什么是能源存儲？能源存儲吸收然后釋放電力，這樣電力可以在一個時間點生產(chǎn)，在另一個時間點使用。能源存儲的主要形式包括鋰離子、鉛酸和熔鹽電池以及流動池。能源存儲有四個主要優(yōu)點：第一，可用于平滑用電流量，因為用電流量會以不可預測的方式增加或減少；第二，存儲可以被整合進電力系統(tǒng)，這樣如果主要電力源壞了，存儲可以提供備用服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；第三，存儲可以提高發(fā)電或者傳輸配送資產(chǎn)的利用率，例如可以存儲超過現(xiàn)在需求的電力；第四，在某些市場，發(fā)電成本在某一時點會明顯低于其他時點，存儲有助于平滑成本。從歷史角度說，企業(yè)、電網(wǎng)運營商、獨立電力供應(yīng)商和公共機構(gòu)對能源存儲設(shè)備的投資帶來了很多益處，無論對他們自己還是整個電網(wǎng)。當存儲成本下降時，所有權(quán)將拓寬，許多新商業(yè)模式將產(chǎn)生。
許多人將性價比可接受的能源存儲視為不連續(xù)可再生能源（如太陽能和風電）丟失的連接器，并且能源存儲7天24小時可靠。存儲在滿足其他需求如緩解擁塞和平滑可再生能源發(fā)電導致電力供應(yīng)不穩(wěn)定方面的潛力巨大，引發(fā)了公共機構(gòu)的巨大興趣。主要工業(yè)企業(yè)將存儲視為可以改變汽車、渦輪機和消費電子的技術(shù)。
然而，另一些人持不同觀點，堅信存儲短時間內(nèi)不可能成本經(jīng)濟。這種悲觀情緒不可能消除。能源存儲根本性改變將在未來某個時點發(fā)生，目前存儲還只是滄海一粟。2015年，美國創(chuàng)紀錄的新建了221兆瓦存儲容量，是2014年65兆瓦的3倍多，2014年已比前一年有了大幅提升。但是2015年超過160兆瓦是由區(qū)域傳輸組織PJM單獨部署的。而且221兆瓦在美國超過100萬兆瓦的發(fā)電總量中占比微乎其微。
業(yè)內(nèi)研究表明近期固定能源存儲潛力巨大。原因之一是成本在下降，到2020年可能達到200美元/千瓦時，是現(xiàn)在價格的一半，到2025年達到160美元/千瓦時或者更少；另一個原因是確認最經(jīng)濟的項目和最高潛力的存儲客戶已經(jīng)成為各個不同企業(yè)（包括電力供應(yīng)商、電網(wǎng)運營商、電池制造商、能源存儲集成商和已與潛在客戶如太陽能開發(fā)商和能源服務(wù)企業(yè)建立固定聯(lián)系的企業(yè)）的首要工作。
競爭點在哪兒？模型探索
確定和優(yōu)選項目和客戶比較復雜，意味著衡量電如何被使用、成本如何以及存儲價格是多少。
但是，更多時候可以獲取電力使用數(shù)據(jù)的機構(gòu)不完全理解如何估算存儲的經(jīng)濟性；而理解這些經(jīng)濟指標的機構(gòu)又苦于接觸不到電力使用的真實數(shù)據(jù)。而且，趨勢是做分析的時候?qū)?shù)據(jù)平均處理。然而在估計能源存儲前景時合計數(shù)字用處不大，因為彼此緊鄰的相似建筑的電力使用類型也可能完全不同。基于平均數(shù)據(jù)得出的結(jié)論在判斷服務(wù)哪些客戶能實現(xiàn)盈利方面并不準確。
為確定理想的客戶，需要建立一套考慮以下三類真實數(shù)據(jù)的能源存儲分配模型：
*電力生產(chǎn)和消耗（“負荷分布”），至少以數(shù)秒或者數(shù)分鐘為單位；
*電池特性，包括價格和性能；
*電力價格和稅。
下圖表明確定能源存儲規(guī)模和類型的模型。這些存儲主要用于滿足諸如減緩需求、提供頻率調(diào)整服務(wù)、改變或者提高規(guī)模電網(wǎng)中可再生電力的控制力以及存儲來自住宅太陽能的電力等目標。
該模型表明，為四個最重要應(yīng)用（需量電費管理、電網(wǎng)級可再生能源電力、小規(guī)模太陽能+存儲和頻率調(diào)節(jié)）中的每個客戶提供能源存儲解決方案已經(jīng)可以盈利。
需量電費管理
一些客戶需要為高峰時段使用電力付費（需量電費）。能源存儲可以用于降低最高耗量（客戶從電網(wǎng)中使用的最大電力），以此減少客戶的需量電費。據(jù)麥肯錫計算，北美大多數(shù)客戶需量電費的收支平衡點是9美元/千瓦。麥肯錫預計，到2020年該費用可減低至4或5美元/千瓦。重要的是，即使服務(wù)同一地理區(qū)域內(nèi)潛在能源存儲客戶并繳納相同稅收，盈利能力也不盡相同，主要原因是客戶特有的活動不同。另一個有趣的情況是，隨著存儲成本的下降，不僅服務(wù)更多客戶有了經(jīng)濟性依據(jù)，現(xiàn)有客戶存儲的最佳規(guī)模也相應(yīng)增加。
電網(wǎng)級可再生能源
能源存儲可以平滑或穩(wěn)定風能及太陽能場的產(chǎn)出，也就是說，減少了特定時間發(fā)電的不確定性。為穩(wěn)定風電付出的額外成本可以低至2或3美分/千瓦時。穩(wěn)定太陽能的成本約為10美分/千瓦時，因為太能能場每天運行時間比風能場短。
小規(guī)模太陽能+存儲
在住宅級，太陽能和存儲混合僅在存儲價值大于安裝成本的特定市場和監(jiān)管條件下才可行。例如，當額外產(chǎn)能能夠存儲用于日后的消耗時，即可實現(xiàn)。在那種情況下，消費者需要從電網(wǎng)都買更少的電力以減少成本。
頻率調(diào)節(jié)
電網(wǎng)在發(fā)電和消費之間存在連續(xù)的不穩(wěn)定，因為成千上萬的設(shè)備毫不相關(guān)的啟動或者關(guān)閉。這些不穩(wěn)定造成電力頻率不一致，這會有損敏感的設(shè)備，并且如果不檢查或者允許這些不一致擴大將有可能影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。由于其快速反應(yīng)時間和有效的充放電能力，存儲系統(tǒng)可以很好的進行頻率調(diào)節(jié)。
據(jù)麥肯錫分析，存儲在選擇頻率調(diào)節(jié)的市場可以盈利。理想的說，電池可以維持在特定的充電狀態(tài)以減少存儲的需求量。
如何競爭：電池狀態(tài)
電池技術(shù)，尤其是鋰離子電池，正在獲得越來越多的關(guān)注，取得的進步也最大。2015年新的能源存儲布局中95%是鋰離子技術(shù)。它們也被廣泛應(yīng)用于消費電子，同時在電動車應(yīng)用中也有很大前景，如混合動力車和電動車。鋰離子電池價格一直在下降，安全性不斷提升，而且它們既可以短時間內(nèi)需要大量能源的環(huán)境中（如電力環(huán)境）應(yīng)用，也可以在較實踐中需要相對較少能源的能源環(huán)境中應(yīng)用?？傮w而言，這些特性令鋰離子電池適合在整個電網(wǎng)（從大型公共級設(shè)備到輸配設(shè)施，以及獨立商業(yè)、工業(yè)和住宅系統(tǒng)）作為固定能源存儲。
麥肯錫的模型向公共級能源存儲證明了鋰離子電池的中心地位，但也提出2項警告：第一，根據(jù)具體應(yīng)用匹配不同類型鋰離子電池的性能非常關(guān)鍵。例如有兩家主要的鋰離子電池供應(yīng)商正在競爭一個特殊的工業(yè)應(yīng)用，其中一個公司的產(chǎn)品由于更快的充放電能力在86%的工作區(qū)域中比另外一家更經(jīng)濟，每年可增加收益接近25美元/千瓦時。第二，在一些特殊應(yīng)用中，非鋰離子技術(shù)可能工作效果更好。對于需量電費和住宅太陽能+存儲，某些鉛酸產(chǎn)品比鋰離子電池更劃算。對于大型風電設(shè)施，除了極短時間（少于一小時）情況下，流動池都比鋰離子電池經(jīng)濟，這種情況預計可持續(xù)到2020年。
政策和市場限制
麥肯錫模型表明，即使今天能源存儲也有利可圖，支持性的政策將會迅速使市場擴大。在確實提供監(jiān)管支持的市場如美國PJM和加利福尼亞市場，能源存儲比其他沒有政策支持的產(chǎn)品應(yīng)用的快。在大多數(shù)市場，政策和鼓勵沒能優(yōu)化能源存儲配置。例如，不連續(xù)的可再生能源產(chǎn)出可以每分鐘兆瓦的速度改變，但是沒有大的鼓勵將可再生能源存儲用作平滑電力產(chǎn)出。
另一個問題是稅收不同，且對鼓勵能源存儲配置沒有連續(xù)性。這樣一來，具有相似負荷需求的客戶也有不同選擇，一些稅收為電力系統(tǒng)采用存儲提供了鼓勵，然后也有一些沒有。將負荷與合適的稅收匹配并確保稅收的穩(wěn)定有助于對能源存儲建立經(jīng)濟的商業(yè)模式。
最后，不能將具體模型、客戶數(shù)據(jù)和電池性能（部分由于政策選擇和規(guī)則限制數(shù)據(jù)獲取）導致確定和獲得現(xiàn)有機會也很困難。
如何把握未來
首先，能源存儲已經(jīng)在特定應(yīng)用中實現(xiàn)成本經(jīng)濟。這一點在強調(diào)正式授權(quán)、一些存儲項目補貼和非經(jīng)濟或者很難衡量存儲經(jīng)濟特性的情況下被忽略。
第二，市場參與者需要獲得詳細數(shù)據(jù)，以此確認和優(yōu)先有經(jīng)濟收益的客戶。由于能源存儲的復雜性，配置更需要推動銷售模式而非拉動銷售模式，優(yōu)先采用創(chuàng)造性的方式獲取和使用數(shù)據(jù)的企業(yè)。
第三，存儲提供商在設(shè)計存儲系統(tǒng)時必須開明，決定使用鋰離子電池、鉛酸、流動池或者其他技術(shù)哪一個才能獲得最大價值。采用多項技術(shù)可能帶來額外成本，但也會避免突然的價格上浮。
第四，使用電池和負荷數(shù)據(jù)的公司可能獲得良好收益。每個客戶的獨有特性要求定制產(chǎn)品，包括發(fā)現(xiàn)和獲取最大價值計算方法的進步。隨著監(jiān)管和技術(shù)的演進，有力的客戶關(guān)系有助于獲得相關(guān)數(shù)據(jù)和開發(fā)最有經(jīng)濟性的解決方案。
第五，如何利用存儲降低系統(tǒng)成本需要一些思考。案例可能包括與電力生產(chǎn)和消耗重大變動相關(guān)的價格信號，鼓勵存儲服務(wù)于鄰近多區(qū)域的規(guī)則，以及優(yōu)先可再生電力自我消費的稅收。
最重要的提示是，能源存儲的大規(guī)模配置對許多電力市場可能顛覆以往商業(yè)。例如在發(fā)達國家，傳統(tǒng)上中央或大型發(fā)電設(shè)施被用于滿足即時需求，輔助服務(wù)用語平滑發(fā)電和負荷間的矛盾。能源存儲正好提供這樣的輔助服務(wù)。最終，隨著成本的下降，存儲也將扮演更多角色，為電網(wǎng)提供越來越多的電力，代替電廠。當然，現(xiàn)在這一時刻還沒有到來。必須承認，能源存儲有機會從物理性和經(jīng)濟性方面改變工業(yè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在上世紀或更久前定義了電力市場。
