网格存储的重要性被低估了
目前的可再生能源承诺意味着全球将需要大量的电网储能容量。然而，尽管成本迅速下降，但以所需的规模部署电池技术的成本将很高。有时，可以通过增加对可再生基础设施的投资、建立过剩的容量来降低系统成本。
为什么我们需要网格存储
向无化石能源系统过渡将需要低碳发电的巨大增长，例如水能、核能、太阳能和风能。
水电和核电技术通常是需要较长规划和建设周期的大型项目。一般来说，太阳能和风能技术的部署速度相对较快，比其他低碳能源的投资回报更快。
由于能源供应的每日和季节性变化以及需求变化，太阳能和风能份额高的电网将出现间歇性。失衡期既可能发生在一天内，也可能发生在一年中，两者都会导致不同的供需整顿挑战。
有多种方法可以应对这种间歇性，包括需求侧管理、超大电力供应以允许灵活地满足所有条件下的需求，或使用储能系统将电力从供应过剩时期"转移"到短缺时期。
需要解决间歇性问题
为了进行下面的成本分析，我们模拟了一个情景，其中各地区遵循普通转型，达到承诺，电网高度脱碳，核能和水能在处理间歇性问题方面只发挥了很小的作用。我们已经对需要过度建设可再生基础设施以及大规模部署储能的系统的成本进行了建模。
在这项分析中，我们寻求在所需的存储容量和过度建设可再生能源之间找到最佳成本解决方案，以最大限度地减少供应短缺的发生——这里我们假设太阳能和风能的混合。因此，这种优化是由存储容量与可再生能源容量的相对成本驱动的。
储能技术包括电化学电池储能系统 （BESS）、机械（即抽水蓄能、压缩空气等）、热能等。BESS 将出现巨大增长，其中大部分将是锂离子磷酸盐 （LFP） 电池，这种电池安全且成本较低。
应该注意的是，我们的优化假设所有发电和需求中心之间完全互连。但是，实现这种互连的成本没有进行评估，并且会增加此处引用的任何成本。同样，未能实现完全连接将导致灵活性降低，并最终导致成本高于报价。
可再生能源容量的巨大增长将导致高昂的存储成本
CRU 认为，电网储能在脱碳计划中代表性不足，可再生能源容量目标需要更高，才能在经济上实现电网的完全脱碳。
为了证明这一点，我们根据 2022 年 12 月更新的 REPowerEU 计划对 2030 年欧洲的发电概况进行了建模，该计划的目标是到 2030 年实现 1,236 吉瓦的可再生能源装机容量。然后，我们将 CRU 对电力需求及其所需的电池存储容量的预测叠加在一起，如图 2 所示。
结果表明，欧洲已经在考虑在目标中实现一定程度的产能过剩：到 2030 年，非可再生能源可以满足 63% 的电网需求，而可再生能源的发电量相当于总需求的 70%。这意味着 ~33% 的过剩容量将需要削减或用于电网以外的目的。
即使容量超负荷，我们的分析表明，由于可再生能源的间歇性，仍然需要电池存储。根据需求模式应用历史趋势，并将不可再生能源电力视为基本负载电力，我们的模型显示，欧洲电网存储需要高达每日总电力需求的 30%。假设有灵活的化石燃料发电厂来应对前 10% 的极端供需赤字事件，到 2030 年，欧洲仍将需要 ~195 GW 的储能，相当于每日需求的 6%，而欧洲的总储能容量目前接近 ~60 GW（注意主要是抽水蓄能）。
到 2030 年，这一所需的存储水平将使可再生能源的加权平准化成本从 ~68 美元/MW 提高到 ~104 美元/MWh。在这种情况下，需要到 2030 年至少 ~150 美元/tCO2 的碳价格才能使可再生能源成本与天然气发电相比具有竞争力。
上述结果基于当前宣布的欧盟可再生能源部署目标。然而，我们认为，通过进一步扩大可再生能源供应规模（即消除可再生能源产能作为限制因素），可能会提供更优或成本更低的解决方案。下面，我们将分析应用于欧洲的情况，以确定成本最低的解决方案，并进一步将相同的方法应用于其他国家，以进行更广泛的比较。
可再生能源的更大规模化将是解决方案
如图 4 所示，欧洲可以通过进一步提高太阳能和风能装置的容量目标来降低存储成本。
对于欧洲，我们的分析表明，在电网中增加 6% 的可再生能源发电将使电池存储需求降低到 17 GW，相当于日产量的 0.5%，从而在 2030 年将可再生能源和电池存储的平准化成本降低 ~40 美元/MWh，与当前的承诺情景相比降低 38%。
将这种方法应用于其他地区，鉴于欧洲拥有为电网服务的可再生能源安装最雄心勃勃的目标之一，很明显，其他地方对必要存储成本的影响将更大。
美国气候全年变化很大（例如，极端寒冷事件相对频繁），因此电力需求相对不稳定。这表明满足这些大幅波动的需求的存储需求将很高且成本高昂。但是，可以通过扩大可再生能源容量基础来降低成本。日本的太阳能和风能资源天然负荷系数较低，因此也需要更高的可再生能源容量以降低存储成本。
下图显示，随着可再生能源 （RHS） 的过度建设，几个地区 （LHS） 的可再生能源和电池存储平准化成本将低于其最初的承诺。
乍一看，这似乎很浪费，因为可再生能源装置产生的电力中有很大一部分似乎没有得到利用。然而，我们认为这种"过剩"电力的很大一部分可以用于其他地方，例如灵活地使用电解槽生产氢气。
这可能会为所生产的电力创造两个定价点：当前并网用途向电网供应连续电力的价格较高，以及用于氢气生产的可变电力价格较低。在上图中，我们没有记入这种多余的电力，但这将降低报价成本，我们将在未来的见解中探索这些差异化的价格点。
建设更多的可再生能源可以降低平准化成本
随着可再生能源在发电结构中比例的增加，储能对电网的重要性将越来越大。然而，我们认为政策制定者尚未完全消化挑战的范围和供应间歇性的成本。
目前的长期承诺意味着需要非常高水平的电网存储容量来平衡电力供需之间的不匹配，但这将是昂贵的。通过过度建设可再生能源可以实现比目前暗示的更大程度的低成本解决方案，但这增加了建设大量可再生能源容量的挑战。我们认为，电网运营商和政策制定者尚未充分考虑这些相互竞争的挑战。
