储能大挑战路线图草案

路线图草案2020 年 7 月能量储存大挑战美国 DEPAR T MEN T OF ENER G Y 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月1免责声明本报告是作为美国政府一个机构赞助的工作的报告编写的。美国政府或其任何机构或其任何雇员均不对所披露的任何信息，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拥有的权利。本文通过商品名称、商标、制造商或其他方式对任何特定商业产品、过程或服务的引用不一定构成或暗示其得到美国政府的认可、推荐或青睐。 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月2Acknowledgements储能大挑战 (ESGC) 是一项由美国管理的跨领域努力S.能源部研究技术投资委员会 （ RTIC ） 。该路线图草案由 RTIC 能源存储小组委员会制定，由能源效率和可再生能源办公室 （ EERE ） 副助理秘书 Alex Fitzsimmos 和电力办公室副助理秘书 Michael Pesi 共同主持 （ OE ） 。整个部门和国家实验室的一个技术团队为路线图草案做出了重大贡献。这包括 ESGC 跟踪线索 ： 。技术开发跟踪 - Eric Hsieh ， OE 制造和供应链跟踪 - Valri Lightner ， EERE技术转型轨道 - Marcos Gonzales Harsha ， 技术转型办公室 （ OTT ） 政策和估值轨道 - Alejandro Moreno ， EERE劳动力发展轨道 - 琳达霍顿 ， 科学办公室 （ SC ）Diaa Baer, Joe Creso, Tia Kaarsberg, Sarah Garma, Pal Spitse, Pal Syers, Steve Shooter, Alexis McKittric, Karma Sawyer, Mary Hbbard,James Nelso, Avi Shltz, Eric Miller, Steve Boyd, Mallory Clites, Peter Fagy, Ramesh Talreja, Lare Redy, ad Rajesh Dham of EERE; Stephe Hedricso, Katherie Harsayi, ad Rima Oeid of SC, Viod Siberry of OE 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月3目录导言 1概述 1执行摘要 2Background 4ESGC 4 中包含的储能技术愿景与使命 6主要挑战 7ESGC 结构 8技术开发 9曲目概述 9通过技术开发解决主要挑战 9影响 10活动 10活动 1 ： 使用案例作为技术 - 中立指南 10活动 2 ： 构建技术组合 12活动 3 ： 加速创新生态系统 13制造和供应链 17曲目概述 17通过制造和供应链应对关键挑战 17影响 23活动 24技术转型 28曲目概述 28通过技术转型应对关键挑战 28活动 32政策和估值 35曲目概述 35解决利益相关者的影响和挑战 37活动 41劳动力发展 43曲目概述 43通过劳动力发展应对主要挑战 43影响 44 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月4活动 44结论 47附录 1 ： 技术开发用例 49附录 2 ： 关键术语 53附录 3 ： 储能技术和能源部活动 55导言 55双向电存储器 59电化学 59机电 70化学和热存储 75化学储能 75灵活发电和可控负载 84柔性负载 ： 84 代可控负载 ： 储能和建筑 86附录 4 ： 能源部储能政策和评估活动 100关键储能政策和估值问题领域 1001.弹性 1002.电源系统操作 1013.能源系统规划 1024.运输和跨部门问题 103基本政策和估值需求 1051.当前和未来的成本和性能数据 1052.估值方法 1063.改进的工具 1074.市场和公用事业运营信息 108附录 5 ： 储能成本和性能指标 110附录 6 ： 当前的储能监管问题 113 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月5数字列表图 1. 储能大挑战 5 中包含的存储类别图 2. 初步用例的说明 12图 3. 性能功能框架 12 的示例说明图 4. 按年度资本支出划分的 2030 年市场情景说明 14图 5. 2030 年存储行业场景示意图 15图 6. 电化学存储的技术路径示例 16图 7. 技术成熟度和制造规模路径 24图 8. 策略和估值 ： 在这里创新 ， 在这里制造 ， 在任何地方部署 36图 9. 技术开发用例与政策和估值关键问题之间的关系needs ........................................................................................39图 10. 充电电池市场份额 63图 11. 作为 RFB （ 或再生燃料电池 ） 示例的全钒 RFB 的示意图 ，..................................................................64图 12. 典型抽水蓄能电站的剖面图 71图 13. 美国水电抽水蓄能能力 （ 1960 - 2017 ） 72图 14. H2 @ Scale 愿景 ： 氢可以在双向和单向能量中发挥核心作用存储 ...................................................................76图 15. 用于水分解的电解过程的一般操作 ， 示意性地示出了质子传导系统 ， 其中在负偏压阴极产生氢气 ， 氧气在正偏压的阳极上产生 ， H + 离子通过分离膜 77 传输Figure 16. A conceptual synthetic RTES agnostic to the source of heat supplied for storage 97图 17. 两用地下热电池 （ DPUTB ） 98 的示意图图 18. 加拿大德雷克登陆太阳能社区 （ DLSC ） 的简化示意图 98表列表表 1. 用例概述 11表 2. 存储技术领域的制造挑战 18表 3. 政策估值利益相关者和潜在影响 37Table 4. Policy and Valuation Track Example Products 41表 5. 促进不断发展的网格 49表 6. 为远程社区服务 50表 7 电气化机动性 50表 8. 相互依赖的网络基础设施 51表 9. 关键服务 51表 10. 商业和住宅建筑的灵活性 52表 11 能源密集型设施的灵活性 52表 12. 按技术、阶段和 DOE Office 56 分类的 DOE 存储活动概述表 13. 建筑物对网格服务的需求灵活性模式 87表 14 联邦级储能法规 113表 15. 国家级储能法规 114 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月1IntroductionOverview能源部 （ DOE ） 能源存储大挑战 （ ESGC ） 是一项全面计划 ， 旨在加速下一代能源存储技术的开发 ， 商业化和利用 ， 并维持美国在能源存储方面的全球领导地位。 ESGC 建立在特朗普总统 2020 财年预算要求中宣布的高级能源存储计划的基础上。在过去三个财政年度 （ FY17 - 19 ），美国能源部已投资超过 12 亿美元用于储能研发，或平均每年 4 亿美元。然而，该部门从未制定过解决能源储存问题的总体战略。这就是为什么 U 。S.能源部长 Da Broillette 于 2020 年 1 月宣布了能源存储大挑战，其中包括构成本路线图草案基础的五个轨道 ： 技术发展轨道将围绕以用户为中心的目标和长期领导地位 ， 关注能源部正在进行的和未来的储能研发。 制造业和供应链轨道将为美国制造业开发技术 ， 方法和战略 ， 以支持和加强美国在创新和持续规模制造方面的领导地位。 技术转型轨道将通过现场验证 ， 示范项目 ， 公私合作伙伴关系 ， 银行可担保的商业模式开发以及高质量市场数据的传播 ， 确保 DOE 的研发过渡到国内市场。 政策和评估轨道将提供数据 ， 工具和分析 ， 以支持政策决策并最大程度地提高能源存储的价值。 劳动力发展轨道将教育劳动力 ， 然后他们可以研究 ， 开发 ， 设计 ， 制造和操作储能系统。The pages that follow will outline DOE ’ s Draft Roadmap. In order to provide feedback on this Draft Roadmap, interested parties should submit a response to the Request for Information (RFI), which can be accessed on the ESGC website.1通过 ESGC ， 该部门将部署其广泛的资源和专业知识 ， 以解决技术开发 ， 商业化 ， 制造 ， 估值和劳动力挑战 ， 使美国在未来的储能技术方面处于全球领先地位。1https: / / www. energy. gov / energy - storage - grand - challenge / downloads / energy - storage - grand - challenge - roadmap 储能大挑战路线图草案2020 年 7 月2执行摘要ESGC 的愿景是到 2030 年，在储能利用和出口方面建立并保持全球领先地位，建立一个独立于国外关键材料来源的安全国内制造和供应链。虽然研发 （ R ＆ D ） 是推进储能技术的基础，但该部门认识到，全球领导力还需要解决相关挑战，以将技术从实验室扩展到市场并在美国制造。该路线图草案侧重于三个关键挑战 ， 适用于五个轨道中的每一个 ， 以确保美国在能源储存方面保持全球领导地位 ： 在这里创新- DOE 如何使美国能够领导储能研发并保留通过 DOE 在美国投资开发的知识产权 ？ 在这里制作- 美国能源部如何努力降低制造现有技术的成本和能源影响 ， 并通过减少对外国材料和部件来源的依赖来加强国内供应链 ？ 到处部署- 能源部如何与相关利益攸关方合作 ， 开发满足我们国内使用需求的技术 ， 并使美国不仅能够在国内市场成功部署技术 ， 而且能够出口技术 ？技术发展轨迹The Technology Development Track will focus DOE ’ s ongoing and future energy storage R & D around user - centric goals and long - term leadership. This R & D strategy consists of three components: use cases; technology portfolio; and development pathways.首先，一系列指导性用例将确定 2030 年及以后的储能用途、优势和功能要求。ESGC 提出了六个用例作为指南示例，以促进利益相关者的讨论，这些讨论设想了未来 （ i 。e.， 2030 年及以后 ） 储能可以使最终用户受益的方式。用例及其相关的功能需求、性能和成本目标将每两年通过利益相关者流程进行更新。其次，ESGC 将组装一个多样化的技术组合，以满足用例中确定的功能。用例有助于指定性能目标，包括系统的生命周期、移动性和效率等特征。这些目标可以通过任何数量的技术途径来实现，这些技术途径能够满足一个或多个用例的需求，包括 ESGC 类别的双向电存储; 热和化学存储; 和灵活的发电和负载。最后 ， ESGC 将利用 DOE 和行业能力来加速商业化之路。 ESGC 将映射 DOE 和行业能力的网络 ， 例如财团 ， 合作伙伴关