中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：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(gè)改變這個(gè)星球上每個(gè)人日常生活的舞臺。在不到150年的時(shí)間里，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)作的最關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施。它成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧４蠖鄶?shù)情況下，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都非常好，似乎大多數(shù)人已經(jīng)將隨時(shí)可用的電力視為理所當(dāng)然。但在電力系統(tǒng)故障來臨時(shí)，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(chǔ)能的原因。
光伏電站正在與能源管理系統(tǒng)和電池儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)能技術(shù)已悄然成為這些戰(zhàn)略的重要組成部分。能源儲(chǔ)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(shí)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(xiàng)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(jì)?！?
美國能源部的全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫顯示已安裝和擬安裝的的儲(chǔ)能項(xiàng)目（Tesla）
正在發(fā)生的改變
越來越多的儲(chǔ)能系統(tǒng)正在成為系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Salge說：“儲(chǔ)能為電網(wǎng)提供了許多額外的功能。不僅僅是存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)能潛力”的報(bào)告。報(bào)告指出：“以適當(dāng)規(guī)模部署儲(chǔ)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(shí)增強(qiáng)客戶體驗(yàn)?！?
事實(shí)上，當(dāng)今使用的最普遍的ESS技術(shù)是抽水蓄能，飛輪，超級電容器，超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器（SMES）和電池。從2013年到2016年，電池是儲(chǔ)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的最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(xiàng)目中，最常見的是基于電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）。索尼于1991年將第一款鋰離子（鋰離子）可充電電池商業(yè)化，并永久改變了儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)相比更具有競爭力。據(jù)通用電氣（GE）報(bào)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(shí)GE表示，“技術(shù)進(jìn)步將推動(dòng)價(jià)格進(jìn)一步下滑，使儲(chǔ)能更具吸引力?！?
彭博社新能源財(cái)經(jīng)頻道支持GE的預(yù)測，并預(yù)計(jì)鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步，到2030年，該價(jià)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(jì)，全球儲(chǔ)能市場“在2016年至2030年間將翻6倍”，并將由8個(gè)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(xiàng)目引領(lǐng)了儲(chǔ)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(chǔ)能的基礎(chǔ)知識。電力研究院（EPRI）表示，能源儲(chǔ)存的主要優(yōu)勢在于能源可以不隨時(shí)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(chǔ)存電力。不過，有間接存儲(chǔ)電力的方法。這些類型的存儲(chǔ)實(shí)際是某種形式的機(jī)械能，化學(xué)能量或動(dòng)能，需要電力在存儲(chǔ)之前轉(zhuǎn)換為上述形式，然后在某個(gè)時(shí)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(chǔ)介質(zhì)非常重要。在電源配置中，介質(zhì)設(shè)計(jì)為在短時(shí)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(jì)是為了長時(shí)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(chǔ)介質(zhì)需要認(rèn)真研究儲(chǔ)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(xiàng)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(jià)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(chǔ)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(gè)主題已經(jīng)發(fā)布了許多書籍、白皮書和報(bào)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：
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抽水 - 65％至80％
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飛輪 - 80％至90％
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電池 - 75％至90％
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熱能 - 65％至75％
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壓縮空氣 - 65％至75％。
ESS還會(huì)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(chǔ)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(gè)41兆瓦的GE電池儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)能的首選技術(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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能的市場將繼續(xù)增長和擴(kuò)張。Navigant Research表示：“儲(chǔ)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(dòng)型市場，規(guī)模不斷上升，價(jià)格也在下降。”
Tehachapi項(xiàng)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(shí)代
隨著可再生能源（例如太陽能和風(fēng)能的增長，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展是非常及時(shí)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(chǔ)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(dòng)車推動(dòng)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(gè)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(chǔ)能，一般的居民用戶正在利用這項(xiàng)技術(shù)。一些制造商專門為這個(gè)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(dòng)車的推動(dòng)之外，超級風(fēng)暴桑迪等極端天氣事件為儲(chǔ)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(gè)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(shí)，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(chǔ)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(chǔ)能
系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǔ)能不再是電網(wǎng)的邊緣技術(shù)，而是主要資源。2017年第一季度安裝了234兆瓦時(shí)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(chǔ)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(gè)大型項(xiàng)目的推動(dòng)下，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能部署計(jì)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(bào)告指出，在2015年至2016年之間委托的22個(gè)公用事業(yè)公司擁有的儲(chǔ)能項(xiàng)目中，除了一個(gè)以外，其余都是BESS?！颁囯x子電池系統(tǒng)占電池項(xiàng)目的98％，電力公司成為美國采用儲(chǔ)能技術(shù)增長最快的重要貢獻(xiàn)者。”
GTM和儲(chǔ)能協(xié)會(huì)在2017年底發(fā)布的一份聯(lián)合報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，來自14個(gè)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(chǔ)量。
Gigafactories
電動(dòng)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(gè)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(shí)計(jì)。gigafactory承諾降低鋰離子電池的價(jià)格，因此電動(dòng)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(shí)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(chǔ)能項(xiàng)目列入市政基礎(chǔ)設(shè)施中，其他州肯定會(huì)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(bào)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(jì)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(jì)將增加到65％。
最近，中國宣布計(jì)劃到2021年將其鋰離子電池容量增加到120GWh以上。彭博社報(bào)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。這將是歐洲最大的這種設(shè)施。ABB將為Northvolt的電池工廠提供機(jī)器人，自動(dòng)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(chǔ)能公司，將AES的Advancion和西門子的Sietorage儲(chǔ)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(chǔ)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，最終價(jià)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(jì)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(gè)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(cái)團(tuán)將在紐約建立一個(gè)15GWh的工廠。在泰國，Energy Absolute Public Co. Ltd.也宣布計(jì)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(dòng)了一個(gè)33MW的電網(wǎng)側(cè)BESS，用來黑啟動(dòng)（重新啟動(dòng)一臺備用的燃?xì)廨啓C(jī)）。這是第一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(jià)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(xiàng)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的唯一限制就是用戶構(gòu)建該應(yīng)用的能力。過去，儲(chǔ)能的定義是以兆瓦為額定功率和兆瓦時(shí)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(chǔ)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。
原文鏈接：Next-Gen Grid Relies on Energy Storage
