电力系统因其供需必须实时精确匹配且无法储存能源的特性，需要维持大量昂贵的备用容量来确保稳定，这增加了成本和排放。随着可再生能源的普及，电网波动性加剧，而电池储能技术以其快速响应和灵活性，能有效平衡供需、降低备用成本并提升电网效率。然而，当前的电力市场和监管机制未能充分发挥电池的价值。未来的关键在于推动基于实时、分区域定价的市场改革，以促进电池等灵活资源的广泛应用，最终实现更经济、高效和可靠的电力系统转型。
电力系统的独特困境：无法储存
所有关键基础设施都依赖于缓冲、库存和存储，唯独电力系统是个例外。电力供应和需求必须在每一刻都精确匹配，系统中没有任何缓冲余地。
- 需求超载的风险： 如果需求短暂超过供应，电网频率会下降，可能导致设备关闭和大规模停电。
- 供应过剩的风险： 如果供应超过需求，电网会变得不稳定，迫使运营商迅速削减发电量。
- 高昂的成本： 为了维持平衡，系统依赖于复杂的规则。大部分基础设施（如发电厂和输电线）仅为应对罕见事件而建，大部分时间处于闲置状态，其成本最终由消费者承担。
这种“即时”供应模式导致了一个昂贵、低效且难以跟上能源转型步伐的电网。
传统发电厂的脆弱性
传统的火电站（无论是燃煤、核电还是燃气）启动过程缓慢，通常需要长达 20 小时来预热，以避免设备损坏。一旦上线运行，它们也可能出人意料地脆弱。
- 极端天气的影响： 严寒天气可能导致冷却水进水口结冰，酷暑则可能因水源不足或过热而导致停机。
- 可再生能源的挑战： 太阳能和风能的间歇性正在重塑电力供应曲线。当太阳能发电在傍晚时段迅速下降而用电负荷依然很高时，电网面临紧急状况的风险。
北美电力可靠性公司（NERC）警告称，不断增长的“间歇性可再生能源”正在导致晚间时段出现紧急状况的风险，因为此时太阳能发电量下降，而负荷仍然很高。
电池：为电网注入灵活性
电池储能技术为这一结构性困境提供了出路，它首次为电力系统引入了“库存”的概念。其价值远不止是储存多余的太阳能或风能。
电池的灵活性体现在多个方面：
- 毫秒级响应： 能够即时在消耗和供应电力之间切换。
- 多重角色： 可用于稳定频率、支持本地配电网络、削减高峰需求和缓解输电线路压力。
- 部署灵活： 无需燃料，无本地污染，可以部署在靠近用电负荷的地方。
与单一用途的传统资产不同，电池可以根据当前最有价值的需求，实时调整其扮演的角色。
电池如何降低成本并提升可靠性
电池的快速响应能力使其在多个方面展现出巨大优势，从而降低整个系统的运行成本。
1. 降低可靠性成本
在电力市场中，“辅助服务”是电网的保险，用于在几分钟内快速响应以稳定频率。电池凭借其毫秒级的响应速度，迅速主导了这一市场，并大幅拉低了价格。
在德克萨斯州，一年之内，辅助服务的价格从每兆瓦时 3.74 美元降至 0.98 美元。在加利福尼亚州，2024 年的辅助服务成本比 2023 年低了约三分之一。
一个著名的例子是 2017 年澳大利亚的霍恩斯代尔储能电站。当一个燃煤发电机组意外掉线时，该电池系统在毫秒内注入电力，成功稳定了电网频率，为其他发电机组争取了启动时间，避免了一场大停电。
2. 减少冗余建设
电池比新建的燃气轮机更便宜，也更适合处理日常的用电高峰。它们在需求低谷时充电，在高峰时放电，从而减少了为满足短暂高峰而建设过多发电厂的需求。
- 在德克萨斯州，电池在傍晚时段放电，填补了太阳能发电下降后的缺口。这使得 2024 年傍晚 6 点到 9 点的批发电价从前一年的 332 美元降至 80 美元。
3. 缓解输配电压力
输配电线路的建设成本高昂，且通常利用率不足 50%。电池可以通过两种方式解决这个问题：
- 本地削峰填谷： 安装在用户侧的电池可以在非高峰时段充电，在高峰时段放电，从而使本地需求可以暂时超过线路的额定容量，避免了昂贵的线路升级。
- 充当备用电源： 线路上的电池可以作为自身的备用，减少了建设冗余线路的需求。
真正的障碍：过时的市场规则
尽管电池技术发展迅速，但其部署仍不均衡。主要原因是许多电力市场的监管体系并非为它们而设计。
深层问题在于，许多电力市场通过固定电价、统一区域定价和价格上限等方式，抑制或扭曲了价格信号。这些政策保护了陈旧、僵化的火电厂，使其免于被市场淘汰。
没有强大的、反映实时和地域差异的价格信号，电池等灵活资源就无法充分展示其经济价值，导致系统默认继续资助那些过度且僵化的发电容量。
拥抱市场：通往未来的道路
一个更高效的电力系统依赖于拥抱而非抵制市场和价格信号。
- 价格应反映现实： 价格需要根据地点和时间进行浮动，这样投资者和运营商才能清楚地知道哪里最需要电力。
- 灵活的并网规则： 应允许新项目在接受电网拥堵时可能被限电的风险下快速并网，而不是等待漫长的研究和升级。
- 让市场发挥作用： 让价格自然涨落，能够激励发电机组和储能系统在最需要的时候提供电力，从而减少对复杂调度和容量市场的依赖。
德克萨斯州已经是一个清晰的范例。通过采用基于位置的实时电价，该州在需求快速增长的同时，电网可靠性反而得到了提升，短期价格尖峰持续时间从几小时缩短到几分钟。
通过让价格反映现实，系统可以运行得更便宜、响应更精确。电池将是未来电力系统的基石，它能将可靠性内嵌于系统之中，而不是作为一个昂贵的附加项。