《净零电力——可再生电网长时储能》（五）：商业案例

五、长时储能商业案例

1、如果创造机会部署更多的长时储能，可以在能源系统中创造显著的经济和环境效益

一些行业厂商正在致力商业化部署长时储能，其投资回报率超过10%。

为了实现更广泛的商业部署，长时储能必须实现最佳的成本降低和性能轨迹，以及技术成熟度。

长时储能创造的价值可以使客户广泛受益。以下几个客户业务案例说明了一些应用程序在不久的将来创造价值的潜力。而在未来面临输电瓶颈的公用事业公司将从采购和部署长时储能中受益，但在货币化方面面临不确定性。

在短期内需要市场支持机制和监管激励措施，以释放某些商业案例的竞争力，并吸引必要的私有投资。

2、到2025年，长时储能项目的投资回报将与其他能源技术相当，但市场支持在短期内至关重要

到2025年，所有建模的长时储能应用案例的内部收益率(IRR)都远高于最低投资者吸引力阈值，并且与当前成熟能源项目的基准内部收益率(IRR)相当。其高盈利主要归因于成本轨迹的假设，这将需要适当的市场生态系统支持的早期部署和投资。

对于大多数模拟商业案例，需要实施市场机制才能在2025年之前使内部收益率远高于10%。在这里的早期可再生发展的例子具有启发意义。2025年部署的完全依赖现有法规和收入流的长时储能项目的内部收益率（IRR）与光伏和风电商业化初期的内部收益率（IRR）相当。他们的发展得益于专门的公共政策支持计划。以类似的方式，长时储能的竞争力可以通过符合捕捉其价值的净零目标的政策行动来释放。一般来说，除了本文中的商业案例研究长时储能提供了更广泛的应用、相关的内部收益率（IRR）和敏感性，还在“更广泛的长时储能应用”类别下进行了描述。

3、长时储能资产如今已经实现了一些商业化安装，但要实现更广泛的商业部署，还需要克服一些关键挑战

以下通过四个案例探讨了近期（2025年至2030年）部署长时储能的不同用例。所选案例的净现值(NPV)为正，受到内部收益率高于10%的驱动；随着商业运营日期转移到2030年及以后，这种情况会有所改善，这得益于系统成本的降低和投资要求的降低。在长时储能部署尚不经济可行的情况下，一些潜在的机制可以释放经济可行性。

不同的长时储能用例可以使广泛的客户受益，包括公用事业公司、独立电力生产商、输配电系统运营商、具有环境、社会和企业治理承诺的企业、对正常运行时间有高要求的行业、孤立的岛屿社区和有后备需求的公共和医疗保健服务。虽然共同的主题是需要电力弹性，但每个用例都是由当地法规驱动的。例如，具有电网系统运行功能的公用事业公司可能会通过长时储能应用程序来满足能源转移、容量提供、输配电优化和稳定服务提供的需求。而企业参与者（例如可再生能源开发商或所有者或工业客户）更有可能对长时储能确定电力采购协议（PPA）或优化能源采购以在偏远或不可靠电网中承购的能力更感兴趣。

4、一项美国案例研究表明，公用事业公司如何从多个长时储能应用中受益，但在货币化方面面临不确定性

在美国，一些公用事业公司负责当地电网的能源生产和运营。他们通常依靠碳密集型天然气峰值发电厂来支持本地负载和可靠性。在发电和需求之间存在差距的情况下，就会出现输电瓶颈。有限的输电能力和建设输电系统的挑战推动了提高输配电网络利用率，以及保持低碳未来可靠性的需求。鉴于大量可再生能源发电量的快速增长，需要对未来几十年的输电投资做出关键选择。

对于这些客户，长时储能系统可以提供多种解决方案。长时储能系统满足了天然气峰值发电厂的部分电力需求，并降低了生产和排放成本。此外，长时储能可以吸收和存储目前在生产峰值期间削减的大量电力。长时储能还提供备用容量来替换目前提供此服务的天然气发电厂。随着长时储能装机容量的增加，可以优化输配电网络的利用率和成本高昂的容量扩展。

该案例显示净现值(NPV)介于-1.1亿美元和4.2亿美元之间。要进入这一范围的高端，市场机制必须充分到位，以确保能够获得收益，特别是如果客户不是同时运营电网的公用事业公司。

输电优化、容量供应和碳减排的成本节约（分别为2.3亿美元、2.9亿美元和2.1亿美元至2.2亿美元）是创造3亿美元到8.3亿美元总价值的最重要因素。将输电成本与不同场景的储能系统的成本进行比较，以确定抵消输电支出所需的储能系统投资。碳减排的成本节约源于用长时储能取代天然气调峰发电厂的机会。

本案例的经济性对碳减排价格和项目开始的日期很敏感。当商业运营日期移至2030年时，内部收益率(IRR)将显著增加至9%至25%，而长时储能系统的建设将在前两年进行。此外，加速碳减排价格上涨可能导致内部收益率高达16%和29%，其运营日期分别为2025年和2030年。

为了确保长时储能对公用事业公司的经济可行性，已经确定了几个关键条件。首先，长时储能资产所有者将能够通过适当的市场机制将碳减排创造的收益实现货币化。其次，监管选项或激励措施将到位，以使所有者的投资与其他脱碳努力的成本保持一致。第三，二氧化碳当量价格将随着国家减排计划（例如国家自主贡献）日益增长的雄心而上涨。第四，可再生能源所有者将尽可能多地使用长时储能充电，尤其是在净零电网尚未完全部署的情况下；这可以通过促进能源生产可追溯性和证明其来源的计划来确保。

六、竞争力之路和关键市场推动因素

1、三项潜在行动可以通过改变储能的监管和报酬方式来帮助释放长时储能价值

推动长时储能技术的经济和技术成熟度，应与可再生能源的大规模部署保持一致，以实现最大的社会成本降低。

构建一个有具体行动的支持性生态系统将有利于市场的迅速发展。特别是，已经确定了三个关键的行动领域：

（1）、长期的系统规划有助于吸引足够水平的私人投资

•前期规划以优化容量组合、电网基础设施和储能系统。

•明确可再生能源目标以创造对储能的需求，并为投资者提供可见性。

•国际协调以加强跨市场和地区的努力。

（2）、支持首次部署和扩展能力，以降低投资者的进入门槛和风险

•专门的支持计划，以发挥削减成本的潜力，并测试新的市场机制。

•有针对性的支持计划，例如可再生能源和长时储能招标，以激励行业参与者的参与。

•支持改进制造和供应链以扩大规模并降低资本支出。

（3）、市场创造以确保资产生命周期内的财务回报

•市场机制和设计，以确保对灵活性提供的补偿。

•促进监管以促进长时储能的采用（例如，安全标准、获取长时储能价值的市场规则）。

2、缺乏支持性市场可能会显著地延迟长时储能技术的部署

长时储能技术的及时成熟对于实现可再生能源在电力系统中的最佳整合至关重要。

长时储能可以在世界电力部门的脱碳方面发挥重要作用。到2040年，长时储能的部署可能会导致每年减少15到23亿吨二氧化碳，并通过启用可调度可再生能源和替换排放工厂来替代传统的天然气调峰容量（约占当今电力部门排放量的10%至15%）。

最重要的是，这样做而无需额外的社会成本。到2040年，仅在美国，在100%的脱碳情景下，电力系统的总体成本每年可减少约350亿美元，其中50亿美元将来自于输电和输配电中的长时储能应用扩建项目。

为了充分发挥其潜力，长时储能技术需要随着可再生能源的广泛部署达到技术和经济成熟度。长时储能开发商能否实现这一研究中概述的成本降低轨迹取决于改进的技术设计、制造能力的精简和优化以及规模因素。此外，快速的技术进步对于确保它们的快速采用至关重要。只有足够迅速成熟以满足市场需求的技术才有可能将其纳入支持电力系统转型的解决方案组合中。

可能会出现采用长时储能的潜在加速器。它们可能包括比这一研究中假设的更快的净零电力系统轨迹，无论是在地方一级还是在具有高脱碳目标的地区或国家。这些自然需要解决方案来降低风险，并平衡大量可再生能源的整合。此外，持续和递增的二氧化碳定价将通过创造新的收入流和加强现有收入流来提高特定业务案例的价值。最后但同样重要的是，替代解决方案的发展及其部署限制（例如锂离子电池的供应链短缺和电动汽车领域的高需求）可能会严重影响对长时储能技术的需求。

3、到2040年实现最佳长时储能容量部署将需要大量投资

总体而言，使用长时储能以最具成本效益的方式升级电力系统将需要大量私人投资。可能需要500亿美元的累计资本支出投资来部署预计的到2025年的产能，到2040年全球需要1.5万亿美元到3万亿美元来实现累进的成本预测。

长时储能技术也将受益于政府的支持，以在净零过渡要求时尽快启动市场。这些技术的短期资金可以被视为一项长期投资，它将以低成本电力系统和降低风险的过渡形式获得回报。

4、一个有实际行动的支持性生态系统将有利于市场的迅速发展

为了克服这一新兴市场目前的成本差距和技术不确定性，长时储能理事会认为，政府和商业领袖可以通过构建适当的生态系统来加速投资，从而促进市场的发展。

已经确定影响最大的支持行动的三个关键方面：

（1）、长期系统规划以创造正确的投资信号

政府和行业对净零排放和全面脱碳路线图的明确承诺对于实现气候目标至关重要。长期的系统规划可以在技术进步和早期系统部署方面吸引足够的私人投资，确保及时开发支持解决方案，如长时储能。

长时储能可以显著提高电力系统的可靠性和弹性。而净零电力系统可以受益于前期规划（类似于美国的公用事业综合资源计划），以优化容量组合、电网基础设施和储能部署。前期计划将最大限度地减少紧急采购的数量，这经常导致采购不适合长时储能系统需求的设备。

建立新的容量扩展模型的学术和行业进展导致了一套关于如何规划严重依赖可再生能源和存储的低碳电网的最佳实践。在可能的情况下，容量扩展模型及其所需的投资决策应基于：至少一整年的每小时分辨率的电网运行，其是包括反映每天、每周和季节的天气和负载变化和季节波动；多个天气年份和关键的未来系统条件，例如技术可用性、商品价格或其他变量。这将降低消费者成本以及意外停电和供应链限制的风险。

一些国家和地区已经在进行包含长时储能的电力系统规划。例如，加利福尼亚州已经采购了兆瓦规模长时储能系统，澳大利亚新南威尔士州去年在其电力基础设施路线图中宣布采购2GW的长时储能。

明确的可再生能源目标和加速许可的战略也将创造早期的储能需求，以平衡可再生能源发电的可变性。可再生能源发电、输配电电网和储能高度互联。因此，关于可再生能源整合、存储和电网升级的明确战略将为投资者提供可见性，并激励可再生能源开发商的采用。

最后，国际协调对于建立世界通向净零电力的道路也至关重要。协调工作产生的原则和教训可以在整个市场上复制。具有相似需求的应用或地区可以联合起来监测最能支持能源转型的技术，建立能够制定需求和提供知识的工业或区域网络。所有参与者都需要继续扩展关于长时储能技术能力、价值和发展轨迹的知识库。

（2）、支持首次部署和扩展能力以启动市场

大多数新型长时储能技术尚未完全商业成熟，这对筹集大量私人资本构成了障碍。如果没有成熟的长时储能市场和对这些系统性能的跟踪记录，投资者对高风险的看法将会限制投资，并限制开发人员继续测试和改进其技术的能力。

因此，针对大型示范长时储能的专门支持计划，对于确保这些技术能够充分发挥其技术和成本降低潜力以及测试新的市场机制至关重要。这种支持可以采取多种形式，以下列出了其中一些形式，应在短期内实施以加速部署。

例如，对于公用事业规模的并网示范长时储能系统的部署，政府资助的赠款和金融工具将是至关重要的。资助将加速设计改进，通过研发降低成本，并减少运营绩效的不确定性，这将为投资者降低此类项目的风险。

英国和美国等国家已经在采取一些举措，英国商业、能源和工业战略部于2021年初发起了一项价值1亿美元的长时储能的示范项目竞赛，以加速项目商业化。同样，美国能源部已经启动了一项计划，以在十年内将持续时间超过10小时的长时储能成本降低90%。该计划要求的预算超过10亿美元。欧盟提供的创新基金还为基于创新技术的储能项目提供资助。不仅是赠款，金融工具（如混合融资工具、主题增长工具或信用增强机制）都将有助于促进私人融资和降低早期项目的风险。

行业厂商还可以从为太阳能或风电等其他清洁技术提供的成功支持计划中学习（例如，根据确定的标准激励表现最佳的技术的招标），并在技术中立的基础上实施类似的措施。可再生能源参与者、系统运营商或承购商以及与长时储能技术提供商的合作也可以加速早期长时储能部署。而愿意支付绿色溢价的先行者（如矿业公司或数据中心）对于启动市场和发展学习曲线至关重要。可再生能源招标与储能厂商、公私合作伙伴关系或早期市场机制共同定位，可以加速部署。通过这种方式，技术的成熟将受益于早期的正现金流，这些现金流可以再投资于进一步改进，同时完善市场创造。

同样，制造和供应链的改进可以将总投资减少15%～30%。这种支持可能包括提高制造效率、自动化组装和具有成本效益的采购。

为了实现完全脱碳，更难脱碳的应用需要清洁技术解决方案。其中包括为医院或电信塔等关键负载提供备用电源，在这些地方，任何技术的脱碳都将比使用基于化石燃料的装置产生更高的成本。长时储能适用于这些备份应用；然而，备份使用隐含的低利用率可能导致不利的经济性。

（3）、创造市场以获取长时储能价值并允许实现货币化

即使在商业准备阶段，围绕未来成本轨迹和在其生命周期内可以捕获的收入资产的风险仍然存在。当前市场通常无法获取长时储能的全部价值，这是因为：

•电力市场大多是短期的（例如日前市场或日内市场），通常不提供可以降低资本风险的长期协议；

•多日和多周市场信号较弱，因此激励储能系统每天可以多次充放电；

•碳减排补偿计划或者不存在，或者不足以补偿投资者的额外资金。

因此，在中短期内，必须设计市场，让长时储能创造的利益能够带来财务回报以及具有吸引力的内部收益率。一些市场设计和监管行动可以帮助最大限度地降低商业化储能系统的运营风险，提供资产生命周期内的收入可见性。

为长时储能创造正确激励信号的最佳市场设计将因地点而异，具体取决于当地资源和基础设施。例如，在价格波动有限的市场中，发电商和储能系统所有者可能越来越难以仅从能源支付中获得收入。这些市场可能需要重新设计以补偿灵活性，这可以通过长期的容量支付或新的不平衡补偿市场来实现。或者，其他市场可能需要向长时储能开放作为坚定的容量和平衡提供者。这可能带来各种好处，包括增加竞争、增加电力行业的创新以及提高电网的灵活性和弹性。

最后，从监管的角度来看，需要一些长时储能采用的要求和驱动因素。长时储能技术在成熟度、安全特性和用例方面差异很大，导致缺乏共同的理解和评估。此外，储能系统在能源系统中的作用很复杂，无论是在电力系统内还是与工业终端用途相结合。因此，有必要通过建立明确的市场规则对长时储能进行适当的估值。此外，对长时储能的明确定义，包括最低技术和安全要求，将有助于其在市场上的开发和实施。最后，需要设计碳定价机制，以使低碳技术不会因排放资产而在类似的灵活性服务方面被击败。

一些全球领先的国家或地区已经制定了明确旨在满足长时储能需求的立法示例。例如，加州法案AB2255(2020)提议采用一种新的监管方法，因为旨在制定一个流程，在该州范围内采购和部署长时储能系统。此外，亚利桑那州还推出了一项激励计划，旨在通过为放电时间超过5小时的储能技术提供激励措施来鼓励更长的持续时间。英国正在就提高长时储能盈利能力的不同途径进行对话，其中包括15年容量市场或平衡机制。

结论

该报告指出，长时储能可以在电力行业完全脱碳方面发挥关键作用，从而为将全球气温上升限制在巴黎协议中规定的1.5℃提供途径。它可以提供电力系统所需的灵活性和稳定性，以将发电中不断增加的可再生能源份额与其固有的可变性相结合，并且能够以可控的成本实现这一目标。

来自长时储能供应商的数据表明，它具有成为最具成本竞争力的储能解决方案的巨大潜力，而随着太阳能和风能成为主要电力来源，大规模部署的社会效益是显而易见的。

然而，这些预测带有一个重要的警告。只有在中短期内采取行动，为长时储能市场的发展创造合适的框架条件并刺激早期投资才会实现。未来几年需要进行大规模部署，以扩大规模并实现在这里列出的成本预测。政府需要建立一个支持性的生态系统，包括长期规划、经济激励和适当的市场设计。

需要明确的是，这不是一项以公共费用为基础的持续补贴制度的提议：提议的建议旨在启动一个能够支持社会快速脱碳目标的运转良好的市场。所有证据表明，这可能是一个对投资者极具吸引力的市场：这个规模庞大的新兴产业提供装机容量为1.5至2.5TW的长时储能系统，而到2040年需要的投资可能达到1至3万亿美元，并具有潜在的回报。

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