澳大利亞電力市場(chǎng)在2020年達(dá)到了一個(gè)重要的里程碑，其四分之一的電力來(lái)源來(lái)自可再生能源。

然而，如果澳大利亞更換退役其所有的化石燃料發(fā)電廠，并且到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)以成為可再生能源電力出口大國(guó)，則需要克服重大障礙以實(shí)現(xiàn)電力部門脫碳。

特別是風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電都是間歇性的能源：這些可再生能源如何在不良?xì)夂驐l件影響的期間提供充足的電力？如果不解決這個(gè)問(wèn)題，那么在沒(méi)有化石燃料發(fā)電的未來(lái)日子中，澳大利亞將如何應(yīng)對(duì)電力不足的風(fēng)險(xiǎn)？


需要部署長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)

可再生能源電力的間歇性可以通過(guò)“短時(shí)”儲(chǔ)能系統(tǒng)在一定程度上進(jìn)行管理，例如目前正在運(yùn)行的電網(wǎng)規(guī)模鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

然而，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并不能會(huì)從陽(yáng)光或風(fēng)力充足的時(shí)期轉(zhuǎn)移大量電力以滿足一天中其他時(shí)間的電力需求，而這一需求在澳大利亞電網(wǎng)中已經(jīng)變得越來(lái)越重要。

將太陽(yáng)發(fā)電設(shè)施中8小時(shí)的可用能源轉(zhuǎn)移到一天中的其他時(shí)間變得越來(lái)越重要，由于陽(yáng)光充足時(shí)產(chǎn)生的電力供應(yīng)過(guò)剩，導(dǎo)致澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)（NEM）的負(fù)價(jià)格事件頻率增加。

與此同時(shí)，午后的峰值電力需求期間的電力價(jià)格往往很高，這也表明這個(gè)期間的電力供應(yīng)相對(duì)于用戶需求來(lái)說(shuō)存在供應(yīng)不足的情況。

最近昆士蘭州和維多利亞州停運(yùn)大型燃煤發(fā)電設(shè)施表明，其電力系統(tǒng)需要更大的可調(diào)度容量。這就是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮關(guān)鍵作用的地方。

新南威爾士州正在解決電力間歇性挑戰(zhàn)。新南威爾士州政府最近通過(guò)了電力基礎(chǔ)設(shè)施投資法案（稱為路線圖）來(lái)管理能源間歇性，并從現(xiàn)有電網(wǎng)資產(chǎn)中獲取最大價(jià)值。 其路線圖優(yōu)先開發(fā)新的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，每個(gè)周期可以調(diào)度8小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。

人們還將看到，全球長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域出現(xiàn)了大量且持續(xù)的投資。例如，沙特Aramco能源風(fēng)險(xiǎn)投資公司投資儲(chǔ)能廠商Energy Vault公司，以加速其儲(chǔ)能解決方案的全球部署；比爾·蓋茨和杰夫·貝索斯通過(guò)Breakthrough Energy Ventures為全鐵液流電池技術(shù)開發(fā)商提供投資；住友株式會(huì)社投資英國(guó)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開發(fā)商Highview Power公司及其低溫液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)；長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開發(fā)商Hydrostor公司的團(tuán)隊(duì)完成了一輪融資，其中包括與基礎(chǔ)設(shè)施投資者M(jìn)eridiam公司達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。

壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)–澳大利亞代表性不足的儲(chǔ)能資源

壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)擁有超過(guò)50年的運(yùn)營(yíng)歷史，雖然并不為人所熟知，但它非常適合在澳大利亞應(yīng)用。較新形式的壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)在澳大利亞具有關(guān)鍵電網(wǎng)需求的地區(qū)具有廣泛適用性，無(wú)需大量的輸電投資即可實(shí)現(xiàn)。

此外，美國(guó)能源部(DoE)最近將壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)確定為成本最低的長(zhǎng)期儲(chǔ)能形式。

壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)主要使用壓縮并儲(chǔ)存在地下洞穴中的大氣空氣。當(dāng)需要電力時(shí)，釋放空氣以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)并將存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)換回電能。

Hydrostor公司開發(fā)并建造了一個(gè)無(wú)碳排放且可以靈活部署的Advanced-CAES(A-CAES)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2020年，新南威爾士州的輸電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商Trans Grid公司選擇Hydrostor公司的200MW/1,600MWh的 A-CAES儲(chǔ)能系統(tǒng)作為其RIT-T流程中為Broken Hill提供可靠電力的首選方案。Hydrostor公司和Energy Estate公司目前正在積極開發(fā)這一項(xiàng)目，該項(xiàng)目已獲得新南威爾士州政府新興能源計(jì)劃資助。

該項(xiàng)目不僅提供了一種清潔且具有成本效益的方式來(lái)滿足新南威爾士州未來(lái)對(duì)可靠電力的需求，而且還將通過(guò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)能項(xiàng)目以及持久的就業(yè)機(jī)會(huì)為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)5億澳元以上。

與此同時(shí)，Hydrostor公司正在通過(guò)加利福尼亞開發(fā)兩個(gè)總裝機(jī)容量為1GW的A-CAES長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，與新南威爾士州一樣，部署這些長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能設(shè)施可以規(guī)劃其未來(lái)的能源需求。

此外，還有其他形式的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，例如使用機(jī)械能和熱儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)長(zhǎng)期儲(chǔ)存電力，并且可以為抽水蓄能發(fā)電設(shè)施或公用事業(yè)規(guī)模的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供具有前景的替代方案。

為什么抽水蓄能發(fā)電設(shè)施或電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不能做到這一點(diǎn)？

長(zhǎng)期儲(chǔ)能市場(chǎng)目前由抽水蓄能發(fā)電設(shè)施主導(dǎo)，其中包括備受吹捧但在現(xiàn)在看來(lái)成本相當(dāng)昂貴的Snowy Hydro2.0抽水蓄能發(fā)電設(shè)施。

抽水蓄能發(fā)電設(shè)施是一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，它將從下游水庫(kù)的水抽取到上游水庫(kù)并儲(chǔ)存起來(lái)，直到需要電力時(shí)，將水從上游水庫(kù)釋放出來(lái)，水流驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)并將存儲(chǔ)能量轉(zhuǎn)換回電力。

根據(jù)調(diào)查，全球目前超過(guò)95%的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能容量來(lái)自抽水蓄能發(fā)電設(shè)施。然而，這項(xiàng)技術(shù)取決于有限的地理位置，因此經(jīng)濟(jì)可行并且不需要大量新建輸電線路的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能選項(xiàng)并不多。此外，其位置通常不靠近需要儲(chǔ)能容量的地方，并且可能對(duì)環(huán)境和社會(huì)造成不利影響，并且需要多年的時(shí)間才能獲得許可和建造。

另一個(gè)關(guān)鍵因素是水資源的安全。澳大利亞是地球上最干旱的大陸，在澳大利亞的許多地方，并沒(méi)有足夠的水源來(lái)泵送和收集水庫(kù)中的大量水以確保能源安全。

澳大利亞并不是唯一面臨這個(gè)問(wèn)題的國(guó)家，世界許多地方的氣候變化正在加劇水資源安全。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署也面臨著不同的障礙。雖然電池的成本一直在下降，但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)電池儲(chǔ)能解決方案來(lái)說(shuō)成本仍然很高，而且其充放電的循環(huán)壽命很短。

在默認(rèn)情況下，像特斯拉公司這樣的電網(wǎng)規(guī)模電池供應(yīng)商通常也不會(huì)部署更多持續(xù)放電時(shí)間超過(guò)四小時(shí)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。因此，部署持續(xù)放電時(shí)間超過(guò)四小時(shí)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目仍然很少，預(yù)計(jì)也不會(huì)達(dá)到實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型所需的規(guī)模。

雖然電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將繼續(xù)在短期套利中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但也必須部署長(zhǎng)期儲(chǔ)能以滿足澳大利亞能源系統(tǒng)快速轉(zhuǎn)型的需求。隨著澳大利亞轉(zhuǎn)向更高水平的電氣化并擺脫對(duì)化石燃料發(fā)電量的依賴，需要提高能源安全性。

如果居民家中的供暖和照明設(shè)備、電磁爐的性能以及所有的交通運(yùn)輸工具都依賴于電力，那么需要部署和運(yùn)營(yíng)更多的可以適應(yīng)氣候變化的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

如何實(shí)現(xiàn)可再生能源轉(zhuǎn)型

為了在凈零能耗的世界中實(shí)現(xiàn)能源安全，需要超越傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電設(shè)施和電網(wǎng)建設(shè)，并促進(jìn)儲(chǔ)能部署。除了部署抽水蓄能設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之外，還需要部署更多新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

A-CAES儲(chǔ)能系統(tǒng)就是一種新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的例子，它使用來(lái)自采礦行業(yè)和天然氣工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建，可以經(jīng)濟(jì)高效地部署在最需要的地方；除了變電站、礦山、大型工業(yè)用戶、輸電擁塞地點(diǎn)之外，甚至可以部署在城市中，其應(yīng)用前景是無(wú)止境的。