電力系統(tǒng)中電池儲能的發(fā)展引起了業(yè)界和媒體的極大注意，而他們重點關(guān)注大型的公用事業(yè)規(guī)模的電池和工商業(yè)用戶使用的電池上。這些大型的電池是儲能市場的關(guān)鍵組成部分，然而戶用儲能系統(tǒng)的增速超出預期，這種資產(chǎn)很可能比預想的會提前發(fā)揮重要作用。這些戶用儲能系統(tǒng)發(fā)展的路徑及其對電力用戶和電網(wǎng)的潛在價值值得我們一探究竟。
在過去的四年里，美國戶用儲能系統(tǒng)的年新增裝機容量從2014年的2.25兆瓦時(MWh)躍升至2018年的185兆瓦時。很多消費者希望家庭電力系統(tǒng)更可控、更可靠和適應性更強，而戶用儲能可以滿足這些需求。正因為如此，很多社區(qū)將會很快擁有一個未曾預料的家用儲能系統(tǒng)資源網(wǎng)絡。這個網(wǎng)絡中的家庭用戶已經(jīng)購買了儲能資源，但不是每天都使用。怎樣做才能讓戶用儲能系統(tǒng)幫助本地的電力公司，從而讓電網(wǎng)運行地更有成本效益，更可靠，適應性更強，而且更安全?
在很多地區(qū)電網(wǎng)都承受著日益增長的壓力：電網(wǎng)資產(chǎn)正在老化;可再生能源發(fā)電量不斷增加，其間歇的特性讓它需要更多的平衡資源;極端天氣越來越常見。這些趨勢讓能源傳輸系統(tǒng)的瓶頸更加狹窄，導致電力成本會增加，并預示著地區(qū)性的停電會更加頻繁。
電力公司已經(jīng)著手增加電網(wǎng)的可靠性和適應性。有些電力公司已經(jīng)部署了所謂的需求響應方案，即鼓勵用戶在電力需求高峰時段減少用電。同時，電力公司還在推行全面的電網(wǎng)現(xiàn)代化項目，以增加電網(wǎng)輸電能力，并加固電網(wǎng)系統(tǒng)。有些電力公司大量投資公用事業(yè)規(guī)模的儲能解決方案，將大型電池系統(tǒng)安裝在發(fā)電廠、輸電線和變電站附近，以降低成本并提高系統(tǒng)可靠性。
隨著越來越多的用戶投資 “電表后端”(behind the meter)的戶用儲能系統(tǒng)，電力公司有了平衡電力供需的新手段。戶用電池可以連接在一起進行調(diào)度，以提供電網(wǎng)支持服務，這和今天電力公司使用需求響應項目和輔助服務資源非常類似。由于戶用電池已經(jīng)安裝好，調(diào)度戶用儲能資源的邊際成本會非常低。調(diào)度戶用電池可以幫助電力企業(yè)避免使用更多昂貴的補救措施，諸如重新啟動低效的調(diào)峰電廠或修建額外的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，而這些資源的利用率可能很低。
把戶用儲能系統(tǒng)整合到一個高效的、可以調(diào)度并支持電網(wǎng)的網(wǎng)絡并不容易，但是我們已經(jīng)看到成功的案例了。美國有些州設(shè)立了試點項目：在電力供應緊張的時段，電力公司會付費使用裝有電池系統(tǒng)的家庭儲存的電量。
為促進戶用儲能市場的發(fā)展，監(jiān)管部門和電力企業(yè)需要評估戶用儲能可以在什么地點以何種方式支持電網(wǎng)(例如在發(fā)電側(cè)發(fā)現(xiàn)容量緊張的情況)，并且在進行資源和電網(wǎng)規(guī)劃的時候把這些評估結(jié)果考慮在內(nèi)。監(jiān)管部門還需考慮對電池調(diào)峰調(diào)頻服務的費率和其他補償機制，并且思考如何把電池整合到系統(tǒng)設(shè)計中。同樣，戶用儲能網(wǎng)絡的運營商需要確保他們的客戶同意用電池來支持電網(wǎng)。運營商還需要向本地的電力企業(yè)證明這些電表后端的儲能系統(tǒng)十分可靠，即在電網(wǎng)發(fā)布需要支持的通知后，短時間內(nèi)可以進行調(diào)度。
追蹤戶用儲能的增長
戶用儲能安裝量在美國飛速增長：在過去的四年里年增長率超過200%，而且這個趨勢還會繼續(xù)(見圖表1)。在2018年新增戶用儲能裝機甚至第一次超過了公用事業(yè)規(guī)模的儲能裝機。這說明高價值客戶選擇擁有他們自己的儲能系統(tǒng)。
圖表1 “戶用儲能的井噴式增長剛剛開始”
美國每年戶用儲能安裝量(兆瓦時)
促進戶用儲能系統(tǒng)安裝量迅速增長的因素有：
—成本下降：2012~2017年，戶用儲能系統(tǒng)每千瓦時的成本每年下降15%以上。
— 斷電風險增長：每次大規(guī)模的颶風或暴風雨降臨之后，戶用儲能的安裝速度都會顯著增加。所以在像佛羅里達和德克薩斯這樣受過暴風雨襲擊的州，戶用儲能裝機容量增長迅速。同樣地，加利福尼亞州火災易發(fā)地區(qū)的家庭開始安裝家用儲能設(shè)施，以保證電力的可靠供應。
—電費結(jié)構(gòu)：有些電力公司設(shè)置了分時電價，即每天不同時段內(nèi)的電價不同。安裝有電池的家庭可以利用儲能系統(tǒng)最小化最高電價時段的用電量。
— 光伏加儲能的協(xié)同效益：整合安裝光伏和儲能系統(tǒng)成本更低，并且用戶可以更靈活的根據(jù)市場電價來調(diào)整用電量和發(fā)電量。以上兩個因素使光伏加儲能系統(tǒng)比單獨的儲能系統(tǒng)的成本降低了25%以上。
— 購買優(yōu)惠：政府給安裝戶用儲能提供的優(yōu)惠政策很有吸引力。戶用光伏加儲能項目可以申請聯(lián)邦投資抵稅，在今年這個措施能降低系統(tǒng)30%的安裝成本。像加利福尼亞州的“自發(fā)電激勵項目”這樣的地方優(yōu)惠政策，可以為家庭投資一般的戶用儲能系統(tǒng)節(jié)省1600~2500美元。
— 電網(wǎng)服務補償。最近一些地方電力公司開始設(shè)立項目，即在電力需求尖峰時刻，公司向擁有戶用儲能的家庭從電池向電網(wǎng)輸電付費(見圖表2)。相應地，這些用戶將得到補償，比如從電費單上扣除部分金額。馬薩諸塞州、羅德島州和費蒙特州推行了上述“用你自己的電池”的項目。
圖表2 “有償為電網(wǎng)服務的機制鼓勵了有儲能系統(tǒng)的家庭將其電池接受系統(tǒng)負荷集成商的調(diào)度，從而為這些家庭和其他電力用戶都創(chuàng)造了更多的價值。”
電池價值的構(gòu)成，以光伏加儲能且擁有電網(wǎng)服務補償?shù)南到y(tǒng)為例
戶用儲能系統(tǒng)已經(jīng)對超過20%的美國家庭有吸引力(見圖表3)。隨著制造商削減戶用儲能電池的生產(chǎn)成本，安裝公司利用學習效應和規(guī)模效應削減安裝成本，這個市場會繼續(xù)大幅擴張。我們預計 到2023年戶用儲能的年安裝量可能會超過2900兆瓦時。
圖表3 “戶用儲能對20%以上的美國家庭有吸引力，它帶給用戶價值，并滿足用戶對電力可靠性的需求”
帶給用戶價值的機會 電力可靠性的機會
來源：OpenEI 電價數(shù)據(jù)庫，美國能源信息署
越多的戶用儲能資源與電網(wǎng)相連，他們并入電網(wǎng)就能創(chuàng)造更多的價值。所以幾個州正在實驗針對戶用儲能并網(wǎng)的項目。馬薩諸塞州和紐約州在推行一個“清潔調(diào)峰”的政策。該政策鼓勵使用家庭儲能來滿足電力尖峰負荷，而不鼓勵使用備用的火電廠。從2020年開始，加利福尼亞州決心要求本州新建住宅安裝光伏系統(tǒng)，并鼓勵建筑商安裝電池儲能系統(tǒng)。這個政策是根據(jù)加州建筑能效標準第24條的修訂版制定的。
電力公司自己也在嘗試如何促進戶用儲能發(fā)展。英國國家電網(wǎng)公司(National Grid)為參與其“用你的電池”項目的客戶予以經(jīng)濟上的優(yōu)惠。Liberty Utilities最近開展了一個試點項目：該公司給用戶安裝家用儲能系統(tǒng)，并每月向用戶收取小額費用。這些系統(tǒng)為該公司提供了備用的電力資源。獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)新英格蘭(ISO New England)與專注于家用光伏和能源服務的公司Sunrun簽訂合同，約定后者將開發(fā)一定數(shù)量的戶用光伏加儲能系統(tǒng)，以增加前者在容量市場(capacity market)的資源。
展望未來：從戶用儲能挖掘更多的價值
隨著戶用儲能裝機容量基數(shù)的增加，這些儲能資產(chǎn)會分布的更密集并發(fā)揮規(guī)模效應，以通過下述方式提供有價值的電網(wǎng)服務：
—減少本地電網(wǎng)尖峰負荷，并優(yōu)化每戶的用電負荷。這可以讓本地的節(jié)點更安全可靠，因而電力公司可以推遲用于電網(wǎng)升級的投資。
—在電力供給受限制的區(qū)域減少負荷峰值，這可以降低用能成本。
—提升電力質(zhì)量并保護接入電網(wǎng)的設(shè)備，使其免受電壓突然升高等干擾的破壞。這可以延長用電設(shè)備的使用壽命。
然而，在實現(xiàn)戶用儲能提供電網(wǎng)服務的目標前，還需要考慮一些挑戰(zhàn)：
—戶用電池給家庭提供服務應該和給電網(wǎng)服務一樣安全可靠，這才能給用戶增強信心。
—分布式資源的集成商必須證明的是，家用電池在若干年中一直質(zhì)量可靠，可以被調(diào)度。
—電力公司需要自己(或聯(lián)合集成商)開發(fā)一些工具，以預測戶用儲能何時何地可以供電網(wǎng)使用。
—監(jiān)管機構(gòu)需要制定一個讓系統(tǒng)平均成本最小化的電價體系。這個體系可以激勵戶用電池在有價值的地方并網(wǎng)，并且防止交叉補貼有錢的用戶(見圖表4)。
圖表4 “分時電價和容量市場的補償可以鼓勵擁有戶用儲能的客戶參與提供電網(wǎng)服務的項目”
家庭光伏和儲能的使用情況(示意圖) 平均家庭用電負荷(示意圖)
要想開始推動戶用儲能的發(fā)展，電力公司和戶用儲能設(shè)備供應商可以進行合作，首先在電網(wǎng)運行約束較大的地區(qū)推廣戶用儲能。同樣，市場對電力調(diào)度軟件有需求，這方面的合作可以大幅度降低系統(tǒng)并網(wǎng)成本。
在過去的每一年中，隨著電池價格的降低和價值的增加，越來越多的美國家庭安裝了家用儲能系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對本地電網(wǎng)運營商的價值大的驚人。要想讓戶用儲能成功地與電網(wǎng)整合，所有的利益相關(guān)者——電力公司、家庭、戶用儲能供應商和監(jiān)管機構(gòu)需要協(xié)作，以增加電網(wǎng)的經(jīng)濟性、可靠性和安全性。有些地區(qū)決定利用已經(jīng)安裝的戶用儲能資源。它們可能發(fā)現(xiàn)這種預期之外的資源可以讓所有的電力公司用戶都從儲能技術(shù)中受益。
