全速前进:能源存储系统的崛起

2021年2月,德克萨斯州陷入了深度冻结。寒冷的天气导致数十名燃气电厂减少生产或完全关闭。与此同时,能源需求飙升,数以百万计的居民发现了他们的加热器。轮流停电和最终的网格过载之间,超过三分之二的德克萨斯州的居民失去权力大约两天的冻结温度。

我们现在经常听到这样的故事关于日益严重的能源危机的影响,从计划停电加州来防止森林大火或电网故障严格的新加热和冷却的限制在欧盟国家的公共建筑。人口增长加上加速气候变化使得需要能源存储系统(ESS)比以往任何时候都更大。

的国际能源机构(IEA)估计,在2030年世界将需要更多的能源18%支持我们越来越连接,电气的生活方式。可再生能源如太阳能和风能占越来越多的权力,我们每天使用。储能系统是任何可再生能源战略的核心内容,作为一个ESS断断续续电源转化为一个可分派资产。

通过存储系统方便,节约可再生能源更有效率,而且,从长远来看,成本比传统化石燃料的依赖。有各种类型的ESS的解决方案,包括热(越来越普遍的工业用途)、机械(像飞轮存储,利用能源发电),和泵送水电(水库)。虽然抽水蓄能是历史性的能量储存的领导者,电池储能系统是目前最常见的对于新安装和未来几年将保持领导者。

在2023年2月的一份报告中,研究公司研究和市场表示,全球电池储能系统市场从2022年到2023年增长了27%。到2027年,他们预计市场将价值超过130亿美元,这大约150%的增长在2023年和2027年之间。

当前的ESS安装速度似乎承担这些预测。根据BloombergNEF 1 h2023储能市场前景预测,16千瓦/ 35兆瓦小时(妇女)的全球新能源存储添加2022年,比2021年增长了68%。预计到2030年,年度设施达到88千瓦/ 279妇女每年累计达到508千瓦/ 1432年底全球妇女和能量储存的安装。

为什么能源存储系统准备大规模增长

有几个原因可以解释这种大规模ESS要求连接到更大的上升趋势我们看到整个能源和工业市场。在捷普电子2023年能源存储趋势调查,我们调查了204名行业决策者的驱动因素更多地了解他们的能源存储解决方案的开发和部署。

下载完整的能源存储趋势调查

1。支持可再生能源的发展

随着能源需求的增加,国家,州,和公用事业公司正在加速他们的转变从化石燃料。国际能源机构估计,可再生能源将占50%的发电2030年全球。

反过来,捷普集团调查的87%的受访者表示支持可再生能源的需求是最大的因素推动发展的能源存储解决方案。

ESS的扩张和可再生能源是严重依赖于另一个。太阳能和风能的发展需要ESS存储和管理他们收集能量,所以ESS和再生装置,特别是太阳能光伏(PV)——通常发生在串联。

例如,63%的电池存储系统设置为上线在美国2021年和2024年之间已经或将与太阳能共存。另一个9%是位于与风能。美国能源信息管理局解释说,“特别是太阳能发电机,可以有效地对电池存储,因为他们相对常规日常生成模式。这种可预测性适用与电池系统因为电池系统是有限的在多久他们可以放电功率容量需要充电。”

这种双重扩大可再生能源和ESS不仅是必要的,以防止或减轻潜在的能源危机,还支持清洁能源计划电动汽车(电动汽车)。大多数主要国家发行授权结束至少部分的生产和销售汽车内燃机(ICE)从2030年开始,加速的需求电动汽车充电解决方案和存储系统来保持这些充电器不断运转。

使清洁能源解决方案如太阳能、风能和电动汽车需要的不仅仅是存储的系统,部署和直接电。向可再生能源的转变还呼吁在网格级别的解决方案。

2。提高电网的弹性

部署和管理可再生能源,大电网需要更大的灵活性和更好的负载管理,这两个已经行业的首要任务:56%的受访者表示增加网格弹性驱动开发的ESS的解决方案。

就其本质而言,可再生能源比能源来自化石燃料更不稳定。例如,太多的集中地区的太阳能电池板和风力涡轮机可以影响电网运行,可能导致电网不稳定和不平衡。如果一个家庭通过太阳能连接到电网,几乎没有对电网的影响。但如果整个细分通过太阳能连接,由此产生的电流回电网可能导致局部电网不平衡电压和频率。

此外,世界需要一个巨大的充电基础设施,以支持电动车上路的数量在未来十多年的效果——用充电器代替所有现有的加油站。这不会是可行的,我们目前的全球电网容量。

分散储能系统抵消这些失衡和填补空白的能源需求,消除需求高峰和低谷和部署能源即使太阳不是闪亮的或没风的。作为可再生能源的渗透在我们的网格继续上升,我们将需要储存能量,这可能是通过使用来实现的长时间的能源存储解决方案(ld)将需要在未来变得更加普遍。ld系统可以排放大约10到100小时。一般来说,更大的系统是用来储存能量月度,季节性,或紧急使用,而较小的系统在较短的放电器时间是用来储存能量来满足日常需求。

电网ESS目前最大、仍在增长,段的能量存储市场。捷普电子的四分之一(25%)的受访者的调查表示,他们目前开发电网ESS,而另一个季度正在考虑扩大他们的产品包括电网解决方案在未来三至五年。

尽管网格是最大的市场,更多的受访者正在发展中解决方案商业/工业(88%)和住宅(33%)能量储存。这些较小的电池存储系统仍然帮助平衡和稳定电网在局部层面上。他们还减少电力损失的可能性在房屋和关键建筑像医院由于网格问题造成的停电,飓风,暴风雪。

大电网稳定不仅确保连续性在能源输送,还可以减少能源的总体成本从长远来看。

3所示。随着时间的推移减少能源成本

而ESS和可再生能源仍然需要大量的前期投资像任何电网资产,他们会导致储蓄随着时间的推移,特别是在能源成本。四分之三(75%)的受访者在捷普电子的能量储存调查的动机是降低长期能源成本在开发ESS的解决方案。

储能是存钱的时候特别有用高能源需求。需求费用平均占30 - 70%的商业客户的能源法案。

与一种叫做调峰的技术(有时称为甩负荷),客户可以收取他们的ESS电池和依靠能源时从电网的正常需求。然后,其自动化控制软件检测当电网峰值和交换机只电池供电,直到需求恢复正常,但所有操作就可以像往常一样继续。这种策略可以为工业客户preferrable负载转移,需要关闭的设备完全在高需求。

采用电池ESS也可以帮助减少对化石燃料的依赖的地区,天然气是昂贵的或难以获得,比如像夏威夷岛地区或领域欧洲严重的燃料从俄罗斯进口禁令。同样,在发展中国家,ESS搭配可再生能源可以帮助加速经济增长而不会将网格或者环境受到额外的压力。

ESS安装的前期成本在很大程度上是由锂离子电池的价格。据一位分析由麻省理工学院教授弥迦书齐格勒和杰西卡Trancik,使用能量储存风能和太阳能结合的混合来满足基本负载的100%的能源需求将会花费大约20美元每千瓦小时(kWh)与核电站提供的电力。但是,如果其它能源仅覆盖5%的基本负载需求(95%可再生渗透),ESS的成本可能是每千瓦时150美元是竞争力。

这是我们现在看到的更接近水平。的锂离子电池的平均价格包在过去十年稳步下降,从732年的高点2013美元到141年的2021美元。虽然成本小幅上涨到151年的2022美元,整体下降的成本帮助ESS更符合传统的电源,可以让公司安装ESS看到储蓄更早。

我们也看到政府介入ESS更容易获得和负担。2021年9月,美国能源部发布了长时间存储照片。这个项目是为了降低电网ESS的成本解决方案交付十几小时的能量在十年内,得到11.6亿美元的投资。在中国,政府投资7万亿美元到2040年完成国家的清洁能源过渡,数百万用于能量储存。

这些投资不仅可以帮助快速降低成本,也加速了创新我们看到电池和存储技术。

4所示。增加电池和储能技术的创新

新发展的能力和化学电池和其他技术用于存储能源和部署在ESS将帮助支持经济增长的整体,特别是长时间的能源存储系统的存储系统。

如前所述,锂离子电池是目前最受欢迎的存储技术。十之有九捷普电子调查参与者说他们目前使用ESS的锂离子电池,而75%的计划使用锂离子电池在未来的解决方案。这些电池的价格、性能和可用性继续改善,导致他们的广泛采用(增长)。

然而,一些ESS制造商正在利用其他电池类型和探索新的计划,non-battery技术。五分之一的受访者(21%)使用的是铅酸电池,而19%使用流电池解决方案。在未来5到10年,五分之一的受访者表示,他们将探索氢燃料电池。热能存储(19%)、超级电容器(13%)、机械存储(9%)和压缩空气能源储存(7%)也将继续支持各自的利基应用在可预见的未来。

电池和存储技术发展的越来越快,模块化设计是至关重要的ESS提供者创建新的解决方案。你想要的最后一件事就是要拆开整个存储系统来取代一个组件或两个当最新一代推出。模块化设计允许简单的生产和产品技术更新的破坏最小系统作为一个整体。广州捷普的调查受访者说,他们优先考虑模块化、评级的重要性它平均4.5能量存储系统的总体设计。

能量存储系统增长的挑战

虽然很明显他们认识到未来的任务的重要性,捷普电子的受访者报告挑战加大部署能量存储系统——专门为可再生能源比例来满足需求(59%的受访者)。这是表明这些解决方案的复杂性,严重依赖先进技术,专业知识,和基础设施。虽然许多的机会ESS提供围绕成本和电池技术,这两个因素也迫使一些oem厂商必须克服的最大障碍发展的能源存储。

1。管理开发成本

这些系统的尺寸和重量为高开发成本做出重大贡献。完整的ESS可以半卡车一样大,个别8-feet-by-10-feet钢立方体组成。减轻大量的钢铁成本,大多数oem厂商更愿意采购和建造钢框架在亚洲——材料明显比在欧洲和美国等终端市场便宜

然而,oem厂商越来越多地面临激励甚至授权本地化至少ESS制造或材料采购的一部分,从而推高生产成本。遵守这些规则,一些厂商已经尝试新工艺在亚洲保持外壳制造和完成电子产品和最终生产在北美。但海外船运空钢铁围墙意味着你主要运输空气——一个无效的使用金钱,时间和燃料。

考虑这些新的挑战,近四分之三(74%)的ESS受访者表示增加材料成本是供应链的首要任务。一些(44%)也报道,采购材料远离他们的终端市场是抬高他们的供应链成本。原始设备制造商正在寻找更高效的运输方法和更具成本效益的来源的钢铁在北美等市场。

当我们处理这个大产品,“成本”超越了金融。除了纯粹的美元和美分,oem厂商还必须考虑可持续性和碳足迹的制造和运输过程的系统。

2。寻找可持续发展的能源存储

锂离子电池可能并不是最可持续的解决方案,支持日益增长的能源需求和能源存储。生产需要开采锂、镍、钴和其它自然资源。这是一个水过程通常发生在缺水的地区。电池生产过程碳密集型,工作对许多公司已经实现碳减排目标。

随着锂离子电池生产规模和变得更可持续,这对于满足全球能源需求提出了一个问题。这也引出了一个问题:我们能发展能源存储解决方案,成本效益和更有效的环境?

没有替代锂离子电池在短期内——这是肯定的。但能源行业已经工作发现什么是可能的。参与广州捷普的ESS调查表明他们希望重用电池存储系统在新的解决方案或其他产品在他们的生活(75%)或回收通过冶炼等方法(64%)。

一些oem厂商正在探索氢作为一种可再生能源,而另一些则研究小规模的核聚变。能源的球员取得了零甚至在净发电工作。这些领域的进步可以显著影响未来的可再生能源和能源存储选项。

ESS市场充满了可能性和增长。我们向前看一个可更换的未来,我们需要接受长时间的能源存储解决方案和为几天或几周内储存能量,没有时间。我们还需要更清楚地关注可持续发展在未来数十年内,现在系统安装最终需要退役的环保意识,具有成本效益的方式。或许最重要的是,未来的能源存储系统需要访问和负担得起的。