《纽约多日储能建模--能够实现可靠的零碳电网的储能产品组合》摘要，放电纽约

执行摘要

  纽约正在努力实现其目标，即到 2030 年通过可再生能源满足至少 70% 的电力需求，并到 2040 年实现零排放电网，这是该国最雄心勃勃的电力脱碳目标之一【1】。这是一项艰巨的任务，业界已经进行了各种模型研究，评估资源途径，使纽约能够以最低的成本实现其目标。每项研究都确定了未来系统需要 20 至 45 GW的资源来满足电力需求并保持可靠性，但目前商业规模的技术无法提供这些资源。

  纽约独立系统运营商 (NYISO) 建议用新型“可调度零排放资源”(DEFR) 来填补这一技术差距，当可再生能源供应不足时，该资源将提供“持续的所需电力和系统稳定性”【2】以满足能源需求。先前的研究用替代资源来充当 DEFR，同时指出可能会出现许多不同的技术来满足零碳可靠容量的需求。纽约接下来面临的挑战是确定哪些新兴技术组合能够以最低成本填补这一资源缺口。

  该分析补充了之前的研究，并评估了不同类型的新兴长期储能 (LDES) 和多日储能 (MDS) 技术可以在多大程度上充当 DEFR，并帮助纽约实现可靠、负担得起的零碳电网。LDES 被定义为持续时间在 10 到 24 小时之间的储能【3】。美国能源部的商业升空之路：长时储能报告将这些技术描述为“通过将一天中某一时刻产生的多余电力转移到另一时刻来满足在同一天或第二天昼夜的市场需求。”【4】 MDS 资源的持续时间超过 24 小时，满足“可能存在 每年 5 次的长期电力短缺的市场和最终用户的需求（例如，多天的低风能和太阳能或弹性应用）。”【5】 纽约之前的研究提供了大量证据，表明这些资源可以提供可调度的零排放容量，以支持多日电网压力期间的可靠性。

  本研究使用投资和调度模型来：1）确定各种新兴 LDES 和 MDS 储能技术的最低成本组合，以满足纽约 2030 年和 2040 年清洁能源目标；2）评估将LDES和MDS技术添加到优化的资源组合时发生的系统成本变化；3) 确定 LDES 和 MDS 在纽约电网中的运行方式，以支持整体系统的可靠性。

  主要发现：到 2040 年，需要 35 GW 的多日储能才能满足纽约可调度的零排放资源需求，并降低总体资源需求和总系统成本

  到 2030 年，纽约需要 4.8 GW 的多日储能容量，到 2040 年需要 35 GW，才能可靠地整合可再生能源并实现零碳目标。

  这项研究确定，2030 年成本最低的投资组合中多日储能需求为 4.8 GW，这一需求到 2040 年将增长至 35 GW。这一长期需求与之前研究中确定的 DEFR 需求一致，并表明多日储能可以在每小时、每天和多日时间范围内提供灵活的可调度容量，以平衡一个季节的可再生能源 ，管理可再生能源间歇期和极端天气时期。MDS 的可用性还具有避免土地使用影响和输电投资的额外好处，因为它避免了过度建设原本需要的可再生能源和储能资源。到2030年，MDS的加入可避免 5GW <10小时的锂离子储能和5 GW太阳能资源。

  到 2040 年，建模结果表明，不同储能技术组合可以协同工作，以维持零碳电网的可靠性。成本最低的资源组合包括 35 GW的 MDS、19 GW的铁空气电池和 16 GW的储氢——用于周间和季节性能源转移。它还包括 3.2 GW 的 LDES 和 2.8 GW 的锂离子电池，用于日间能量转换。该储能技术组合避免了 64 GW < 10 小时的锂离子储能和 1.5 GW 本来会建造的新核电资源。

  与仅采用锂离子储能的场景相比，纳入 LDES 和 MDS 技术可以将实现纽约脱碳目标的成本在 2030 年降低 6%，在 2040 年降低 29%

  与锂离子电池作为唯一可用储能技术的情况相比，新兴的长期和多日储能技术可以将实现纽约 2030 年气候目标的年化系统成本降低 6%（4 亿美元/年）。到 2040 年，这些成本节省将增加到近 30%（每年 87 亿美元）。LDES和MDS通过将大量清洁能源从过剩时期转移到供应不足时期来节省客户成本，从而减少满足国家能源需求所需的新资源总量。

  在多日的电网压力期间，多日储能资源因其连续放电的能力而保持零碳电网中的系统可靠性

  当 LDES 和 MDS 纳入资源规划时，2030 年和 2040 年纽约的最低成本投资组合的储能容量 (GWh) 将增加一个数量级，从而使它们能够在可能持续多天的能源有限条件下支持电网 。例如，到 2040 年，采用多种储能技术可将总储能电力容量需求减少 26 GW，但总储能源容量从 538 GWh增加到 5,334 GWh。这种储存的能源容量是可再生能源发电间歇期的关键资源。在模拟的 2040 年海上风停期间，每周风力发电量仅为平均发电量的 32.7%，导致能源短缺 1,168 GWh。在此期间，储能技术组合满足了23.8% 的净负荷，仅 MDS 就满足了 该周网络负荷的16.1%的需求。短时储能和 LDES 提供全年一致的日内和日间能量转移，而 MDS 提供关键的周间灵活性和跨周、天气系统和季节的大容量可靠能源，并且它可以满足多阶段期间的需求。现有和新兴的储能技术组合共同展示了储能如何作为可调度、无排放的资源来支持可靠的零碳电网。

图8 2030年(2014年气候数据）无风期间MDS和无MDS的系统调度比较

图 9 2040年（2014年气候数据）无风期和风力过剩期MDS和无MDS的系统调度比较