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电网存储变得更智能、更稳定

2022-08-10 15:29:00

电网可以分为五个主要关注领域：发电、转换、配电、存储和监控。正如飓风哈维和艾尔玛明确指出的那样，最容易被忽视的一个方面是在危机时期最能提供帮助的方面。那就是存储，随着可再生能源开始卸载甚至主动为电网做出贡献，增强存储的新方法和技术正在出现。

从电子学的角度来看，电网存储几乎可以看作是电源中的平滑电容器：在额外负载时，存储的电荷使电源保持稳定。然而，主要区别之一是，在电网的情况下，当“负载”与可再生能源结合使用时，它能够回馈源头。正是这种共生关系使电网存储不同于电源或手电筒或电动汽车等经典电池应用。这种关系也极大地促进了网格存储技术的发展。

从新的化学物质到完善的充电/放电曲线和更密切的系统健康监测，对提高电网存储效率的重视随着部署数量的增加而增加。根据 GTM Research 的数据，美国在 2017 年第二季度部署了 50.4 MWh 的储能，同比增长 6%（图 1）。

图 1：2017 年第二季度，美国部署了 50.4 兆瓦时的储能，比 2016 年同期增长 6%。用户侧部署量环比增长 140%。图片来源：GTM 研究。

用户端部署——即住宅和商业等非公用事业部署——环比增长 140%。进一步细分，住宅市场较 2017 年第一季度增长 89%，而非住宅市场增长 151%。

总体而言，根据这项研究，以 MWH 计，仪表后部署占部署的 63%，“这是由于大多数公用事业规模系统的持续时间短，放电持续时间为 30 分钟或较少的。”

电池储能系统和可再生能源电池储能和可再生能源之间的关系密切。由于能源是使用太阳能、风能或热源等在当地产生的，因此可以储存能量以供以后使用（时移）。此外，未使用的电力可以卖回给当地的公用事业公司。然而，对于数据中心和企业而言，在紧急情况下拥有本地存储的能源变得越来越重要。

对于公用事业来说，电池储能起到了供电电容器的作用：它加强了电力输送，按需提供峰值电力。这需要高浪涌电流能力，因此铅酸（LA）电池很受欢迎，因为它们可以在降低成本的同时超规格。然而，新的电池技术正在迎头赶上，因此 LA 电池在 2017 年第二季度仅占市场的 0.5%。此外，公用事业需要长寿命和可靠性，这是 LA 电池所缺乏的特性。

因此，迄今为止最流行的存储机制是锂离子（Li-ion）。事实上，锂离子在第二季度占据了 94.2% 的市场份额（图 2）。

图 2：铅酸正在下降，钒的氧化还原流量正在上升，但锂离子显然是基于电网的储能的首选化学物质，无论是在电表后面还是前面。图片来源：GTM 研究。

尽管如此，钒氧化还原液流（V-flow）电池等新化学物质仍然很有趣，因为它们具有长期稳定性。与需要改变状态以产生电能的两种化学物质相互作用的传统电池不同，V-flow 电池通过电池的两种液态钒电解质之间的可逆还原-氧化反应进行充电和放电（图 3）。

图 3：V-flow 电池在大规模现场工业部署中挑战锂离子电池，因为它们可以使用长达 20 年，并且具有几乎无限次的充电-再充电循环。图片来源：斯坦福大学。

稳定性部分源于电解质储存在单独的罐中而不是电池本身的事实。它也是无毒的、本质上安全的，并且可以使用 20 年或更长时间。

电池包括两个腔室，正极和负极，由离子交换膜隔开。使用泵，两个腔室循环含有不同价态钒的电解质。能量是通过提供电子来储存的，而能量是通过失去电子来释放的，全部通过膜。

UniEnergy Technologies （UET）是至少三家将 V-flow 技术商业化的公司之一，它最近宣布在夏威夷进行部署，该州 56% 的能源来自可再生资源，包括水电和地热。UET 将于 2018 年初在夏威夷自然能源实验室（NELHA）网关中心部署其 ReFlex 储能系统的 100 千瓦/500 千瓦时版本。这是该州合作、共享资源和吸引公司努力的一部分有兴趣在夏威夷岛上测试评估存储系统。

“UET 先进的钒 ESS 可以提供许多好处，例如通过频率、电压和无功功率控制以及分布式可再生能源的调度能力提高电网稳定性，”UET 首席执行官 Gary Yang 说，并补充说该技术“长期- 持久、安全、可回收且具有成本效益。”

UET 已部署在其他地方，包括华盛顿州 SnoPUD Everett 变电站的 2 兆瓦/8 兆瓦时装置。

特斯拉加速 BESS 的锂离子电池部署当 UET 从启动阶段开始大规模部署 V-flow 时，特斯拉正在加速利用锂离子技术向 BESS 进军。其 Powerwall（住宅）和 Powerpack（商业）技术均作为在停电期间提供支持的一种方式提供，或者在与可再生能源一起使用时作为全面的离网解决方案提供。一个典型的 14 千瓦时 Powerwall 电池成本为 5，500 美元，另外还有 700 美元用于支持设备，尽管逆变器是内置的。典型的安装成本为 800 至 2，000 美元。

现在在第二版中，随着部署的增加和技术的进步，更大的 Powerpack 系统的价格一直在下降。首席执行官埃隆马斯克最近宣布将在南澳大利亚部署一个 100 兆瓦的系统。它将用于储存詹姆斯敦风电场的能源，并可能为多达 50，000 户家庭供电。特斯拉还在加利福尼亚州的 Mira Loma 变电站部署，以在需求高峰期帮助当地电网。

与其他网格存储解决方案一样，Powerpack 可以执行：

调峰，其中电池在高峰需求时放电，以避免或减少需求费用

负载转移，将能源消耗从一个时间点转移到另一个时间点，以降低能源成本

紧急备用（独立或连接到可再生能源）

需求响应，其中它响应来自需求响应管理员的信号而立即放电，以减轻电网负载的峰值

这些功能可用于支持电网，但它们需要一定程度的实时监控、通信和控制，而这只能通过有效应用获取的数据来实现。这种程度的支持以备受讨论的物联网的形式出现，与 BESS 和可再生技术的整合一起，将更有效地利用当前的能源。

增强的能力以及降低的成本也将为在适用的情况下增加使用替代能源提供更有力的经济理由。　　

审核编辑：彭静

电网智能卸载增强