分析报告（一）：美国混合部署储能项目的成本与价值

风力发电和太阳能发电项目的快速部署成为21世纪10年代最重要的电力系统趋势之一是，而调查数据表明，21世纪20年代的一个转折点可能是“混合”部署项目的快速部署。混合部署项目通常将太阳能发电项目或风力发电项目（或其他能源）与电池储能系统共址部署。正如成本下降推动了太阳能发电项目和风力发电项目在过去十年快速增长一样，电池价格的下降和整合可再生能源发电日益增长的需求，正在推动部署混合部署项目计划。虽然混合部署有助于缓解平衡可再生能源间歇性供电的挑战，但其相对新颖性意味着需要进行研究以促进整合和创新。

将能源的存储和转换技术以及多种可再生能源的特点结合起来，会给电网运营和成本带来复杂的问题。而项目开发商、系统运营商、规划者和监管机构为了从更好的数据、方法和工具受益，需要估算混合项目的成本、价值和系统影响。随着电力系统向采用更多的可再生能源的电力，部署混合部署项目的机会越来越多，但它们的影响和最佳应用尚未确定。

美国劳伦斯伯克利实验室(Berkeley Lab)日前发布了一份名为“可再生能源研究项目十大发现”的研究报告，该报告展示了伯克利实验室的一些强有力的研究计划，旨在支持美国私营和公共部门关于混合部署项目的决策。报告分析了建造混合部署项目的地点和原因，对最佳混合设计选择进行建模，并评估混合部署项目对资源充足性和短期供电可靠性的贡献。该实验室评估了混合部署项目如何参与批发电力市场，并调查客户现场和公用事业规模混合部署项目的成本和价值。最后，确定了未来的研究需求和问题。

如何定义混合混合部署项目？

•发电设施和电池储能系统的组合。

•作为一个或两个独立的发电单元运行。

•部署在同一地点。

可再生能源研究项目十大发现：

（1）增长

可再生能源开发商对混合部署项目的兴趣浓厚并且不断增长。

（2）价格VS价值

太阳能+储能项目在部分地区的电力采购价格低但价值较高。

（3）市场驱动因素

太阳能+储能项目是由税收抵免和其他激励政策推动的。

（4）配置选择

市场价格激励了太阳能发电设施配套部署短时的电池储能系统。

（5）容量价值

混合部署项目的容量贡献小于其各部分的总和。

（6）辅助服务

辅助服务市场对混合部署项目来说是一个有价值但短暂的选择。

（7）市场参与

混合部署项目可以更灵活地参与电力市场。

（8）运营

混合部署项目系统的电力系统价值取决于它们的运行方式。

（9）分布式混合部署项目

客户现场的太阳能+储能项目的增长提供了新的机遇。

（10）未来研究

未来将如何发展？混合部署项目研究的优先领域。

1.增长

（1）可再生能源开发商对混合部署项目的兴趣浓厚并且不断增长

电池价格下降和可再生能源发电量的增长正在推动对混合部署项目的兴趣激增。当前开发商的兴趣主要集中在将太阳能发电设施与电池储能系统配套部署，但储能装系统可以与多种可再生能源发电设施配套部署。

（2）截至2021年底，美国已经并网的太阳能+储能项目或风电+储能项目已超过8GW

太阳能+储能项目在混合部署能源总装机容量中占主导地位，其装机容量超过5.9GW，而风电+储能项目只有2GW，太阳能+风电+储能项目只有750MW。而这个市场已经开始实现指数级增长，与2020年底累计部署的装机容量相比，2021年累计运营混合部署项目的装机容量增加了133%。虽然有许多化石能源+储能的混合部署项目，但总装机容量相对较少，（如图1所示）。

图1到2020年美国现有混合部署项目的位置

（3）规划部署的计划表明对可再生能源和储能系统的混合部署项目的兴趣日益浓厚

来自美国七个批发市场和35个公用事业公司的互连队列中正在开发的能源项目的数据表明，可再生能源开发商对于混合部署项目具有相当大的商业兴趣（如图2所示）。到2021年底，美国规划部署的太阳能发电设施的装机容量超过675GW，其中的286GW（约42%）被提议作为混合部署项目，最常见的是将太阳能发电设施与储能系统配套部署。还计划部署247GW风力发电设施，其中19GW（约8%）被提议作为混合部署项目，同样通常将风力发电设施与储能系统配套部署。虽然其中许多拟建项目最终将无法实现商业运营，但对部署混合部署项目的浓厚兴趣预示着装机容量的强劲增长。在加利福尼亚独立系统运营商(CAISO)的服务区域尤其如此，该地区95%的太阳能发电设施和42%的风力发电设施被提议部署成为混合部署项目。

图2. 美国2021年规划部署的混合部署项目的装机容量

2. 价格VS价值

（1）太阳能+储能项目在部分地区的电力采购价格低但价值较高

尽管美国目前运营的混合部署项目的数量仍然很少（但还在增长），但可以通过查看电力采购协议(PPA)来深入了解即将推出的混合部署项目的配置和定价，这些协议通常在混合部署项目投入运营前几年实施。伯克利实验室对大量混合部署和独立部署的太阳能发电设施电力采购协议(PPA)样本的分析，结合类似混合部署项目配置的价值建模，有助于解释太阳能+储能项目混合部署项目在某些地区日益增长具有吸引力的原因。

（2）太阳能+储能项目电力采购价格将逐步降低

在伯克利实验室的公用事业规模电力采购协议(PPA)的价格样本中，太阳能+储能混合部署项目的价格（美元/MWh）（在图3中以反映电池储能系统与太阳能发电设施装机容量比的空心圆圈显示）接近独立部署的太阳能发电设施价格（较小实心圆圈）。因此，随着时间的推移，太阳能+储能的项目将变得越来越普遍。而在夏威夷州（橙色），在2017年之后，几乎所有签署电力采购协议(PPA)的公用事业规模太阳能发电设施都配套部署电池储能系统，并且这种平衡似乎在显示的其他四个州（蓝色）之间发生了变化。这些电力采购协议(PPA) 平准化价格反映了美国联邦投资税收抵免(ITC)的激励情况。

图3.按执行日期划分的太阳能+储能项目平准化电力采购协议(PPA)价格

（3）混合部署项目的电力采购协议(PPA)溢价反映了其电池储能系统的规模

17个电力采购协议(PPA)的子样本将太阳能+储能项目各组件的价格分开，能够准确计算储能系统电力采购协议(PPA)价格增加了多少。这种“平准化储能价格加法器”随着电池储能系统与太阳能发电设施容量的比率线性增加（图4），这也是夏威夷州的混合部署项目（所有电池储能系统都相对规模较大）价格高于图中其他州的几个原因之一。

图4.按装机容量比划分的平准化储能价格加法器

（4）混合部署项目几乎都是正净值

为了查看图4中显示的电力采购协议(PPA)的价格加法器是否有意义，伯克利实验室对加州独立系统运营商(CAISO)和德州电力可靠性委员会(ERCOT)的独立部署太阳能发电设施配套电池储能系统的价值进行了建模，电池储能系统的装机容量为太阳能发电设施装机容量的一半，持续时间4小时（如图5所示）。这种配置应该使电力采购协议(PPA)价格增加8～13美元/MWh。当然，在电力采购协议(PPA)的整个生命周期内，混合部署项目的价值会有所不同，但至少在最近几年，并且在联邦投资税收抵免(ITC)的帮助下，增加的增值似乎证明价格溢价是合理的。

图5.2019年独立部署太阳能发电设施与太阳能+储能混合部署项目的市场价值比较

3.市场驱动因素

(1)太阳能+储能项目是由税收抵免和其他激励政策推动的

混合部署项目与共址部署的可再生能源设施和电池储能系统可以从税收抵免、节约建设成本以及更灵活的发电设施调度中受益，但会受到选址限制。伯克利实验室对这两种项目的收益和成本进行了量化，并发现它们的价值大致相当，这表明共址部署可以根据当地市场条件和配置进行选择。

（2）获得投资税收抵免是促进混合部署的一个主要原因

将太阳能发电设施和电池储能系统共址部署要可以使电池储能系统有资格获得联邦投资税收抵免，节省共享设施以及互连和许可成本，减少太阳能发电量削减，并促进能源转移。此外，与电池储能系统配套部署的可再生能源发电设施具有更大的调度灵活性，使其对电网运营更具吸引力。

（3）可再生能源项目部署的位置可能并不是储能系统提供电网最大收益的地方

大型风力发电项目和太阳能发电项目通常部署在发电资源丰富、土地可用且可以连接电网的地方。而电池储能系统几乎可以部署在任何地方，例如可以为当地电网提供额外价值的高价值地点，例如缓解电网拥塞和缓解价格波动。研究发现，根据地区和年份的不同，将可再生能源发电设施和电池储能系统分开部署的市场价值比混合部署项目要高出2～9美元/MWh。在美国七个批发市场中，这种“耦合损失”平均为2美元/MWh（如图6所示）。

图6.在各种情景下，储能系统分别与风力发电设施和太阳能发电设施配套部署的平均耦合损失

（4）独立部署项目的更高成本在很大程度上被混合部署节省成本所抵消

研究中计算出粗略的成本节约为15美元/MWh，其中10美元来自获得的30%的投资税收抵免(ITC)，5美元来自建设成本节约——这两者都高于默认的耦合损失。但是，如果电池储能系统仅从共址部署的可再生能源发电设施充电，如果互连容量受限于可再生能源发电设施的规模，并且储能系统调度能够以完美的预见性运行，则耦合损失可能会增加到14美元/MWh。混合部署项目的耦合损失和成本节约的不确定性表明，独立部署和混合部署项目的开发模型都是可行的。

信息图1 独立部署电池储能系统的选址vs共址部署电池储能系统的选址

4.配置选择

（1）市场价格激励太阳能发电设施配套部署短时电池储能系统

伯克利实验室使用2012年至2019年的批发市场价格和一个简单直观的电池退化模型，来比较不同混合部署项目设计的收入和成本，发现配置和区域存在显著差异，而太阳能发电渗透率是一个主要因素。混合部署项目在加州独立系统运营商(CAISO)服务区域中最具吸引力，在大多数地区，太阳能+储能项目比风电+储能项目更具吸引力，这与商业活动表现相一致。

（2）电池储能系统的持续时间和储能容量对混合部署项目净值影响最大

在获得联邦投资税收抵免(ITC)这个最具吸引力的混合部署项目配置中，电池储能系统的持续时间往往是2到4小时，配套的电池储能系统的装机容量为太阳能发电设施或风力发电设施装机容量的25%或100%，具体取决于地区（如图7所示）。设置电网互连容量以允许可再生能源发电设施和储能系统同时放电，将产生比将互连规模限制为仅太阳能发电设施或风力发电设施装机容量更高的混合净值。

图7.电池储能容量（x轴）和持续时间（图例）对太阳能+储能项目净值的影响

（3）在对CAISO、ERCOT和SPP服务区域中，持续时间较短的太阳能+储能项目的净值最高

并网项目和拟议部署项目的持续时间通常为1～4小时。在所有电池储能系统中，混合部署项目的相对价值在加州独立系统运营商(CAISO)、德州电力可靠性委员会(ERCOT) 和西南电力联营公司(SPP)服务区域中最高，这些地区有大量拟议部署的的太阳能+储能项目。研究还发现，当纳入联邦投资税收抵免(ITC)时，太阳能+储能项目的净值比风电+储能项目更具吸引力，在商业部署上也看到了这一趋势。

（4）区域范围内的太阳能普及率推动太阳能+储能项目价值

太阳能高渗透率将电网价格峰值的时间从夏季下午转移到晚上，能够更好地使太阳能发电设施项目将获得更大的价值。迄今为止，加州独立系统运营商(CAISO)的影响最大，2020年太阳能渗透率达到21%。然而，随着储能系统提高能量转移的能力，削减发电量以改变发电时间的太阳能发电设施项目的配置变得多余。与其相反，使太阳能发电设施发电最大化的配置（包括通过单轴跟踪系统和扩展太阳能发电设施规模）在与储能系统相结合时可以提供更大的净值收益。

（未完待续）