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美国伯克利实验室在4月份发布了其有关混合发电项目（Hybrid Power Plants）的最新研究成果《配储能电池：伯克利实验室研究美国混合发电项目增长的十大发现》（Batteries Included: Top 10 Findings from Berkeley Lab Research on the Growth of Hybrid Power Plants in the United States），该成果报告展示了伯克利实验室在混合发电方面的一些研究计划，这些研究有助于美国私营和公共部门做出有关混合发电工厂的投资决策。报告简要汇总了伯克利实验室在过去两年中发表的研究文章和更深入的报告，并总结出了包括增长、价格与价值、市场驱动力、辅助服务和分布式混合项目增长等十大发现。
点击阅读原文下载全文PDF。或关注CWEA公众号后台回复“2204报告”下载相关PPT、图表资料。（共18个相关报告和论文PDF，110MB）2020年前的10年，全球电力系统最重要的趋势之一是风力发电机和光伏发电的快速部署，但早期运营数据表明，2020 年后，我们可能需要转向 “混合”发电资源（‘hybrid’ generation resources）的快速部署。
什么是混合发电厂？（Hybrid power plants，国内也有叫一体化发电项目）我们通常将太阳能或风能（或其他能源资源）与同场址储能电池相结合的叫混合发电厂。正如成本下降推动了过去十年风能和太阳能的快速扩张一样，储能电池价格的下降以及整合可变可再生能源发电日益增长的需求，正在推动部署风光储混合发电项目的进行。NREL：Hybrid power plants混合发电项目介绍视频截至2021年底，美国有超过 8000MW的风能或太阳能发电系统已连接了储能系统。未来还将有数千个太阳能混合项目可能会申请连接电网，预估有望达到惊人的280GW太阳能和 208 GW储能的并网潜力。即使其中只有四分之一进入到商业运营，也会对电网的运营产生重大影响。虽然可再生能源发电项目的一体化有助于缓解平衡可变供需带来的挑战，但其相对新颖性也意味着需要进一步研究以促进整合并推动创新。这种混合多种能源、储能和转换技术的特点，将对电网的运营和经济性带来一些复杂的问题。项目开发商、系统运营商、规划者和监管者需要有更好的数据、方法和工具来估计混合项目的成本、价值和系统影响。随着我们向更高水平的可再生能源迈进，混合发电项目的机会显然更大，但它们的影响和最佳应用目前却尚未确定。伯克利实验室发布的最新一份研究报告，展示了伯克利实验室的一些强大研究计划，这些研究旨在支持美国私营和公共部门对混合发电项目做出更好的决策。报告简要总结了在过去两年中伯克利实验室所发表过的文章以及更深入报告的链接，还提供了进一步参与特定研究主题的联络方式等。下图总结了伯克利实验室有关混合发电项目的十大发现：图 1：伯克利实验室研究的前 10 项发现摘要。所有调查结果总结如下：1.不断增长：开发商对混合发电项目表现的兴趣越来越强烈：储能电池价格的下跌和可变可再生能源发电的不断增长，推动了对新的混合发电电厂的兴趣激增（从 2020 年到 2021 年，运营能力增加了133%）。目前的兴趣点主要集中在将太阳能光伏 (PV)电厂与电池配对，到 2021 年底，将有 286GW的光伏+储能项目会申请进入并网队列中，但未来还有可能会有更广泛的发电种类和储能配对。排队中的容量情况，深蓝色为Hybrid项目，太阳能管道中有42%的项目希望带储能https://emp.lbl.gov/generation-storage-and-hybrid-capacity2.价格与价值：光储混合项目在某些地区的购电协议价格低而价值高：通过审查电力购买协议（PPA）深入了解混合项目的配置和定价，这些协议通常在电厂投入运营前几年就开始执行。PPA 价格已从 2017 年的每 MWh-PV 40-95 美元降至 2021 年的每 MWh-PV 30-75 美元（图 2）。按光伏容量的50%部署电池储能，需要为光伏增加储能成本约10 美元/MWh-PV，但最后研究发现价值收益在 8-21 美元/MWh-PV 之间，具体取决于不同的地区和调度情况。 图 2：平准化光储混合发电项目的 PPA执行价格近年来有所下降，尽管电池：光伏项目的容量比（battery:PV capacity ratios）有所增加。空心圆圈的大小反映了电池与光伏的容量比；独立的光伏电站是较小的实心圆圈，不太大。3.市场驱动力：美国光储混合项目的发展由税收抵免和其他益处所推动： 具有可再生能源发电和电池储能的混合发电项目可以从税收抵免、建设成本节约和更灵活的发电机调度中受益，但也会受到场址的限制。伯克利实验室量化了混合一体化后的收益和成本，发现它们的价值大致相当，这表明在同一场址选择电池储能的方法对当地市场条件和配置选择很敏感（图 3）。图 3：共址发电和储能带来的成本升高等不利后果对建模假设很敏感，而采用共址部署可提供一些成本节约和激励措施，可以超过全部成本升高。左侧所有的不利因素加起来提高了10美元左右，但右侧的激励和节约则接近15美元。独立配置储能和共址配储能的对比，前者可最大化电网价值，后者可降低成本参考附件包论文：Are-coupled-renewable-battery-power-plants-more-valuable-tha_2022_Energy-Ecohttps://doi.org/10.1016/j.eneco.2022.1058324.配置选择：市场价格激励使用 PV 的电池寿命更短： 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的电池退化模型来比较不同混合项目设计的收入和成本数据。电池续航时间和容量对这些混合项目净值的影响最大，短续航时间（2-4 小时持续时间）电池的净值最高。而当地太阳能贡献水平可能是净值的主要因素。总体而言，研究发现混合电厂在加州电网（CAISO）中最具吸引力，并且在大多数地区，太阳能混合电厂的净值也要高于风能混合电厂——这一趋势也与目前的商业活动表现一致。5.容量值：混合发电项目的产能贡献小于其部分之和：混合项目的产能贡献因地区而异，主要取决于配置和运营限制。伯克利实验室开发了一种简单的算法来计算这些混合电厂项目的容量信用，这适用于探索性分析。共享混合项目的基础设施可以降低成本，但也可能会降低容量值。不同储能持续时间，电池、光伏和混合项目的容量信用也不同 6.辅助服务(AS)：辅助服务市场是混合项目有价值但转瞬即逝的选择： 伯克利实验室的研究表明，混合项目可以从辅助服务 (Ancillary service) 市场释放显著的价值，至少在某些地区可产生 1-33 美元/MWh 的额外收入。但辅助服务市场并不大，并且可能会因目前还处于计划并网项目队列中的电池储能项目而饱和。2017 年，独立系统运营商（ISO）和区域传输机构（RTO）平均每家都只采购了约 60-800MW的监管储备，而到了2021 年底，这些ISO和RTO下的拟并网队列中的独立和混合存储高达289GW。希望有额外的 AS 收入以抵消能源和容量价值下降的方法，可能对风能和太阳能混合项目业主来说是一种冒险的策略。太阳能（左）和风能（右）混合项目各自的增量辅助服务收入 ($/MWh)7.市场参与：混合发电项目可以更灵活地参与电力市场：混合项目的多种可能配置增加了电力市场招标和调度的机会和复杂性。开发商能够评估将混合项目作为单个单元或作为具有不同功能的多个部分来运行的风险和回报。联邦能源监管委员会 (FERC)目前只发布了广泛电力存储规则，尚未单独为混合电力项目设置规则。正在考虑两种混合资源参与市场的模式：混合项目可以作为单一的、完全集成的资源或单独但位于同一地点的资源与批发电力市场交互。 信息图 2 概述了市场接口（蓝色箭头）——其中可能包括市场投标、预测、互连要求和/或运行参数——即使电流最终相同（橙色箭头），它们也可能在模型类别中有所不同。图a为分离的独立资源与独立系统运营商（ISO）市场的接口，图b为单一的、自管理的资源统一与独立系统运营商（ISO）市场接口连接。8.运营：混合发电系统的电力系统价值取决于它们的运行方式： 除了技术特点和位置之外，光伏+储能混合发电系统的运行策略是其市场价值的关键驱动因素。伯克利实验室使用经验数据来分析不同电池调度选择带来的价值影响。相对于独立光伏设计方案（接近 150 美元/MWh-PV），引入一些调度策略可以大幅增加私人收入，但它们并未从电网角度优化存储的调度，因此通常只会产生较低的批发市场溢价（1- 48 美元/MWh-PV）。随着混合发电行业的发展，了解普遍的电池充电和放电信号并将相关激励结构与电网需求保持一致也越来越重要。图 10. 激励参与（左）和峰值负荷降低（右）在实际世界运营条件（上）与市场优化操作条件（下）的价格信号变化情况9.分布式混合项目：客户选址的光伏+储能混合项目为增长提供了新的机遇： 到 2020 年，美国大约 30% 的电池储能装机容量是消费侧(BTM，电表后端)，其中大部分是与太阳能光伏发电系统配对。尽管如此，全国只有 6% 的住宅光伏系统和 2% 的非住宅光伏系统包含了储能系统，例外的是带储能的比例在夏威夷可能高达 80%。研究发现，向消费侧光伏系统增加存储系统，会使总安装成本平均增加1000 美元/kWh。图 11. 住宅和非住宅带储能的比率。住宅光伏带储能的比率稳步上升，非住宅则稍低不到2%（见图 11）。但夏威夷因有储能激励机制而独树一帜。加州的住宅客户因担心野火而停电，装储能的比例也要高一些。 10.未来研究：下一步在哪里？混合系统研究的优先领域： 虽然采用混合发电系统为缓解平衡间歇性可再生资源的挑战提供了机会，但其相对新颖性仍意味着需要进行进一步的研究以促进整合和促进创新。伯克利实验室正在进行的工作侧重于混合发电系统的估值、市场规则发展和客户弹性机会等主题。美国能源部 (DOE) 最近的一份报告《混合能源系统：协调研究的机会》确定了近期混合发电项目研发的主要领域（信息图3）：a、技术开发方面，用来开发和展示新的硬件和软件，以实现混合发电领域的共有资源的优化；b、市场、政策和法规研究，可以制定框架，以确保混合项目的有效投资和运营。c、这两个研究领域都支持量化电力系统中混合项目成本和收益的精细估值方法。CWEA点击阅读原文下载全文PDF。或关注CWEA公众号后台回复“2204报告”下载相关PPT、图表资料。（共18个相关报告和论文PDF，110MB）https://emp.lbl.gov/news/berkeley-lab-releases-top-10-researchhttps://emp.lbl.gov/publications/batteries-included-top-10-findingshttps://eta-publications.lbl.gov/sites/default/files/berkeley_lab-_battery_included_-_top_10_hybrid_research.pdfhttps://eta-publications.lbl.gov/sites/default/files/berkeley_lab-_battery_included_-_top_10_hybrid_research_slides.pdfhttps://eta-publications.lbl.gov/sites/default/files/hybrid_top_10_fact_sheet.pdfhttps://emp.lbl.gov/projects/cost-benefit-and-market-analysishttps://www.nrel.gov/wind/hybrid-energy-systems-research.html视频脚本：https://www.nrel.gov/news/video/increasing-grid-system-value-with-hybrid-power-plants-text.htmlhttps://emp.lbl.gov/hybridhttps://emp.lbl.gov/queueshttps://emp.lbl.gov/generation-storage-and-hybrid-capacityhttps://emp.lbl.gov/online-hybrid-and-energy-storage-projectshttps://emp.lbl.gov/publications/motivations-and-options-deployinghttps://emp.lbl.gov/publications/are-coupled-renewable-battery-powerhttps://www.nrel.gov/docs/fy21osti/77503.pdfhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140988322000226
美国能源部混合能源系统（HES）未来的研发重点
https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/77503.pdf
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