電力市場(chǎng)鏈的銜接
傳統(tǒng)上，電力市場(chǎng)可分為五個(gè)部分：
1. 燃料或能源
用來(lái)發(fā)電的資源包括非可再生能源如煤炭、石油、天然氣和核能使
用鈾，以及如太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能和氫氣等可再生資源。
2．發(fā)電
目前，工業(yè)化國(guó)家產(chǎn)生的電力大部分來(lái)自于大型的集中設(shè)施。這些產(chǎn)家具有良好的經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)，但通常電力通過長(zhǎng)途傳輸，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。電能質(zhì)量也會(huì)受到影響。分布式發(fā)電是另一種方法。定義為發(fā)電廠靠近電力使用的地方，它減少了輸電過程中的能量損失。采用先進(jìn)的電池技術(shù)，公共事業(yè)公司目前可以在變電站裝置大容量的蓄電池 –在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就有存儲(chǔ)幾個(gè)兆瓦的能力。
3．輸電
電力傳輸是大量的電能傳輸。典型的輸電網(wǎng)連接發(fā)電設(shè)施和居民區(qū)附近的多個(gè)變電站。網(wǎng)格互連發(fā)電機(jī)和負(fù)荷并在一般情況下能提供多條路徑。電力傳輸允許遙遠(yuǎn)的能源連接到消費(fèi)者居住的人口集中地。
在網(wǎng)絡(luò)上點(diǎn)與點(diǎn)之間有多條線路 - 冗余路徑 – 可以讓能量根據(jù)傳輸途徑的經(jīng)濟(jì)學(xué)和電力的成本通過種種途徑從任何電廠傳輸?shù)饺魏呜?fù)荷中心。電力在變電站離開輸電網(wǎng)，那里的變壓器可以把電壓降低到一個(gè)較低的水平，以便分配給商業(yè)和住宅用戶使用。
4． 分配
現(xiàn)代分配系統(tǒng)作為主回路開始離開分站和作為輔助服務(wù)結(jié)束進(jìn)入客戶的電表。如上所述，分布式發(fā)電可以減少必須建造的電源線規(guī)模和數(shù)量。對(duì)于那些住在離配電系統(tǒng)很遠(yuǎn)地區(qū)的許多人來(lái)說(shuō)將配電線路延伸燃料、發(fā)電、輸電、分配和交付之后，儲(chǔ)能做為第六因素在市場(chǎng)鏈中起很重要的作用。到每個(gè)結(jié)構(gòu)是非常昂貴的 - 分布式發(fā)電往往是最好的和唯一的選擇。
5．交付
交付最終用戶（客戶）和當(dāng)?shù)氐墓彩聵I(yè)公司相互之間的聯(lián)系。電力服務(wù)定價(jià)依據(jù)是公共事業(yè)的費(fèi)用。用戶是按用電量的多少（通常是一個(gè)固定電費(fèi)價(jià)格）收取的。現(xiàn)行制度缺乏的是一個(gè)雙向的信息流動(dòng)。公用事業(yè)知道什么時(shí)候用電將最昂貴，反過來(lái)什么時(shí)候用電最便宜，但沒有把這方面的信息給予客戶的簡(jiǎn)單途徑。而且，由于電力價(jià)格可以按天、小時(shí)、甚至
分鐘波動(dòng)，星期一下午的信息到星期五上午就沒有用處了。那么，能量存儲(chǔ)怎么連接到該價(jià)值鏈中？很多專家認(rèn)為，存儲(chǔ)是電力市場(chǎng)第六個(gè)重要組成部分。存儲(chǔ)的容量將提高電力供應(yīng)的可靠性，提高現(xiàn)有發(fā)電和輸電設(shè)施的效率，減少新的和現(xiàn)有設(shè)施的投資。在他的能量存儲(chǔ)書中，理查德?巴克斯特說(shuō)，“能量存儲(chǔ)技術(shù)突破電力生產(chǎn)之間的聯(lián)系和需求，允許存儲(chǔ)電力供以后使用。
電力市場(chǎng)鏈與儲(chǔ)能
儲(chǔ)能有助于同步的能源供應(yīng)和需求。客戶以合理的價(jià)格得到他們希望、需要的電力- 而公用事業(yè)可以更容易預(yù)測(cè)用電量，減少自己的成本和增加利潤(rùn)的可能性。由于自然環(huán)境而引起的能源來(lái)源波動(dòng)也可以成功地整合到這網(wǎng)絡(luò)。
電力公共事業(yè)產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)
電力公共事業(yè)產(chǎn)業(yè)主要面臨5大挑戰(zhàn)：
1. 波動(dòng)性（指能源供應(yīng)和價(jià)格）電力短缺和過剩造成價(jià)格和可用性大幅波動(dòng)。在大量需要電力的時(shí)候，成本高峰期的電廠必須按照相應(yīng)的高燃料成本，常常是天然氣，周期性地開啟和關(guān)閉發(fā)電設(shè)備。而電力需求低的時(shí)候，發(fā)電廠必須繼續(xù)運(yùn)行，往往比他們的最大發(fā)電能量小的多。
2． 發(fā)電設(shè)備的低使用率
由于電網(wǎng)的運(yùn)行與一個(gè)大型的及時(shí)電力生產(chǎn)和傳輸系統(tǒng)非常相似，傳輸和分配系統(tǒng)必須調(diào)整以適應(yīng)最大或“高峰期”，而不是一個(gè)經(jīng)計(jì)算的平均值。這保證了電力設(shè)施會(huì)被充分利用。據(jù)
專家估計(jì)，高峰負(fù)荷一年只出現(xiàn)400小時(shí)。而滿足高峰需求所需的資本投資往往是最昂貴的建設(shè)。
3. “臟”電
政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)一份報(bào)告已經(jīng)明確地指出，在過去50年間所發(fā)生的全球氣候變暖是由人類活動(dòng)引起的溫室氣體（GHGs），如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）濃度升高造成的。4 發(fā)電是世界上溫室氣體最大的排放源。
沒有單一的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。通過提高整體系統(tǒng)的效率和與能量存儲(chǔ)結(jié)合的再生資源使用，業(yè)界專業(yè)人士可以對(duì)未來(lái)的碳排放限制做出計(jì)劃并作出反應(yīng)。
4．輸電阻塞
電力傳輸系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的平衡系統(tǒng)。隨著電力從發(fā)電廠流向最終用戶，輸電網(wǎng)上的情況總是在變化。荷載打開和關(guān)閉、中斷發(fā)生、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電力批發(fā)在轉(zhuǎn)移。為了抵消這些變化，公用事業(yè)時(shí)時(shí)刻刻啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)電系統(tǒng)，以便遵循負(fù)載以應(yīng)付需求。電力需求的增加導(dǎo)致更多的擠塞情況，要求公用事業(yè)單位增加對(duì)穩(wěn)定設(shè)備的投資。而這些全球性電力需求只會(huì)繼續(xù)上升。
5．安全
基于全國(guó)和全世界事件基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)安全因素困擾著電力行業(yè)。全球的燃料供應(yīng)降低、對(duì)不穩(wěn)定的國(guó)家供應(yīng)依賴和燃料成本的上升使許多國(guó)家出現(xiàn)了的問題比獲得的答案多的多。供電
網(wǎng)局部的問題可以在幾秒鐘內(nèi)蔓延。缺乏備份系統(tǒng)使意外的中斷有更多的機(jī)會(huì)發(fā)生。當(dāng)能量存儲(chǔ)技術(shù)與當(dāng)前的公用事業(yè)實(shí)施做法結(jié)合在一起的時(shí)候可以減少這些問題所造成的每一個(gè)威脅。供應(yīng)短缺的時(shí)候有可用的電源和供應(yīng)過量的時(shí)候能夠吸收和存儲(chǔ)可以讓價(jià)格和實(shí)際供應(yīng)的高峰期變得平緩。更多地利用現(xiàn)有資產(chǎn)將促進(jìn)私人投資，反過來(lái)會(huì)提高質(zhì)量和電源供應(yīng)。可再生能源與溫室氣體的生產(chǎn)做斗爭(zhēng)并滿足對(duì)碳的限制。分布式發(fā)電可以通過使用可再生能源減少對(duì)全球燃料供應(yīng)的依賴和在電力使用的地方找到發(fā)電燃料解決擠塞和安全方面二個(gè)問題。
9個(gè)對(duì)電網(wǎng)最有前途的儲(chǔ)能技術(shù)
根據(jù)公共事業(yè)的應(yīng)用，存儲(chǔ)技術(shù)一般分為三大類。能源管理提供了一種將來(lái)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)移能源消耗的方式。通常這被稱為負(fù)載均衡，在能源成本低、消費(fèi)價(jià)格高的時(shí)候發(fā)電。橋接電源用來(lái)確保服務(wù)的連續(xù)性，尤其是從一個(gè)發(fā)電廠變化到另外一個(gè)發(fā)電廠。這些存儲(chǔ)應(yīng)用從幾秒鐘到幾分鐘時(shí)間里在任何地方都需要。高質(zhì)量的電力存儲(chǔ)工具時(shí)時(shí)刻刻都需要，以便保持電力的質(zhì)量。
大多數(shù)存儲(chǔ)技術(shù)只能在一個(gè)類別中能夠提供最佳的性能。其他考慮因素包括能量密度（根據(jù)規(guī)模和重量），所有權(quán)總成本（包括設(shè)備的使用壽命、操作和維護(hù)成本）、數(shù)以百計(jì)或數(shù)以千計(jì)的充電和放電周期中得出的設(shè)備效率和循環(huán)壽命（收益率為每周期成本）。
下面是各種存儲(chǔ)工具容量范圍的例子。
下面的存儲(chǔ)方法顯示最有希望、在大多數(shù)情況下已經(jīng)被證明在全球各地能被應(yīng)用。
壓縮空氣能量存儲(chǔ)（CAES），技術(shù)上考慮混合存儲(chǔ)/電力生產(chǎn)系統(tǒng)，使用非高峰期的電力馬達(dá)或發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)迫使空氣進(jìn)入地下蓄池，如含水層、鹽的洞穴或廢棄礦井堅(jiān)硬的巖石。當(dāng)電力需求達(dá)到高峰時(shí)，這個(gè)過程正好相反。那個(gè)壓縮空氣返回到地面，使用天然氣加熱和讓其高速運(yùn)行，通過高壓和低壓擴(kuò)展到馬達(dá)或發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。
在傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)上，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的空氣是壓縮的并使用天然氣加熱。壓縮空氣能量存儲(chǔ)技術(shù)需要更少的天然氣生產(chǎn)電力，因?yàn)樗褂靡驯粔嚎s的空氣。這些高峰期電廠生產(chǎn)相同數(shù)量的電力比常規(guī)天然氣渦輪機(jī)節(jié)省40%的天然氣。 在德國(guó)有一個(gè)290兆瓦的發(fā)電設(shè)施和在美國(guó)有110兆瓦的工廠。這兩家工廠已運(yùn)作了近30年。
按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，泵力存儲(chǔ)有兩個(gè)海拔明顯不同的大型水庫(kù)。使用非高峰電力，水從海拔低的水庫(kù)抽到海拔高的水庫(kù)，并存儲(chǔ)在那里。當(dāng)需要的時(shí)候，從海拔高的水庫(kù)放水帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。這是最成熟的、規(guī)模最大的能量存儲(chǔ)，這些設(shè)施需要最佳的地理特征、大幅土地并有高昂的建筑成本和需要長(zhǎng)期的建設(shè)時(shí)間。
抽水蓄能水電設(shè)備給企業(yè)的生產(chǎn)和停產(chǎn)提供了更大的靈活性，并對(duì)設(shè)備使用壽命沒有明顯的有害影響，而且零燃料費(fèi)用，沒有溫室氣體的排放，可以在較低的最低負(fù)荷運(yùn)行工作 - 通常低于額定容量的10％。這些工廠還有較高的負(fù)載變化速度，這意味著電力輸出的差異每分鐘可高達(dá)100%。6全球的抽水蓄能電站列表很長(zhǎng)，僅在中國(guó)正在使用或在未來(lái)10年內(nèi)計(jì)劃建設(shè)的就有超過50家工廠。
飛輪通過加快轉(zhuǎn)子的速度和象慣性能量一樣把能量存儲(chǔ)在系統(tǒng)里來(lái)存儲(chǔ)能量。通過相反過程把能量從存儲(chǔ)設(shè)備中釋放出來(lái)，并使用馬達(dá)發(fā)電。隨著飛輪釋放其能量，轉(zhuǎn)子速度減慢直至全部的能量被釋放。
飛輪轉(zhuǎn)子可以通過使用先進(jìn)的復(fù)合材料制造出來(lái)，降低了轉(zhuǎn)子的重量及允許極高的速度。大部分的飛輪技術(shù)是為汽車和航空應(yīng)用開發(fā)的。這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，具有較比電池系統(tǒng)更低的維護(hù)成本。電力輸送能力下降到150千瓦至1兆瓦?？萍及l(fā)展的重點(diǎn)是市場(chǎng)需要更好的電力質(zhì)量和可靠性。
超高電容器是電化學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備，它像普通版本的電容器一樣工作。也稱為超級(jí)電容器，它們?cè)陟o電場(chǎng)而不是在化學(xué)形態(tài)下存儲(chǔ)能量。
超高電容器可以迅速解決電力的緊張并能承受幾十萬(wàn)次周期的充放電循環(huán)，而電池只能承受幾百次或幾千次。缺點(diǎn)是他們的價(jià)格比電池高和使用的技術(shù)不夠成熟。在電力系統(tǒng)，他們最有可能被做為電源不間斷供應(yīng)的橋梁來(lái)使用，就像飛輪一樣。
電池以化學(xué)方式存儲(chǔ)能量，并使用一個(gè)封閉的能源體系。所有電池都是電化學(xué)電池。它們可以以有限的數(shù)目充電和使用。目前，電池是唯一能存儲(chǔ)太陽(yáng)能的方式。
機(jī)遇在于使用聯(lián)合使用超高電容器和電池，發(fā)揮他們兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。把超高電容器作為功率器件，把電池作為能源器件，聯(lián)合提供更有效的能量存儲(chǔ)，并在取代大型、昂貴的電池時(shí)候，減輕對(duì)保修問題的擔(dān)憂。
鉛酸電池是最常見的電池類型。公用事業(yè)和電力用戶在急需關(guān)鍵電力的時(shí)候把它當(dāng)作備份能源來(lái)使用。通常情況下，鉛酸電池由板、鉛、35％硫酸溶液和65％水浸泡而成的氧化鉛組成。這個(gè)解決方案被稱為“電解質(zhì)”，并導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電子。各種其他因素也用來(lái)改變密度、硬度以及板孔隙度。
最近，兩種新型鉛酸電池已經(jīng)出現(xiàn)。 調(diào)節(jié)閥鉛酸（閥控式鉛酸）電池是密封的，不需要用水和比普通鉛酸電池需要較少的維護(hù)。凝膠型鉛酸電池用凝膠，而不是充滿液體，使之不太可能泄漏。
流體電池的工作方式與牽頭鉛酸蓄電池一樣，但電解質(zhì)存儲(chǔ)在外部容器，并通過電池分發(fā)棧需要。這種充電電解質(zhì)外部水庫(kù)要多大就可以有多大，也可以隨便放在一個(gè)地方。有些流體電池使用兩個(gè)不同類型的電解質(zhì)，分開存儲(chǔ)。
流體電池的電容量只受電解質(zhì)水庫(kù)容量的限制。它們?yōu)殡娏W(wǎng)上的負(fù)載均衡應(yīng)用提供了非常高的功率和非常的的高容量電池。鋅溴（ZnBr）流體電池在美國(guó)通常被使用。無(wú)論是鈉硫電池還是鋰離子電池被認(rèn)為是先進(jìn)的電池技術(shù)，但它們目前對(duì)于大型公共事業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)太貴了，但在制造工廠，它們被當(dāng)作高電力質(zhì)量和備份使用。
鈉硫（NAS）電池可以在高溫下工作，并已經(jīng)被證明在極端條件下可以安全使用。在日本，這種電池被公共事業(yè)部門廣泛使用，7 這種技術(shù)在190多個(gè)站點(diǎn)上被使用，總量超過270兆瓦。最大的裝置是日本北部的34兆瓦、245兆瓦小時(shí)站點(diǎn)，用于風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性。
鋰離子電池在50％以上的小便攜式電子市場(chǎng)上被使用，它提供的運(yùn)行時(shí)間是傳統(tǒng)電池的兩倍。估計(jì)超過$ 600/kWh的昂貴費(fèi)用是目前限制大規(guī)模生成的主要原因，但一些公司正在努力降低生產(chǎn)成本。
再生燃料電池，也稱為氧化還原流體電池，通過兩個(gè)鹽溶液（電解質(zhì)）之間的逆轉(zhuǎn)電化反應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)和釋放能量。無(wú)論是溴化鋅（ZnBr）還是溴化鈉（溴化）都被當(dāng)作電解質(zhì)使用。一個(gè)例子是熔鹽被當(dāng)作太陽(yáng)能集中電源熱存儲(chǔ)介質(zhì)使用。熔鹽在大氣壓力下呈現(xiàn)液體狀態(tài)，是高效、低成本的解決方案。
儲(chǔ)能技術(shù)的4個(gè)主要益處
存儲(chǔ)技術(shù)作為一個(gè)整體在容量和應(yīng)用上差異非常大。雖然能量存儲(chǔ)被形容為電力市場(chǎng)的一個(gè)“令人震驚的創(chuàng)舉”，但能量存儲(chǔ)被許多公共事業(yè)公司認(rèn)為是微不足道的工具，但當(dāng)它被接入系統(tǒng)的時(shí)候，可以提供增量和有利影響。當(dāng)實(shí)施先進(jìn)的能量存儲(chǔ)技術(shù)的時(shí)候，主要有四個(gè)方面的益處：
1．提高電力質(zhì)量
目前，電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者更關(guān)心的是如何防止中斷而不是考慮電力質(zhì)量。電力質(zhì)量是指一整套指標(biāo)，使電器及系統(tǒng)功能按其預(yù)定的方式運(yùn)營(yíng)，并不造成性能的重大浪費(fèi)。9 21世紀(jì)的電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)指的是提供沒有凹陷、尖峰、混亂和中斷的電力。電力質(zhì)量差可導(dǎo)致失靈、過早故障或設(shè)備無(wú)法運(yùn)行。如在醫(yī)院和緊急服務(wù)部門的關(guān)鍵應(yīng)用需要高度安全。一些專家甚至預(yù)測(cè)，消費(fèi)者將按不同的價(jià)格提供不同檔次質(zhì)量的電力。
2． 提高穩(wěn)定性和可用性
一個(gè)穩(wěn)定的電網(wǎng)保護(hù)敏感的制造業(yè)和計(jì)算機(jī)裝備不受不可預(yù)測(cè)電壓和頻率變化的影響。經(jīng)常以毫秒為計(jì)算單位，這些變化可能破壞脆弱的設(shè)備。停電和電壓過低提高了設(shè)備的停機(jī)時(shí)間和降低了工人的生產(chǎn)力，每年給美國(guó)造成約1500億美元的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）損
失。存儲(chǔ)應(yīng)用還可以以不間斷電源（UPS）的方式提供“橋梁”電力。這使消費(fèi)者能夠避免短期電力中斷而造成的負(fù)面影響。
3． 資產(chǎn)的更高利用
在大多數(shù)行業(yè)，供應(yīng)和需求幾乎同等重要。然而在電力行業(yè)，需求仍然是國(guó)王。公用事業(yè)必須提供電力之前能夠預(yù)測(cè)剛剛顯露的需求。不知道什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)用量“高峰”和高峰有多高，共同事業(yè)必須時(shí)刻保持“高峰”并隨時(shí)提供用量，雖然他們知道高峰時(shí)間不超過5％。
存儲(chǔ)技術(shù)在滿足需求的同時(shí)可同時(shí)提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)緩沖和安全因素。
由于電力批發(fā)價(jià)格全天各不相同，什么時(shí)候電力售出與出售了多少電力同樣重要。在非高峰期生產(chǎn)的電力存儲(chǔ)費(fèi)用可以輕而易舉地被高峰時(shí)間段的價(jià)值所抵消。在新設(shè)備的新資本投資可能會(huì)被減少。
4．增強(qiáng)的可再生能源
象風(fēng)力和太陽(yáng)能這些可再生能源具有易變性和很難被預(yù)測(cè)。儲(chǔ)能幫助解決與可再生能源相關(guān)的問題，將有助于這些技術(shù)更快發(fā)展，達(dá)到更大的市場(chǎng)規(guī)模。
通過存儲(chǔ)來(lái)自可再生能源的電力資源，他們從低價(jià)值、計(jì)劃外的電源轉(zhuǎn)向高價(jià)值的、可靠的產(chǎn)品。存儲(chǔ)可再生能源并用合約形式釋放，使電力更有價(jià)值。離網(wǎng)電力系統(tǒng)是全球能力的一小部分，可以
通過一個(gè)更大范圍的發(fā)電來(lái)源獲得，并使之更有價(jià)值。
