商业落地路径：碳管理(英文版)

商业发射途径：长时间储能 March|2023 本报告是作为美国政府机构赞助的工作说明而编写的。美国政府及其任何机构，或其任何雇员，均不对披露的任何信息，设备，产品或过程的准确性，完整性或有用性作出任何明示或暗示的保证，或承担任何法律责任或责任，或表示其使用不会侵犯私人。 所拥有的权利。在此以商品名、商标、制造商或其他方式提及任何特定的商业产品、工艺或服务，不一定构成或暗示美国政府或其任何机构的认可、推荐或青睐。 作者在此表达的观点和意见不一定陈述或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。 评论 请注意,所提供的输入和反馈应遵守《信息自由法》。 Authors 商业升空的长持续时间储能途径的作者： 技术转型办公室：凯瑟琳（凯特）斯科特，斯蒂芬·亨德里克森 政策办公室：妮可·瑞安 清洁能源演示办公室：安德鲁·道森，肯尼思·科特 电力办公室：本杰明·斯拉格，维诺德·西贝里 能源效率和可再生能源办公室：保罗·斯皮森 阿贡国家实验室：SueBabinec,PatrickBalducci,ZhiZhou 能源部跨领域领导商业升空工作的途径： 清洁能源演示办公室：大卫·克兰，凯利·康明斯，梅丽莎·克莱姆巴拉 技术转型办公室：凡妮莎·陈，露西亚·田 贷款计划办公室:JigarShah,JonahWagner Acknowledgements 作者想感谢阿贡国家实验室和麦肯锡公司的分析支持；以及在准备这条商业升空之路的过程中提供的宝贵指导和投入： 清洁能源演示办公室：凯瑟琳·克拉克，卡罗琳·格雷，杰森·明斯特，布莱恩·奥唐纳查达 技术转型办公室：MarcosGonzalezHarsha,HannahMurdoch,JamesFritz,AnnaSiefken,ErikHadland 贷款计划办公室：JulieKozeracki，RamseyFahs，KevinJohnson，CarolynDavidson，LeslieRich，ChristopherCreed 政策办公室：卡拉·弗里施，史蒂夫·卡帕纳，埃尔克·霍德森，科林·坎里夫，拉瓦恩·萨马蒂，杰伊·温甘卡，派珀·奥基夫 能源效率和可再生能源办公室：亚历杭德罗·莫雷诺，考特尼·格罗夫纳，萨姆·鲍德温，保罗·斯皮森，黛安·鲍尔，昌元苏 ，萨姆·博肯豪尔，马修·鲍尔，苏尼塔·萨蒂亚帕尔，希瑟·克罗托，劳伦·博伊德，杰弗里·鲍曼，肖恩·波尔斯，田阳 电力办公室：吉恩·罗德里格斯，埃里克·谢赫 秘书办公室：凯特·戈登 经济影响和多样性办公室:ShalandaBaker 办公室的能源工作：BetonyJones，ChristyVeeder 国际事务办公室：JulieCerqueira,MattManning 总法律顾问办公室：AviZevin，BrianLarly，AmiGrace-Tardy 制造和能源供应链办公室：大卫·豪威尔，杰克·沃德，马洛里·克莱特斯科学办公室：AsmeretAsefawBerhe，CraigHenderson，JohnVertrano阿贡国家实验室：阿伊默里克·卢梭，汤姆·范宁 目录 LDES执行摘要1 第1章导言和目标6 6 7 7 7 8 第2章当前状态LDES技术和市场9 9 11 15 16 21 第3章：商业规模之路23 23 24 第4章商业化面临的挑战和潜在的解决方案28 28 第4.a.i节：克服近期挑战，提高技术性能和成本 30 曲线 33 35 39 第5章：指标和里程碑40 40 41 附录42 42 52 65 66 68 70 72 附录8-能源和环境正义问题73 参考文献74 LDES：执行摘要 这些商业升空之路报告旨在建立共同的事实基础，并围绕关键清洁能源技术的商业升空之路与私营部门进行持续对话。他们的目标是在整个技术价值链中促进更快速和协调的行动。 LDES简介 为了应对新出现的环境和社会挑战，并实现拜登政府到2035年实现2050年净零排放和100％无碳污染电力的目标，电力部门将需要迅速扩大规模和转型。 目前，电力部门占国内排放量的三分之一。成功脱碳需要从不受控制的基于化石燃料的发电资产过渡到无碳能源，例如可再生能源 （例如，风能，太阳能）和核能。电力部门将需要同时过渡到新的电源并迅速扩展以满足新的电气化下游用途。由于无法以与基于化石燃料的发电资产相同的方式打开和关闭可变的可再生能源以满足峰值需求，因此电网将需要一种提供灵活性和可靠性的新方法。 新的选择，如长持续时间储能(LDES)，将是未来脱碳电力系统提供这种灵活性和可靠性的关键。LDES包括一组不同的技术，这些技术的目标是长时间存储能量，以便将来调度。存储和释放的能量形式以及调度的持续时间在技术上是高度可变的。 ThisreportfocusesontheapplicationofLDESsystemsforelectricitypurposes(e.g.,energyisstoredandthendisputtedintheformofelectricityatalatertime).ToevaluatethecommercialpermissibilityofLDESwithintheU.1并通过不同的脱碳和技术方案对美国电力部门脱碳途径进行建模，以评估LDES在电力部门中的作用以及影响LDES部署电力需求的因素。集成建模方案服务于三个目的： 1.估计一切照旧的轨迹：一切照旧（BAU）情景代表了当前的轨迹，包括2022年《降低通胀法案》（IRA）的影响，但没有额外的商业化干预措施。 2.预测实现脱碳目标的最低成本途径：净零脱碳方案预测到2050年在可变可再生能源和输电能力的不同约束下达到净零将需要什么。我们预测到2035年有和没有实现临时清洁电力的方案。 3.探索技术潜力：技术特定的灵敏度表示在不同的操作参数和竞争的技术条件下吸收不同类型的LDES的条件(例如,没有LDES的净零)。 基于这一分析,到2060年，美国电网可能需要225-460吉瓦的LDES容量用于电力市场应用，以实现净零经济，累计资本为330亿美元虽然这需要大量的投资，分析表明，到2050年，部署LDES的净零路径将导致10-20B美元i按年度节省运营成本并避免资本支出与没有（到2050年）的途径相比。这种商业化努力的重点是了解LDES到2030年实现技术“升空”的挑战，解决方案和潜在的长期利益。“升空”被定义为LDES行业成为一个基本上自我维持的市场的点这并不依赖于大量的公共资本，而是吸引了具有广泛风险的私人资本。“升空”的特点是技术和运行参数的显着改善，市场对LDES全部价值的认可以及实现工业规模的制造和部署能力。LDES需要这些改进才能与替代技术竞争。 1包括能源部和国家实验室的研究，以及跨技术报告，包括白宫通往净零的途径，普林斯顿净零美国，NREL清洁电力和长持续时间储能（LDES）委员会 技术景观 本报告通过电力环境中的调度持续时间来定义LDES细分市场-这是整个行业中定义LDES以讨论不同存储类型的最标准方法。许多现有的分类将存储技术分为两类（昼夜和季节性），但是本报告使用了四种存储分类（短期、日间LDES、多日/周LDES和季节性），因为许多新技术都集中在LDES类别上。.本报告重点关注这两个中间持续时间细分市场-日间和多日/周LDES. •日间LDES被定义为10-36小时的电力转移，包括几乎所有的机械存储技术和一些电化学技术（例如，液流电池）。这些技术主要通过将一天中某一点产生的多余电力转移到同一天或第二天的另一点来满足昼夜市场需求。 •多天/星期LDES被定义为移动功率36-160+小时，包括许多热和电化学技术。它满足了可能存在长期电力短缺的市场和最终用途客户的需求(例如Procedre，多日的低风和太阳能或弹性应用）每年几次；多日/周LDES还可以减少所需的削减/互连过度构建以支持可变可再生能源。 注意：本报告未直接涵盖其他两个存储细分市场，即短期和季节性平衡。持续时间短的定义为通常通过锂离子存储（主要在0-4小时范围内，而其他存储，例如抽水蓄能水力发电竞争4-10小时）将功率转移不到10小时。季节性平衡 被定义为长时间移动能量，主要是在几个月内(例如Procedre，从夏天到冬天），并且很可能需要通过基于燃料的技术来填补(例如Procedre，具有碳捕获的氢气或天然气)。短期和季节性存储都被认为是竞争性技术，可以在日间LDES和多日/周LDES的各种业务案例中证明和反驳。 “升空”的价值主张和要求 LDES有可能在美国的脱碳中发挥重要作用S.电力系统-从大容量电力到弹性和仪表应用。通过遵循本报告中概述的路径，LDES技术可能是成本最低的选择，可以在可变的可再生能源扩展时为电网提供稳定性和灵活性。此外，LDES可能是提高本地和区域弹性的最佳解决方案，因为极端天气事件的频率越来越高，同时也降低了电网扩张的成本和风险。鉴于所需资本投资的预期规模以及最终用途应用和商业模式的多样性，LDES对投资者来说是一种有吸引力的未来资产类别。最终用途应用足够广泛，可以使不止一种LDES技术成为净零解决方案的一部分。这些技术通常是模块化和灵活的，这降低了长期的投资风险。虽然LDES技术提供了对一系列用例进行脱碳的高潜力方法，但还有其他技术在竞争相同的用例（例如。Procedre锂离子用于日间使用，天然气与碳管理技术搭配用于多日使用）。部署LDES的途径便宜10-20B美元。i比那些不基于系统节省运营成本（减少可再生削减和燃料支出）以及减少可调度公司生成的资本投资。 为了充分发挥其潜力并在净零电网中发挥领导作用，LDES必须实现技术“起飞”。如上所述，“升空”是私人资本由于三个领域的发展而可以接管的状态：技术成本和运营参数的显着改善，市场对LDES的全部价值的认可-通过增加补偿或其他手段-以及工业规模的制造和部署能力（图1） 。 实现升空1到2030-2035年，需要技术改进、成本下降、监管支持和供应链发展 技术性能与成本曲线 供应链发展与规 划 1 3 提升阈值 2 市场和监管机制 50-75美元/千瓦-年3 市场中的资源充足性补偿或通过每年50-75美元/千瓦的PUC估值将激励私 人融资。其他政策和监管机制（例如，开征，碳支付）将减少对直接RA 补偿的需求。 如果锂离子技术更加积极地改进，性能和补偿改进将需要更加加速和显著2 10-15GW 到2035年，支持大规模成熟技术部署所需的年度制造和部署能力。规划（例如，劳动力培训，减税或制造设施贷款）将是未来5年的优先事项。 45-55%的资本支出减少 LDES系统的成本需要在2030年之前下降，以及往返效率提高7-15%为了与锂离子储存和氢竞争。相当于6-15GW的项目部署到2030年。 202220302035时间 Figure1:Liftoffby2030-2035requiresimprovementsintechnology,costdeclines,regulatorysupport,andsupplychaindevelopment.Notes:PUC代表PublicUtilitiesCommission,RA代表ResourceAdequecy.1Liftoff被定义为LDES行业成为一个很大程度上自我维持的市场；2在两种锂离子方案中，对多日/周LDES技术的需求仍然存在，积极的锂离子将减少对供应链建设的需求。3美元/千瓦-年因地理位置而异。 LDES在长期净零经济中的份额取决于近期的重要里程碑，这需要LDES公司、监管机构、投资者和组织在LDES生态系统中进行集中和协调的努力。这些重要的里程碑描述如下： 必须改善技术性能和成本曲线，以吸引持续的投资。早期公共和私人投资支持商业规模的项目示范和部署是必要的，以产生经济 规模和制造方面的改进将推动LDES成本和性能的进一步改进，超出实验室可能的范围。到2028-2030年，这些技术成本曲线必须