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 當(dāng)愛迪生以珍珠街變電站為中心向人們提供電力以來，他設(shè)定了一個改變這個星球上每個人日常生活的舞臺。在不到150年的時間里，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代社會運(yùn)作的關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施。它成為人們?nèi)粘Ｉ�活中不可或缺的一部分。大多�?shù)情況下，電力系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行都非常好，似乎大多數(shù)人已經(jīng)將隨時可用的電力視為理所當(dāng)然。但在電力系統(tǒng)故障來臨時，城市因此暗淡，我們?nèi)绾慰焖倩謴?fù)供電?這就是為什么過去幾年全行業(yè)更多關(guān)注儲能的原因。

光伏電站正在與能源管理系統(tǒng)和電池儲能相結(jié)合，使太陽能發(fā)電更加可靠

智能電網(wǎng)技術(shù)提高了電網(wǎng)的效率，同時也提高了系統(tǒng)的彈性，并解決了電能質(zhì)量問題。這其中儲能技術(shù)已悄然成為這些戰(zhàn)略的重要組成部分。能源儲存系統(tǒng)(ESS)受到關(guān)注的原因是，首先它使得電網(wǎng)變得更加強(qiáng)壯，可以抵抗極端天氣，負(fù)荷平衡和安全問題等因素。輸電系統(tǒng)的區(qū)域化也越來越受到重視，統(tǒng)一的、大的同步電網(wǎng)受到干擾的后果更為嚴(yán)重。

由電網(wǎng)區(qū)域化帶來的問題是需要在發(fā)電和負(fù)載之間保持平衡，同時降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，這對任何技術(shù)而言都是相當(dāng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也沒有統(tǒng)一、一致的解決方案。

ABB電網(wǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人Gerhard Salge表示：“沒有任何一項技術(shù)可以使電網(wǎng)即柔性又有彈性。智能電網(wǎng)可以認(rèn)為是一些關(guān)聯(lián)技術(shù)的組合; 就像組裝拼圖游戲一樣，所有的作品都需要單獨(dú)設(shè)計。”

美國能源部的全球儲能數(shù)據(jù)庫顯示已安裝和擬安裝的的儲能項目(Tesla)

正在發(fā)生的改變

越來越多的儲能系統(tǒng)正在成為系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Salge說：“儲能為電網(wǎng)提供了許多額外的功能。不僅僅是存儲電力，它被用于電壓支持，頻率調(diào)節(jié)，負(fù)載均衡，電能質(zhì)量，調(diào)峰，旋轉(zhuǎn)備用和限制發(fā)電容量快速增長。如何選擇正確的儲能技術(shù)，需要對技術(shù)和電網(wǎng)有準(zhǔn)確的理解。”

“除此之外，新建電網(wǎng)也必須足夠強(qiáng)壯，并且足夠靈活，可以在今天和未來的五年，十年或十五年滿足需求。我們的投資必須做到面向未來，更多地關(guān)注靈活性、數(shù)字轉(zhuǎn)型和提升潛力。無論儲能或其他應(yīng)用，關(guān)鍵是要了解電網(wǎng)內(nèi)所有關(guān)鍵元素以及它們之間如何相互作用。”

實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的一種方法是增加能夠在電網(wǎng)內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行的能量系統(tǒng)。愛迪生電力研究所(EEI)于2017年5月發(fā)布了“激發(fā)儲能潛力”的報告。報告指出：“以適當(dāng)規(guī)模部署儲能可以增強(qiáng)電力公司運(yùn)營，并優(yōu)化和支持電網(wǎng)，同時增強(qiáng)客戶體驗(yàn)。”

事實(shí)上，當(dāng)今使用的普遍的ESS技術(shù)是抽水蓄能，飛輪，超級電容器，超導(dǎo)磁能存儲器(SMES)和電池。從2013年到2016年，電池是儲能市場的主力，未來的增長似乎將集中在電池領(lǐng)域。在美國，ESS的大用戶是電力公用事業(yè)單位; 它們占自2013年以來總部署容量的90%，工商業(yè)用戶占9%，住宅僅占1%。

這些項目中，常見的是基于電池的儲能系統(tǒng)(BESS)。索尼于1991年將款鋰離子(鋰離子)可充電電池商業(yè)化，并永久改變了儲能系統(tǒng)的格局。今天，該行業(yè)正在為鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)定記錄，這使得鋰離子電池與其他儲能技術(shù)相比更具有競爭力。據(jù)通用電氣(GE)報道，鋰離子電池成本已從2008年的超過2000美元/kWh降至今天低于300美元/kWh。同時GE表示，“技術(shù)進(jìn)步將推動價格進(jìn)一步下滑，使儲能更具吸引力。”

彭博社新能源財經(jīng)頻道支持GE的預(yù)測，并預(yù)計鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步，到2030年，該價格將降至120美元/kWh。此外，“全球[鋰離子]電池制造能力相對2021年將翻一番，達(dá)到278GWh，而當(dāng)前則是103GWh。”

此外，據(jù)彭博社估計，全球儲能市場“在2016年至2030年間將翻6倍”，并將由8個國家所領(lǐng)導(dǎo)(美國，中國，日本，印度，德國，澳大利亞，韓國和英國)，達(dá)到總發(fā)電裝機(jī)容量的70%。

自2013年以來，電池和蓄熱項目引領(lǐng)了儲能格局(Tesla)

基本面

在討論更多的趨勢和發(fā)展之前，重要的是看一下儲能的基礎(chǔ)知識。電力研究院(EPRI)表示，能源儲存的主要優(yōu)勢在于能源可以不隨時間的推移而消失。不幸的是，EPRI指出——除了線圈和電容器外，沒有辦法直接儲存電力。不過，有間接存儲電力的方法。這些類型的存儲實(shí)際是某種形式的機(jī)械能，化學(xué)能量或動能，需要電力在存儲之前轉(zhuǎn)換為上述形式，然后在某個時間點(diǎn)轉(zhuǎn)化為電力以供使用。

電力ESS通常被定義為“電源配置”或“能源配置”，因此選擇正確的存儲介質(zhì)非常重要。在電源配置中，介質(zhì)設(shè)計為在短時間內(nèi)向電網(wǎng)注入大量電力。對于能源配置而言，介質(zhì)的設(shè)計是為了長時間向電網(wǎng)注入穩(wěn)定的電力。為特定應(yīng)用選擇正確的存儲介質(zhì)需要認(rèn)真研究儲能系統(tǒng)的功能要求和業(yè)主的需求，以及ESS對電網(wǎng)的影響。

投資規(guī)模

資金成本也與電力ESS項目有關(guān)，所選技術(shù)的類型和和額定功率決定了ESS的整體價格。還有轉(zhuǎn)換過程的成本。在電能轉(zhuǎn)換過程中的耗散，通常稱為儲能效率(RTE)——它是充電和放電周期中損失的功率比率。

針對RTE這個主題已經(jīng)發(fā)布了許多書籍、白皮書和報告。為了不陷入具體的數(shù)據(jù)，以下是ESS技術(shù)的一些行業(yè)認(rèn)可的整體效率：

抽水 - 65%至80%

飛輪 - 80%至90%

電池 - 75%至90%

熱能 - 65%至75%

壓縮空氣 - 65%至75%。

ESS還會產(chǎn)生其他相關(guān)成本，如，循環(huán)次數(shù)、壽命和老化。隨著BESS技術(shù)的成熟，行業(yè)已經(jīng)看到了RTE和壽命的改善。材料和制造工藝的進(jìn)步已經(jīng)將電池存儲的經(jīng)濟(jì)性提高到了可大批量部署的程度。

Arenko集團(tuán)將在英國安裝一個41兆瓦的GE電池儲能系統(tǒng)，以緩解英國電網(wǎng)的壓力(GE)

選擇什么樣的電池

回到BESS，由于鋰離子電池在電動車(EV)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，成本已經(jīng)下降，因此鋰離子電池已成為當(dāng)今儲能的技術(shù)。鋰離子電池也容易擴(kuò)展，響應(yīng)迅速，無發(fā)射，可以放在任何需要的地方。因此儲能方案可以簡單地分解為基本組件，由三大部分組成：電堆，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS和控制器。

電堆(電池，在這種情況下)實(shí)際上是儲能的容器。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)對電池進(jìn)行充電和放電。它由硬件和軟件組成，提供預(yù)期的電網(wǎng)調(diào)節(jié)功能和適當(dāng)?shù)碾娫促|(zhì)量要求。而且，在電網(wǎng)故障情況下，它具備一定的低電壓穿越功能。

控制器是電池和用戶之間的接口。它支持頻率調(diào)節(jié)和負(fù)載平衡等專業(yè)應(yīng)用功能。所有的趨勢和預(yù)測都顯示了基于電池儲能的市場將繼續(xù)增長和擴(kuò)張。Navigant Research表示：“儲能正在從類似抽水蓄能和地下壓縮空氣似的大型基礎(chǔ)設(shè)施市場轉(zhuǎn)向技術(shù)驅(qū)動型市場，規(guī)模不斷上升，價格也在下降。”

Tehachapi項目擁有32兆瓦鋰離子電池和智能變頻系統(tǒng)，以改善風(fēng)力資源的整合(SCE)

新時代

隨著可再生能源(例如太陽能和風(fēng)能的增長，儲能技術(shù)發(fā)展是非常及時的。這些可再生能源使向電網(wǎng)可靠供電成為比以往更大的挑戰(zhàn)。風(fēng)能和太陽能發(fā)電需要一些東西來使其可調(diào)度，電池儲能成為這些新能源必要的補(bǔ)充。鉛酸，硫化鈉(NaS)，氧化還原液流和鋰離子電池一直是受到關(guān)注的技術(shù)，但隨著電動車推動鋰離子電池技術(shù)的技術(shù)發(fā)展，鋰離子電池的使用正在吸引眾多行業(yè)。目前看來，鋰離子電池是一個已經(jīng)走向成熟的領(lǐng)域。

有趣的是，不僅僅公用事業(yè)單位和商業(yè)用戶需要鋰電池儲能，一般的居民用戶正在利用這項技術(shù)。一些制造商專門為這個市場開發(fā)了相應(yīng)的產(chǎn)品。比較著名的系統(tǒng)是ABB的React，特斯拉的Powerwall和宜家的電池組系統(tǒng)。隨著關(guān)注度的擴(kuò)大，LG化學(xué)，日產(chǎn)，梅賽德斯 - 奔馳，松下，Saft和sonnen等其他制造商也在向居民和商業(yè)客戶提供各種鋰離子電池系統(tǒng)。

除了來自電動車的推動之外，超級風(fēng)暴桑迪等極端天氣事件為儲能電池加了一把火。桑迪造成的北美海岸線大停電，導(dǎo)致15個州超過600萬客戶停電。不可忽視的是，微電網(wǎng)在暴風(fēng)雨后為局部提供了電能。

2017年，當(dāng)哈維，伊爾瑪和瑪麗亞颶風(fēng)在墨西哥灣沿岸和加勒比海造成嚴(yán)重破壞時，這一想法得到進(jìn)一步強(qiáng)化。公用事業(yè)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)和客戶正在制定加強(qiáng)電網(wǎng)的戰(zhàn)略，儲能已經(jīng)成為技術(shù)前沿。

在電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)安裝儲能

系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)在可以將新技術(shù)與問題相匹配，增加了可用的解決方案。儲能不再是電網(wǎng)的邊緣技術(shù)，而是主要資源。2017年季度安裝了234兆瓦時的容量，94%安裝在系統(tǒng)側(cè)。GTM研究公司發(fā)現(xiàn)，去年與過去相比儲能總的容量增長了五十多倍。”

“在亞利桑那州，加利福尼亞州和夏威夷的幾個大型項目的推動下，電網(wǎng)側(cè)儲能部署計劃年同比增長591%。ABB, Eaton, GE Energy, Panasonic, S&C Electric, Samsung, Schneider Electric 和Siemens 等公司向公用事業(yè)公司提供了這些技術(shù)。“

EEI報告指出，在2015年至2016年之間委托的22個公用事業(yè)公司擁有的儲能項目中，除了一個以外，其余都是BESS。“鋰離子電池系統(tǒng)占電池項目的98%，電力公司成為美國采用儲能技術(shù)增長快的重要貢獻(xiàn)者。”

GTM和儲能協(xié)會在2017年底發(fā)布的一份聯(lián)合報告中發(fā)現(xiàn)，來自14個州的公用事業(yè)公司在他們的長期綜合資源規(guī)劃研究中包含了近2GWh的存儲量。

Gigafactories

電動汽車行業(yè)帶來的成本降低主要是通過向市場推出了“gigafactory”。這個術(shù)語具有革命性的含義：首先，這些工廠規(guī)模巨大(數(shù)千平方英尺)，其次，每年生產(chǎn)的電池以千兆小時計。gigafactory承諾降低鋰離子電池的價格，因此電動汽車將為消費(fèi)者提供更多的實(shí)惠。

這種可負(fù)擔(dān)性也有益于ESS，這對電力行業(yè)是及時的。加利福尼亞州已經(jīng)授權(quán)其由公用事業(yè)公司承建的儲能項目列入市政基礎(chǔ)設(shè)施中，其他州肯定會遵循。

特斯拉已經(jīng)和松下建立了合作伙伴關(guān)系，并在內(nèi)華達(dá)州斯帕克斯興建了一座電池千兆廠，總面積約為490萬平方英尺，稱為Gigafactory 1的新設(shè)施。新聞發(fā)布報告稱，490萬平方英尺僅占總數(shù)的30% 。該工廠的2018年電池產(chǎn)能設(shè)定為35 GWh。

特斯拉位于內(nèi)華達(dá)州的斯帕克斯的490萬平方英尺的Gigafactory 1工廠(Tesla)

2017年，特斯拉還在紐約布法羅開設(shè)了Gigafactory 2，計劃在全球其他地區(qū)添加更多這類設(shè)施。根據(jù)彭博新能源金融公司的資料，全球55%的鋰離子電池產(chǎn)量來自中國; 到2021年這一比例預(yù)計將增加到65%。

近，中國宣布計劃到2021年將其鋰離子電池容量增加到120GWh以上。彭博社報道稱：“電池生產(chǎn)的大規(guī)模增長與中國光伏制造業(yè)的繁榮類似，十年前大幅改變了光伏發(fā)電市場。 ”

ABB和Northvolt AB宣布合作在瑞典建立一座大型鋰離子電池工廠。這將是歐洲大的這種設(shè)施。ABB將為Northvolt的電池工廠提供機(jī)器人，自動化和電氣化。

西門子和AES公司宣布成立Fluence Energy的合作伙伴關(guān)系。Fluence是一家新的全球儲能公司，將AES的Advancion和西門子的Sietorage儲能平臺相結(jié)合，以滿足到2022年市場增長約8GWh的預(yù)測。這些發(fā)展符合摩根士丹利對能源存儲市場的預(yù)測。它的研究表明，未來兩到三年內(nèi)市場將增長到40億美元，終價值約為300億美元。

其他制造商已經(jīng)宣布了大型的電池工廠生產(chǎn)計劃。戴姆勒的子公司Deutsche Accumotive GmbH&Co. KG表示，將在德國建造一座新的工廠，生產(chǎn)320,000個鋰離子電池。Boston Energy&Innovation，Charge CCCV LLC，C&D Assembly Inc.，Primet Precision Materials Inc.和Magnis Resources Ltd.的財團(tuán)將在紐約建立一個15GWh的工廠。在泰國，Energy Absolute Public Co. Ltd.也宣布計劃在亞洲投資29億美元，到2020年鋰離子電池產(chǎn)能將達(dá)到50GWh。

一切為了平衡

這些電池系統(tǒng)正在發(fā)揮作用。去年，通用電氣公司在加利福尼亞州的帝國灌區(qū)的El Centro 發(fā)電站啟動了一個33MW的電網(wǎng)側(cè)BESS，用來黑啟動(重新啟動一臺備用的燃?xì)廨啓C(jī))。這是次將電池用于此目的。隨著供應(yīng)商開發(fā)更多應(yīng)用，現(xiàn)代ESS變得越來越有價值。備用容量調(diào)節(jié)正在使間歇性的可再生能源發(fā)電資源得到合理調(diào)度，這是一項重要的服務(wù)。ESS還提供電壓支持，調(diào)峰和負(fù)載均衡，幫助公用事業(yè)降低運(yùn)營成本并延遲添加基礎(chǔ)發(fā)電設(shè)施。

該技術(shù)正在對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，技術(shù)已逐步成熟，ESS的限制就是用戶構(gòu)建該應(yīng)用的能力。過去，儲能的定義是以兆瓦為額定功率和兆瓦時的容量來定義的，但是現(xiàn)在它的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過想象。儲能提供了廣泛的應(yīng)用和服務(wù)，這些技術(shù)是實(shí)實(shí)在在的，并正在成熟和規(guī)模性地部署。

原標(biāo)題:新一代電網(wǎng)依賴儲能