净零功耗：可再生电网的长效储能

零现状入手 长期能源储存可再生的网格 LDES理事会于2021年11月发布。本文档的副本可用 根据要求或可从我们的网站下载：www.ldescouncil.com。 本报告由LDES委员会与麦肯锡公司合作撰写 知识合作伙伴。本作品是独立的，反映了作者的观点，没有由任何企业、政府或其他机构委托。该报告的作者确认： 1.报告中没有任何建议和/或任何措施和/或轨迹可以解释为标准或 报告中提到的可能违反欧盟竞争法的研究的参与者;和 2.他们无意采用任何这种形式的协调。 虽然报告的内容及其对行业的抽象影响通常是 一旦准备好，个别战略就要进行讨论，它们仍然是专有的、保密的和每个参与者的责任。提醒与会者，作为 LDES理事会和欧盟竞争法义务，其成员活动所承担的义务，例如不得共享或协调战略和机密信息，包括 这份报告的一部分。 首字母缩略词 我 关于长期储能（LDES）委员会 2 前言 3 执行概要 6 数据收集和基准测试 习 1.介绍 1 第2章LDES技术表征与现状 7 3.模拟未来电力系统的灵活性需求 15 4.成本分析 25 5.ld商业案例 35 6.竞争力之路和主要市场推动因素 41 结论 46 附录A:方法 47 附录B:商业案例的例子 51 内容 首字母缩略词 防喷器资本支出 平衡的植物ld长期能源储存 资本支出MEDC更经济 发达国家 CCS 有限公司2 压缩空气蓄能 CSP Gt 电动汽车公司情商 2 碳捕获和存储二氧化碳 压缩空气储能聚光太阳能发电电动汽车 吨的碳 二氧化碳当量 MPM 兆瓦兆瓦时 国防委员会 净现值 NMC 麦肯锡功率模型兆瓦 /千瓦时 在全国范围内确定贡献 净现值 镍、锰和钴 吉瓦十亿瓦 运营管理 操作和维护 妇女和温室气体 国际能源 机构 IRR Gigawatt-hour 温室气体 国际能源机构内部收益率 光伏PPAPSH 联合国政 政府间小组 府间气候 在气候变化问题上 研发 研究和开发 变化专门千委员瓦会 千瓦 RTE 往返效率 千瓦时 千瓦时 太瓦 太瓦 LCOE 逐步降低电力成本 TWh 兆瓦时 硅晶 逐步降低存储成本 TAM 总潜在市场 锂离子 锂离子 样车 输电和配电 拉 液态空气储能 加权平均 加权平均资本成本 再保险 光伏 电力购买协议抽水蓄能水电站可再生能源 对长时间 能源储存(ld)理事会 CEO-ledld理事会是一个全球性的组织,努力加速 的无碳能源系统 通过推动创新社会成本最低和部署长时间的能量 存储。启动COP26ld委员会为政府提供基于事实的指导和行业,借鉴的经验 其成员包括领先的能源 公司、技术提供商、投资者、和最终用户。 第一个报告理事会集中ld的角色在电力解决方案系统。在未来,ld委员会 提供进一步的洞察ld的资产 展示1 ld理事会成员 类、电力和能源系统 更广泛的能源过渡。委员会还将主动与其他政党的方法 加速脱碳的能量系统符合巴黎协议。 以下组织已经宣布 的意图形成委员会和开放接收来自其他的意向书创始成员的正式启动2022年初(表1)。 报告已经准备的成员 ld委员会合作 麦肯锡公司作为知识的合作伙伴。 技术提供商 锚 工业和服务客户 低碳能源系统 集成商&开发者 资本提供者 设备制造商 前言 作为世界上考虑如何建立一个路径对限制全球气温上升 通过限制温室气体排放 (温室气体),人们普遍承认的权力一代部门扮演核心角色。 占总排放量的三分之一，它是事实上双重至关重要,因为脱碳其他经济极其依赖于增长 对可再生能源的需求,例如电动汽车和住宅供暖。而好消息是全球电力行业对减排做出巨大的进步通过切换和化石一代风 和太阳能。 然而,可再生能源的份额上升权力组合会带来新的挑战。尤其是这些结构性压力 现有电力基础设施新流的电力和固有的 风能和太阳能的可变性。这第一个 ld委员会的报告旨在探索 对这一挑战的一个关键的解决方案:长时间的能源储存(ld)。 ld的定义是任何技术都可以部署竞争力来储存能量 长时间,可以扩大 经济上维持电力供应, 多个小时,几天,甚至几个星期,有潜力极大的影响 经济的脱碳。能源可以通过不同的存储方法,包括机械,热, 电化学或化学存储(见附表1)。 提供灵活性，定义为能力吸收和管理需求的波动和供应有盈余时储存能量 和释放它在需要的时候,是一个关键 附表2 LDES在能源系统灵活性方面发挥着核心作用 ld的用例 第一个报告的范围 权力 •H2见顶的植物 •运输(材料处理,重责任车辆) Power-to-HH权力 2 2 Power-to-heat 余热来驱动 •CHP对区 加热/冷却 •热泵/引擎海水淡化 共和人民党与H2 生产和使用 氢 热 •固体氧化物燃料电池/ 电解槽 •H涡轮机 H2热 2 •H家2用锅炉 •工业热 (炉、锅炉) 使脱碳经济的因素 成本最低的方法。整个投资组合的技术,ld可以提供灵活性 在能源系统作为一个整体,组成电力、热、氢和其他形式的能源(表2)。例如,一些ld 技术可以放电热量和 (即力量。,power-to-heat或余热来驱动) 可以用来除去碳素行业,或可以吗使用权力通过电解产生氢气, 这些可以再转换回电能在吗 后来的时间。整合不同行业的能力独特的一些技术, 加强商业案例中使用除去碳素行业的转变一个挑战。 ld技术吸引了前所未有的利息从政府、公用事业、和传输操作符和投资 行业正在快速上升。本报告重点介绍小说的角色ld在电力解决方案 系统(请参阅盒1更多的细节在ld技术覆盖 报告)。它首先检查的特点 以及他们如何可能适合的技术来帮助管理权力的结构性问题 行业。然后它认为ld成本,他们如何可能会随着这个行业的成熟,以及如何他们与其他技术 可以用来管理供给和需求如锂电池和 氢。最后,提出了一些行动决策者和行业人士可以考虑 使LDES能够发挥其潜力，作为全球零解。 是什么的问题? 为了避免灾难性的气候改变,我们需要快速构建一个零电力行业 主要由 可再生能源。 ld技术如何帮助? ld的不同技术存储和 释放能量通过机械，可以发挥关键和独特的作用热、电化学或 化学手段。 与锂离子电池技术和氢,ld技术 在交付exibility倍 从数小时,长至数周。 作为可再生能源的比例发展,我们提出了3 挑战;平衡电力 供给和需求;一个变化噢传播模式; 和减少系统稳定。 ld可以帮助解决这些通过增加的问题exibility电力系统。 的比例 可再生能源 预计安装能力 需要灵活性 1.5--2.5太瓦 85-140太瓦时 我们今天在哪里我们需要去吗? 目前许多ld技术 存在,但他们在不同的层次的成熟。有些被 商业部署,一些 仍处于试点阶段。 我们的预测表明,ld需要大幅扩大 在未来20年建立一个 cost-optimal零能源系统。 全球交易在ld行业,百万美元 260 到2040年,ld需要扩展到~400x水平 1.5--2.5太瓦(85-140年TWh)。10%的 所有的电力存储在ld。 今天的ld部署低,但势头在ld呈指数级增长。 9102,640 360 ~0TW ~0TWh 0.1--0.4太瓦 4-8TWh 980 130 今天203020402018年以前2018201920202021总计 我们如何做到这一点呢? 对ld成本最优,成本 必须减少了60%。然而,更大的降低成本 已经发生在其他清洁技术,如太阳能和风能。 2022-40之间,美元1.5tr-3.0trld的总投资 必需的。总投资超过这一时期是相当 在传输和投资分销网络每2-4年。 这个投资有潜力创造经济和 环境效益。的 对ld往往商业案例 如果sufcient机制是积极的来赚钱的价值。 ld的价值通过解锁监管变化: •长期系统规划 •对rst部署的支持和扩大 •创造市场 v净零功耗：可再生电网的长时间储能|ld理事会,麦肯锡公司 执行概要 世界没有走上限制全球上升的轨道温度到1.5°摄氏度。实现 承诺在巴黎协议, 重要的必须努力减少 在所有部门的排放。的力量部门,占大约三分之一 全球温室气体排放,将全球的核心脱碳,许多暗示 它需要实现零排放 2040.因此,创新的解决方案必须满足三个关键的挑战电力行业:三倍的数量 电力生产来满足日益增长的消费,从化石——改变电力系统 可再生能源供电的一代,会议过渡的社会和经济成本。 基于成本和超过10000 性能数据点,这项研究表明,长期能源储存技术 (ld)可以帮助创建中发挥至关重要的作用系统灵活性和稳定性所需的 增加可再生能源在发电、与其他技术,如锂- 离子电池(锂)和氢涡轮机。 LDES包含一系列技术，140太瓦时（TWh）的能源容量可以将电能存储在各种形式 长时间处于竞争和成本规模。这些技术可以放电电能时需要时间, 几天,甚至几周完成长时间的系统灵活性需要超越短期 解决方案,比如锂离子电池。各种各样的 ld技术在不同级别的 成熟度和市场准备。这个报告关注的是相对新兴的机械, 热、化学和电化学存储技术,而不是锂离子电池,可分派氢资产,和大规模的地上抽水蓄能水电站 (PSH)(关于ld技术的更多细节1)提供了盒子。 大型再保险的快速整合能力 它们固有的可变性带来了巨大的挑战电力系统(包括潜力 供求失衡,变化 传输流模式,以及潜在的 由于内置惯性，系统不稳定性更大由化石一代被移除。所有的 这些都需要新的解决方案来创造灵活性在电力供应和需求不同 时间——盘中,多日的/正在和季节性的。 ld是这些解决方案之一,因为ld 技术需要低边际成本存储电力:他们使解耦电力存储的数量和速度和它在或释放;他们是 广泛部署和可伸缩的;他们有相对较低的交货期而升级传输和分配(T&D)网格。作为因此，投资兴趣日益浓厚这些技术,超过5兆瓦 (GW)和65瓦特小时的ld(妇女) 已经宣布或操作。 这仅仅是一个开始:建模表明,ld有可能部署1.5到2.5 太瓦(TW)功率容量或8到15倍今天的总存储容量部署- 2040年在全球范围内。同样,它可以部署到85 2040年并存储高达10%的电力消耗。这对应于一个累积的 投资1.5万亿美元至3万亿美元，以及创造1.3万亿美元的潜在价值 2040. 这些数字反映了多个的规模和用例ld技术 他们可以发挥核心作用的平衡力量系统,使其更有效率。这些 包括支持系统稳定性、紧致公司的电力购买协议(ppa)和优化的能源产业 远程或不可靠的电网。同样，也有很多潜在使用ld的离网系统, 灵活性较低，目前 严重依赖化石燃料。但迄今为止最大的的比例预计将部署 与能量转移的中心任务,能力提供,电力优化散装电力系统。 总之,ld提供了一个低成本的灵活性解决方案在很多但不是所有情况。可能是多样化的解决方案 为了实现cost-optimal部署 2040年脱碳的网格。的奖 然而,大规模部署ld是伟大的。它是 预计到2040年，LDES部署可以广泛部署LDES作为 从而避免了1.5至2.3千兆吨成本最低的灵活性解决方案。二氧化碳当量(Gt有限公司每年情商),或 2 今天的电力行业的10-15%左右排放。仅在美国,ld可能减少 实现完全脱碳的总体成本电力系统每年约350亿美元到2040年。 实现这一规模顺序需要大量 降低LDES技术的成本。但是（ii）早期补偿机制减少了 ld委员会成员提供的预测公司展示这些是可以实现的在其他与学习曲线经验 新兴能源技术在最近的过去,包括太阳能光伏和风力发电。反过来,将依赖于降低成本 提高研究和开发 (研发),卷和规模效率制造业。同样,总ld部署密切相关的脱碳速度电力行业和部署的变量 可再生能源(重新)的一代。 虽然ld技术仍处于实验阶段,迅速部署可能会加速 未来几年。建模项目的安装 30到40千瓦发电量和1TWh能量 在2025年被安装在一个快速的能力脱碳的场景。一个重要的里程碑达到ld当重新达到60 在大部分电力系统70%的市场份额,高的国家气候野心的目标是