在CAISO和MISO中，短时间(SD)、长时间(LD1和LD2)和季节存储(SS)的归一化电荷状态(SOC)。(a) 100%可再生能源组合的CAISO设备的标准化SOC。(b) MISO上100%可再生能源组合设备的标准化SOC。“SOC = 1”(暗红色)表示存储设备已满。“SOC = 0”(淡红色)表示该存储设备为空。来源:美国国家可再生能源实验室

随着各州逐步实现100%的可再生能源运营，能源存储将成为实现更多样化电力供应的关键。但没有一种技术能解决我们所有的能源存储需求。

美国国家可再生能源实验室(NREL)最近发表在《能源与环境科学》(energy & Environmental Science)杂志上的一篇题为《高、超高无碳和可再生电力系统的最佳能源存储组合》的分析表明，存储解决方案组合对未来的能源系统具有最佳的经济意义。

“事实上，每个能源系统都是不同的，有不同的需求、可再生资源的部署、天气等，”NREL研究员、该论文的第一作者Omar J. Guerra说。“我们发现，在高可再生系统的不同时间尺度和经济环境下，储能能够实现最低成本的能源，这意味着我们正在为未来的电网寻找储能技术的组合。”

存储技术的权衡

Guerra和研究人员Joshua Eichman和Paul Denholm使用了定制的高分辨率优化模型来比较美国各地的能源存储组合。研究人员发现，在其他因素中，地理差异可以极大地影响能源存储组合。例如，加州独立系统运营商(CAISO)电网是太阳能驱动的，释放约50天的季节性存储，以覆盖模型中的冬季，而风力驱动的midcontinental独立系统运营商(MISO)可以部署持续时间更短的季节性存储(但仍比目前部署的大多数存储技术长得多)，容量为5-14天。

存储技术面临着电力和能源组件在效率和资本成本方面的基本权衡，这正是多种技术有用的原因。短时间(日内)存储，如锂离子电池有更高的效率，但也有较高的能源相关成本，而长时间(日)存储，如压缩空气或泵送热，有较低的能源相关成本，但效率较低。

“对于非常高或100%的可再生电力系统，我们需要意识到哪种存储组合最适合哪个位置或系统。成本，包括避免二氧化碳排放的成本，根据存储组合的选择有很大的不同。

随着CAISO(上)和MISO(下)系统接近100%可再生运行，可再生能源的减少开始下降，因为季节性存储变得具有成本效益，并增加了系统的存储容量。来源:美国国家可再生能源实验室

100%可再生能源的存储组合

研究人员对超高可再生系统得出了一些令人惊讶的结果:当一个系统接近100%可再生运行时，其存储组合中越来越多的部分将受益于多日到季节性的存储能力。这是因为剩余负荷和可再生资源供应的季节性不匹配加剧。然而，在像CAISO这样的电网上，较短持续时间的存储在平滑太阳能的日波动方面更有效。

当接近100%的可再生系统时，季节性储存成为一个更大的角色，另一个令人惊讶的策略出现了，即存储到存储的充电变得具有经济优势。因此，可再生能源的削减开始减少，因为更多的可再生能源可以用于存储。超高可再生系统的这些动态突出了竞争因素如何广泛影响最佳存储组合。

对电力行业的影响

研究结果对系统运营商、技术开发人员、电力供应商和更广泛的行业都非常重要。对这些群体来说，主要的信息是，理想的能源储存组合可能会因地区而异，而且会因可再生能源的比例而异。随着越来越多的城市和州设定清洁能源目标，规划未来10年或20年的利益相关方应该关注更广泛的能源存储技术空间，以及它如何融入他们的系统。

下一个是什么?

既然研究人员已经确定了存储部署的巨大成本差异，未来的工作将侧重于对存储价值进行更全面的评估。

“我们需要一个更全面的方法，”Guerra说。“存储技术非常灵活，可以用于各种网格服务。我们的下一步将是了解能源存储的所有好处，以提供最优的存储组合。”