前沿进展|电池储能部署策略对中国电力系统的影响

2023年8月第1期（总第68期）

电池储能部署策略对中国电力系统的影响

Heterogeneous effects of battery storage deployment strategies on decarbonization of provincial power systems in China

文献信息

期刊：Nature Communications

时间：2023.8

DOI：10.1038/s41467-023-40337-3

摘要

在该研究中，作者改进了电力系统模型SWITCH-China，以研究在全国各地区统一部署相同的电池储能策略和分地区部署不同电池储能策略组合对电力系统成本和二氧化碳（CO2）排放量的影响。结果揭示了不同电池储能策略在各地区的影响差异，发现了分地区部署不同电池储能策略组合可以带来最低的系统成本。不同电池储能策略的碳排放则受到碳价影响。在高碳价情境下，分地区部署不同电池储能策略组合可以实现最低碳排放。

正文

为实现中国的脱碳目标并满足不断增长的电力需求，用可再生能源取代燃煤发电是一个大趋势。风能和太阳能等可再生能源的发电取决于天气和时间，这种间歇性会造成电力供应的波动，影响了可再生能源的可用性。电池储能可以通过快速的充放电来减少电力供应的波动，从而促进了可再生能源在电网中的整合。此外，近年来电池储能的成本迅速下降，使得其大规模部署在经济上变得可行。

为了了解不同类型的电池存储策略如何影响电力系统脱碳，作者研究了电池部署策略对中国电力系统成本和二氧化碳排放的影响。作者首先探讨了三个不同的电池部署策略- 1）可再生能源端电池储能（RE-connected batteries）：与可再生能源位于同一位置且仅通过可再生能源充电的电池；2）电网电池储能（Grid-connected batteries）：连接到中央电网，没有额外的约束条件的电池；3） 需求侧电池储能 （Demand-side batteries）：与需求负载位于同一位置，并且仅向本地电网放电的电池（图1）。

图1：可以在全国范围内统一部署，或在每个地区内单独部署的三种电池储能部署策略

研究发现，在全国使用单一类型的电池储能部署策略对各个地区有不同的影响。各部署策略的效果主要取决于各地区的可再生能源资源以及净电力需求。各个省份和地区可按电力供需关系分为供应地区（本地总发电量超过了本地总负载）和需求地区（本地发电总量小于本地总负载）。供应地区和需求地区的典型代表分别为蒙西和重庆。

研究结果显示，与电网电池储能策略相比，可再生能源端电池储能策略会减少供应地区（例如蒙西）的煤电发电量，同时增加电池储能的放电量。然而，在需求地区（例如重庆），可再生能源端电池储能策略会增加本地的煤电发电量，同时减少对电池储能的依赖。对比可再生能源端电池储能策略，需求侧电池储能策略则对供应和需求地区都有相反的影响（图2）。

图2：在典型的供应地区和需求地区中的燃煤发电和电池放电的电力

研究指出，如果允许各个地区选择不同的电池部署策略组合可以使得总的电力系统成本达到最低。根据不同地区的可再生能源资源和净电力需求，最优的电池部署策略会有所不同。电力供应地区更倾向于部署可再生能源端电池储能，电力需求地区则更倾向于部署需求侧电池储能 （图3）。

图3：在混合-低-快速降价情景中，各地区的最优电池部分策略组合

研究强调了电池存储的战略部署将影响中国电力系统的系统成本和碳排放。为了进一步加速向碳中和电力系统的转变，政府有计划地提供财政激励，以鼓励在电力供应地区采用可再生能源端电池储能，并在电力需求地区采用需求侧电池储能，将有助于更快速地实现电力系统的脱碳。

      作者信息

彭立群（第一作者），劳伦斯伯克利国家实验室博士后。

Denise Mauzerall（通讯作者），普林斯顿大学教授。

何钢（通讯作者），纽约市立大学教授。