如何减少储能部署的碳排放量难题？

储能(电池和其他储存电力的方式，如抽水蓄能、压缩空气储能或熔盐储能)通常被誉为一种“绿色”能源技术，这是实现更多可再生能源和减少温室气体排放的关键。

但储能也有一个“秘密”，那就是有可能碳排放量更高。美国采用的储能就是这种方式，储能技术可能需要采用更多的化石燃料能源，并有着更高的碳排放。但如果美国没有部署任何储能设备，那么当今的碳排放量比现在还要高。

无论如何，这不是储能技术所固有的特点。如果进行战略性地部署，储能系统可以使电网更加灵活，使用更多可再生能源，减少碳排放。但其前提是进行战略性部署，但通常没有实施。

就其本身而言，储能技术既不干净也不肮脏，它是中性的，并且有助于提高化石燃料发电厂的收入，也将采用更多的清洁能源。如果政策制定者想要将其作为实现清洁能源的工具，他们需要意识到其特性，并更加智能地进行部署。

锂离子电池成本将会越来越低并且应用更加普遍

为什么储能会增加排放量

围绕储能的学术研究越来越多，罗切斯特理工学院的Eric Hittinger和Carnegie Mellon的InêsAzevedo在《环境科学与技术》杂志发表了关于其排放效果的论文。

Hittinger和Azevedo在其全国范围内对能源结构和能源价格进行建模，确定了当今美国各地部署的储能系统几乎都会增加排放。这个结果让人惊讶。

作为背景，重要的是要了解虽然储能可以为电网提供广泛的服务，但现在它主要用于能源套利，就是在电力价格低廉时存储电能(通常在晚上)，并且在价格高昂时(通常在白天)释放电能。因此，Hittinger和Azevedo研究的模型就是能量套利。

为套利目的而部署的储能增加排放有两个原因：

(1)储能提高了它所吸收电能的价值，并且在放电时降低它所消耗能源的价值。如果它所吸收的电能比它所释放的电能更具碳密集性的话，那么储能将具有增加整体能源组合的碳强度的效果。

例如，电池组吸收燃煤电厂在夜间生产的廉价电力，然后在白天释放，与天然气联合循环(NGCC)发电厂进行竞争。其净效应将有利于煤炭发电厂针对天然气发电厂的竞争，从而增加净排放量。

(2)储能也会有能量损失。储能通常都有“往返效率”，也就是它释放的电能相对于存储的电能的比率，这取决于储能技术，其范围从40%到90%。

在此采用一个相对乐观的假设，即锂离子电池效率为80%。每存储1兆瓦时，就会释放0.80兆瓦时。这意味着，储能系统向客户提供1兆瓦时的电能需要获得1.25兆瓦时的电能。存储的电能越多，则需要存储的电能就越多，以补偿往返损失。

如果为弥补损失而增加的发电量比储存释放的电能更加耗费化石燃料的话，其净排放量就会增加。

即使电池储能采用零排放可再生能源，也不会增加或减少总发电量，这只是一种电能迁移。如果煤炭发电厂的电能输入以覆盖储存的可再生能源的电力，它仍然可能增加净碳排放。

在堪萨斯州部署储能的经验教训

储能不增加排放量比较困难

将这两种效应加在一起就会遇到困难：为了避免增加排放，储存的电能比释放的电能更少，这是不够的，它必须减少碳密集度。Hittinger表示：“假设储能效率为80%，储能为了达到碳排放的收支平衡，存储电能的来源必须来自清洁能源，并且要高出20%，而这只是为了碳排放的收支平衡。”

这些条件可以得到满足，在碳排放方面，天然气联合循环(NGCC)发电厂与天然气发电厂相比，清洁度提高20%以上，与煤炭发电厂相比，清洁度提高50%。当然，100%的可再生能源更清洁，但它目前在美国并不是很普遍。

而2017年在住宅储能层面与太阳能电池板配对的储能研究中，也发现了大致相同的结果：在所有条件相同的情况下，住宅储能系统增加了净能耗和净碳排放。

从理论上来说，随着电网变得更加绿色，储能的排放增强效应将会下降。但他们必须变得更加环保。在另一篇论文中，Hittinger及其同事对可再生能源不断增加的电网储能效应进行了模拟。他们发现，在煤炭发电比重大的美国中西部地区能源市场，其风能和太阳能的发电量必须达到总发电量的18%，才会开始减少碳排放量。这还是在天然气价格偏低的情况下，如果天然气价格上涨，则需要更长的时间。

这里有一个例外：如果存储可再生能源，那么储能显然会减少净排放量。而这在美国并不常见，但随着可再生能源的增长，这能会变得更加普遍。

政策制定者部署储能的正确方法

目前，通过像加利福尼亚州的储能要求或最近决定使可再生能源附加储能符合美国联邦税收抵免的措施，公共事业的政策对储能开始大力支持，但这些政策鼓励储能部署，却没有考虑时间或地点。

至少就目前情况而言，这对碳排放产生了重要影响。Hittinger和Azevedo估计，如今美国的储能系统每兆瓦时的二氧化碳排放量为104至407千克，这取决于地理位置和边际能源价格。相比之下，美国天然气发电厂约为500千克/兆瓦时，美国燃煤工厂约为950千克/兆瓦时。

令人高兴的是，美国政策创新研究所(IPI)刚刚发布了一份主题为“管理储能的未来”白皮书。它涵盖了Hittinger等研究人员的的研究内容，表明储能可能增加排放，并讨论了三个改革目标。它们都以这样或那样的方式构建了一个能够高效准确地评估储能不同特征的市场。

这份报告对如果没有采取适当的政策，储能将如何实际增加温室气体排放进行解释。

（1）最大化利润

最好的办法是寻求最大化利润的储能所有者将储存最便宜的能源，并取代任何最昂贵的能源，而不用担心碳排放。第二个好办法是将某种碳价格纳入区域能源市场，这需要州级监管机构，区域市场经理和公用事业公司之间的协调。第三个好办法是在国家能源采购政策中采用更好的成本效益分析，可以考虑建筑和运营中的碳排放。还有第四个办法，即将碳实际价格楔入市场的方法。

（2）消除储能的进入障碍

管理区域能源市场的规则和补偿方案通常围绕具有与储能不同特征的资源进行设计，清除各种人为障碍，提供技术上能够提供的服务。

美国联邦能源监管委员会(FERC)在今年2月通过了新的储能规则，在这方面向前迈出了一大步，该规则要求管理区域能源市场的独立系统运营商ISO和区域输电组织(RTO)改革其关税，以允许储能参与能源市场、容量市场和“辅助服务”市场(电压和频率调节等)的竞争。

关于储能规则还有很多未解决的问题，还有很多其他工作要做，以确保市场对不同的参与者开放，但是美国联邦能源监管委员会(FERC)至少已经开始行动。

储能对消费者和电网有许多好处。调查报告显示了如何通过智能政策实现这些目标。

（3）使储能从多个价值流中获利

储能可以做的不仅仅是套利。它可以缓解电网拥塞，充当容量，并有助于避免配电系统升级的需要。实际上，储能是也是能源技术的一种多功能的“瑞士军刀”，它可以同时为不同的客户提供不同规模的一系列服务。

一个复杂因素就是储能可能加入由FERC管理的由州和受电力市场支配的零售电力市场。这意味着美国联邦政府和各州必须合作确保储能得到充分补偿，但不能对任何单一服务进行双重补偿。

美国政策创新研究所(IPI)专注于纽约的“价值堆栈”方法，该方法试图分解储能提供的价值流并对每一个服务进行补偿。

分解方法允许储能参与多个市场并从多个不同实体获得补偿，这具体取决于其位置。

其他的能源市场还有很长的路要走，但美国各州正在努力争取分布式能源的补偿，并且正在进行大量的实验，因此正在边实践边学习。

（4）奖金政策思路

此列表仅涉及储能策略的表象。

在另一篇论文中，Hittinger和Azevedo建议修改美国联邦投资税收抵免(ITC)政策，以支持可能被缩减的可再生能源配套的储能系统。这是几十个政策建议之一，这些可以在美国储能协会2017年的报告中找到，该报告为各州决策者提供了详细的选项菜单。此外，还可以参阅州际可再生能源委员会(IREC)的2017年报告或全国州长协会(NGA)的2016年报告。

政策制定者在部署储能方面需要更加明智

储能是清洁能源之谜的关键部分，但它不是一个不合格的产品。而如今普遍采用的部署方式有些粗糙，只是参与能源套利，在没有对碳定价的市场中，它只会导致碳排放量增加。

Hittinge表示，发展储能市场的正确方法是将可再生能源从困境中拯救出来，让储能的需求决定其增长。通过输电建设、智能电网改进和市场改革的任何组合，仍有可能最终需要比人们需要更少的储能。而市场将决定应该在何时和何地部署储能。

特斯拉公司在澳大利亚的电池储能部署取得良好的效果

如今，几乎所有人都认同使用储能系统至关重要。而储能作为一种具有混合和复杂效应技术需要合理部署，这似乎正是市场所擅长解决的问题。

因此，需要建立一个重视碳排放、容量、电压调节以及储能可以提供的所有其他服务的市场，降低进入门槛，制定透明规则，让寻求利润的公司解决这个问题。（本稿件由中国储能网独家编译，如需转载请注明来源，违者必究）