的添加而改变的。而储能体系的持续放电时刻添加（或储能容量的添加）都会添加更多的本钱。相比之下，大多数电网服务的价值纷歧定会跟着储能财物的添加而添加。

　　假如持续放电时刻是固定的，储能体系的价值或许不会添加，或许即便添加也或许快速递减。在美国现在的电力商场上，许多电网服务的价值可以经过涣散的、而且持续放电时刻相对较短的的储能体系来完成（例如，大多数储能体系的持续放电时刻少于1小时）。而跟着持续放电时刻的延伸，储能本钱也在不断添加，其特色是储能体系的持续放电时刻的添加与特定的服务和技能的开展前进坚持一致。

　　这项研讨作业中选用的四个阶段的概念结构简化了储能职业和电力体系更杂乱的演化进程，一起提出了四个不同的阶段，而各阶段之间的鸿沟或许有些含糊，因为各阶段之间的过渡将在不同区域不一起刻产生，而且一些特定服务的商场现已饱满。可再生动力发电设备在各区域的布置以及混合布置关于各个阶段的过渡和商场规划产生很大影响。

　　第一阶段始于2011年左右，其特色是美国商场首要布置1小时或更短时刻的储能体系，这是因为呈现了新技能并重组商场，答应以具有本钱竞赛力的办法供给运转备用服务。在第一阶段，短时储能体系的布置遭到运转备用商场整体要求约束，包含调理备用、应急备用和频率呼应等服务，美国用于运转备用的储能体系装机容量将低于30GW。

　　第二阶段的特色是布置持续放电时刻2～6小时的储能体系用于供给峰值容量。第二阶段现已在美国一些区域开端呈现，锂离子电池储能体系在这一阶段变得具有本钱竞赛力。跟着电池价格的持续跌落，电池储能体系有望在更多运用场景中具有本钱竞赛力。这些储能财物的大部分价值来自于对传统峰值发电设备（首要是天然气发电设备）的代替，但它们也从动力时移/动力套利中获取价值。第二阶段的潜在时机遭到当地或区域峰值需求的时刻的约束，其装机容量约为40GW。可是，峰值需求期间将会遭到可再生动力发电量的首要影响，特别是太阳能发电量，这将会缩短峰值需求期间。第二阶段的特色之一是太阳能发电添加了储能体系的价值（进步了储能容量），而反过来，储能体系也添加了太阳能发电的价值（经过将其电力搬运到需求更高的峰值期间来添加价值）。因而，在美国25%电力来自太阳能发电设备的状况下，更多地布置太阳能发电设备可以将第二阶段的储能布置的潜力扩展到装机容量为100GW以上。

　　第三阶段的差异较小，但其特色是本钱更低和技能得以改善，使储能体系在满意更长时刻（4～12小时）一起具有本钱竞赛力。这或许是因为在第二阶段很多布置了持续放电时刻为2～6小时的储能体系。第三阶段的储能布置包含各种储能新技能，其间也包含了现有的抽水蓄能发电设备。第三阶段的储能技能还包含下一代压缩空气和根据热储能或机械储能的各种储能技能。此外，这一阶段的储能体系或许供给额定的价值来历，例如太阳能发电和风能发电的能量搬运，以处理电力供需不匹配的问题。此项研讨陈述指出，美国在第三阶段将具有布置装机容量100GW储能体系或更多的潜在时机，以及在美国几个区域将制作抽水蓄能发电设备。值得注意的是，第二阶段和第一阶段的储能布置或许是混合布置，其间包含一些独立布置的储能体系，但大部分储能体系是与可再生动力发电设备配套布置的，而这些储能体系可以获得税收抵免。与第二阶段相同，额定添加的可再生动力发电（特别是太阳能发电量）可以扩展第三阶段的储能容量，使可再生动力发电设备的发电量超越50%。

　　第四阶段是最不确认的阶段。它描绘了一个或许的未来开展情形。在未来的电力商场，持续放电时刻长达几天到几个月的储能体系将被用来在电力部分存储更多的可再生动力电力，或作为多个职业部分脱碳的一部分。这一范畴的储能技能包含压缩空气储能体系，可以将能量贮存在大型地下窟窿或地层中，贮存的时刻极长，丢失更低。这种低损耗的储能体系答应季节性的动力搬运，并为工业进程和质料出产供给足够电力。第四阶段储能技能的特色一般是，扩展装机容量的本钱很高，但扩展持续放电时刻相关的本钱很低。因而，选用储能容量等传统目标进行衡量的用处不大，假如再加上燃料在非电力部分运用的潜在用处，将第四阶段的储能技能与其他储能技能进行比较就愈加困难。在美国，第四阶段储能技能潜在布置的装机容量到达数百GW，这些储能技能或许处理更长时刻的电力需求。

　　陈述中的四个阶段结构旨在描绘具有本钱竞赛力的储能技能演化，但更重要的是，它确认了利益相关者评价储能体系和其他灵活性来历的代替途径所需的要害要素。具体地说，对所需的各种电网服务（包含装机容量和持续放电时刻）进行改善，可以有助于更深化地了解各种储能技能与非储能资源（如呼应性需求）之间的权衡。这样的特征将有助于保证布置的储能技能组合有利于电网的安稳运营，这将终究进步电力体系需求的储能容量和灵活性。

　　在本世纪初，美国累计布置的储能体系的装机容量只占到电力体系发电设备总装机容量的一小部分（不到3%）。可是跟着本钱下降、新式储能技能的呈现，以及可变可再生动力（VRE）发电量的添加，人们对大规划布置储能的潜力越来越感兴趣。

　　在竞赛剧烈、监管严厉的动力职业中，储能体系有必要供给契合电力体系需求的经济可行的服务。这个陈述中描绘了储能体系的价值建议，该价值建议可以完成经济高效的布置，其装机容量或许高达数百GW，并将促进美国电网产生严重改变。本陈述第2节和第3节从估值、本钱和收益方面为近期和未来的储能布置奠定了根底。然后，第4～7节描绘了未来储能布置的想象，其间包含以下四个阶段：

　　尽管这份查询陈述呈现了四个不同的阶段，但每个阶段之间的鸿沟有些含糊。每个阶段都以储能体系的持续放电时刻和供给的相应服务来描绘。而陈述讨了储能技能和商场需求，包含对每个阶段的潜在布置估量，以及跟着短时储能商场时机饱满与储能本钱下降的过渡点或许呈现的状况。还展现了每个阶段（特别是第二阶段到第四阶段）的规划怎么遭到可再生动力发电量的首要影响。

　　在这四个阶段中的第一个阶段，即布置短时储能体系（持续放电时刻为1小时以下）以供给运转备用服务，实践上现已布置了近10年时刻。第二阶段，美国一些当地最近开端布置电池储能体系作为调峰设备，其持续放电时刻为2～6小时。第三阶段是向本钱较低、持续放电时刻较长的储能体系过渡，这或许包含商业开发各个阶段的一系列储能技能。第四阶段是持续放电时刻十分长的储能体系（12小时以上），在极点的大规划可再生动力发电设备布置的状况下将成为一种经济可行的技能。此次查询意图是考虑美国储能布置具有的巨大潜力，以便公用事业公司、监管组织，以及开发商可以更好地为这种布置做好预备，而且可以了解仔细剖析以保证在本钱效益方面到达最优布置的必要性。这项作业还考虑了储能体系的人物跟着电网开展产生的改变，以及储能体系作为容量资源的重要性。

　　尽管此次查询发现了根据当时可以盈余服务的储能技能的巨大潜在时机，但实践布置的时机十分不确认，特别是关于后期阶段（首要是第三阶段和第四阶段），这或许需求选用具有不确认本钱和功能的新技能。

　　在重组电力商场（始于2000年）之前，美国现已布置了23GW以上储能体系，其间绝大部分是抽水蓄能发电设备。在笔直整合公用事业公司的最低本钱规划下，这些抽水蓄能发电设备首要是作为传统化石燃料峰值容量的代替计划而制作的，为了处理核电站和燃煤发电厂供给根本负荷电力带来的问题，一起也是为了削减运用日益贵重的传统调峰设备（例如选用石油和天然气的发电厂）。其他动机包含美国1978年发布的《发电厂和工业燃料运用法规》对制作燃气发电厂的约束。抽水蓄能发电设备供给了一种添加根本负荷资源灵活性的办法，可以满意峰值期间的电力需求，然后抵消了对本钱更高的石油和天然气发电才能的需求。

　　抽水蓄能发电设备的制作和交给周期一般很长，这导致在上世纪90年代以来很少制作此类项目。图1显现了到2010年这些抽水蓄能电站的累积布置状况，以及其他储能技能布置状况（首要是1992年建成的一个压缩空气储能设备）。

　　在上世纪90年代之后，美国很少制作抽水蓄能发电设备，这首要是有多种要素，其间包含更具本钱效益的燃气轮机的呈现、1978年《发电厂和工业燃料运用法规》的废弃以及天然气本钱的下降，这些要素导致天然气发电厂在1990年到2010年得以迅速开展，以供给峰值容量。

　　美国现有的抽水蓄能发电设备持续供给固定容量、动力时移和运转备用等电力服务，估量在可预见的未来仍将持续供给这些服务，并跟着电网的开展而调整其人物，例如添加对可再生动力发电设备或电网黑发动才能的集成运用。因而，在这个查询陈述中四个阶段结构中布置新的储能体系是对现有抽水蓄能发电设备供给服务的一种弥补。此外，美国有或许晋级和改造现有的抽水蓄能电站，并将进步功率和呼应时刻。而与第三阶段相关的内容将会评论新一代抽水蓄能发电设备的布置。（未完待续，禁止转载）