网讯：随着新能源技术的不断发展和占比的不断提高，其间歇性、不稳定性等问题也愈发突出，储能技术可以在新能源产生多余能量时进行储存，在需要时进行释放，提高能源利用效率和系统优化度，日益成为新能源广泛应用的重要支撑。电池储能是一种十分有效的减少电力供应波动的技术。然而，不同类型的电池储能选择及其部署会极大影响整体电力系统的优化和最低碳排放。
01 背景
相对于传统化石能源，以太阳能、风能、潮汐能、地热能等为代表的新能源在使用过程中对环境污染小、可再生性强、资源消耗少、安全性高，日益成为世界能源发展的新选择。在我国“双碳”目标的驱动下，为满足日益增长的电力需求，用新能源代替传统化石能源发电是大势所趋，中国特色的能源结构也在逐步构建。然而，由于新能源如太阳能、风能、水能等受到天气和时间的影响，天然具有间歇性、不稳定性等特点，容易造成电力系统供应的波动，影响了新能源的可用性。因此，储能技术日益成为新能源广泛应用的重要支撑，其可以在新能源产生多余能量时进行储存，以便在需要时进行释放，形成多能源互补的能源系统，提高能源利用效率和系统优化度。
在诸多储能技术中，电池储能相对成熟，可以通过快速的充放电来减少电力供应的波动。特别是随着近年来电池储能技术稳定性的不断提升，成本的不断下降，其越发成为新能源整合进电网的重要支撑，也愈发接近经济层面的大规模应用。与此同时，电池储能系统的选择和区域部署问题也逐渐成为当前研究的热点。不同类型的电池储能选择及其部署会极大影响整体电力系统的优化和最低碳排放。
为进一步了解电池储能系统的策略和区域部署选择对电力系统成本的最低二氧化碳排放量的影响，普林斯顿大学的 Denise Mauzerall 教授、彭立群博士(现为劳伦斯伯克利国家实验室博士后)、钟耀锋博士和纽约市立大学的何钢助理教授等人利用改进的电力系统模型SWITCH-China研究了在中国各地区统一部署相同的电池储能系统和分地区部署不同电池储能系统组合对整体电力系统成本和最低碳排放量的影响，相关成果发表在国际顶级学术期刊 Nature Communications上。
02 研究成果
为了理解不同电池储能系统策略和部署对电力系统脱碳的影响，首先，研究者们根据新能源发电的供应需求与储能的关系设定了三种不同的电池储能策略：1）可再生能源端电池储能：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：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：与需求负载位于同一位置，并且仅向本地电网放电的电池。相关示意图如图1所示。同时，根据电池储能系统的区域部署策略，可以进一步设定在全国使用单一类型的电池储能分布策略或者在每个地区单独部署电池储能分布策略两种类型。
图1 设定的三种不同的电池储能策略（图源：Nature communications）
图2 在供应地区和需求地区中的燃煤发电和电池放电电力图(图源：Nature Communications）
当设定全国使用单一类型的电池储能部署策略时，研究者使用他们的模型发现，同样的电池储能策略对不同地区存在不同的影响。由于各地区的新能源发电能力及相关电力需求不同，同一储能策略会造成不同的影响。研究者们根据各省的电力供需关系为标准，将不同的地区分为供应地区（本地总发电量超过了本地总负载，典型代表地区为西内蒙古）和需求地区（本地发电总量小于本地总负载，典型代表地区为重庆）。如图2所示，研究结果表明，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，同样的可再生能源端电池储能策略会产生相反的影响。而且相比可再生能源端电池储能策略，需求侧电池储能策略会对同一类型的区域会产生相反的影响。
有趣的是，当设定全国不同地区允许根据地区类型灵活选择不同的电池储能策略时，他们的研究结果表明，这样的策略可以实现总电力系统成本的有效降低和碳排放量的减少。如图3所示，根据不同地区的新能源发电资源和净电力需求，在不同类型的区域部署不同的电池储能策略，例如在电力供应地区更倾向于部署可再生能源端电池储能，在电力需求地区更倾向于部署需求侧电池储能，这样有效实现了各地区发电资源与电力需求的匹配，从而实现了整体系统的优化和成本降低。
图3 不同地区的最优电池储能策略组合（图源：Nature communications）
03 结论
新能源和储能技术是相辅相成的，只有合适的储能技术和部署，才能充分发挥新能源的优势，以最低的成本和更高的效率实现新型电力系统的搭建和脱碳。当前新能源发电技术和储能技术的发展越来越迅猛，未来需要在储能技术的选择和部署方面进行更广泛和深入的研究以进一步实现整体电力系统的优化。
