新一代電網依賴儲能

中國儲能網訊：當愛迪生以珍珠街變電站為中心向人們提供電力以來，他設定了一個改變這個星球上每個人日常生活的舞台。在不到150年的時間裡，電力已經成為現代社會運作的最關鍵的基礎設施。它成為人們日常生活中不可或缺的一部分。大多數情況下，電力系統的設計和運行都非常好，似乎大多數人已經將隨時可用的電力視為理所當然。但在電力系統故障來臨時，城市因此暗淡，我們如何快速恢復供電？這就是為什麼過去幾年全行業更多關注儲能的原因。

光伏電站正在與能源管理系統和電池儲能相結合，使太陽能發電更加可靠

智能電網技術提高了電網的效率，同時也提高了系統的彈性，並解決了電能質量問題。這其中儲能技術已悄然成為這些戰略的重要組成部分。能源儲存系統（ESS）受到關注的原因是，首先它使得電網變得更加強壯，可以抵抗極端天氣，負荷平衡和安全問題等因素。輸電系統的區域化也越來越受到重視，統一的、大的同步電網受到干擾的後果更為嚴重。

由電網區域化帶來的問題是需要在發電和負載之間保持平衡，同時降低系統運行成本，這對任何技術而言都是相當嚴峻的挑戰，也沒有統一、一致的解決方案。

ABB電網技術負責人Gerhard Salge表示：「沒有任何一項技術可以使電網即柔性又有彈性。智能電網可以認為是一些關聯技術的組合; 就像組裝拼圖遊戲一樣，所有的作品都需要單獨設計。「

美國能源部的全球儲能資料庫顯示已安裝和擬安裝的的儲能項目（Tesla）

正在發生的改變

越來越多的儲能系統正在成為系統的關鍵環節。Salge說：「儲能為電網提供了許多額外的功能。不僅僅是存儲電力，它被用於電壓支持，頻率調節，負載均衡，電能質量，調峰，旋轉備用和限制發電容量快速增長。如何選擇正確的儲能技術，需要對技術和電網有準確的理解。

「除此之外，新建電網也必須足夠強壯，並且足夠靈活，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，更多地關注靈活性、數字轉型和提升潛力。無論儲能或其他應用，關鍵是要了解電網內所有關鍵元素以及它們之間如何相互作用。「

實現這個目標的一種方法是增加能夠在電網內獨立運行的能量系統。愛迪生電力研究所（EEI）於2017年5月發布了「激發儲能潛力」的報告。報告指出：「以適當規模部署儲能可以增強電力公司運營，並優化和支持電網，同時增強客戶體驗。「

事實上，當今使用的最普遍的ESS技術是抽水蓄能，飛輪，超級電容器，超導磁能存儲器（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域。在美國，ESS的最大用戶是電力公用事業單位; 它們占自2013年以來總部署容量的90％，工商業用戶佔9％，住宅僅佔1％。

這些項目中，最常見的是基於電池的儲能系統（BESS）。索尼於1991年將第一款鋰離子（鋰離子）可充電電池商業化，並永久改變了儲能系統的格局。今天，該行業正在為鋰離子電池生產設定記錄，這使得鋰離子電池與其他儲能技術相比更具有競爭力。據通用電氣（GE）報道，鋰離子電池成本已從2008年的超過2000美元/kWh降至今天低於300美元/kWh。同時GE表示，「技術進步將推動價格進一步下滑，使儲能更具吸引力。」

彭博社新能源財經頻道支持GE的預測，並預計鋰離子電池技術的進步，到2030年，該價格將降至120美元/kWh。此外，「全球[鋰離子]電池製造能力相對2021年將翻一番，達到278GWh，而當前則是103GWh。「

此外，據彭博社估計，全球儲能市場「在2016年至2030年間將翻6倍」，並將由8個國家所領導（美國，中國，日本，印度，德國，澳大利亞，韓國和英國），達到總發電裝機容量的70％。

自2013年以來，電池和蓄熱項目引領了儲能格局（Tesla）

基本面

在討論更多的趨勢和發展之前，重要的是看一下儲能的基礎知識。電力研究院（EPRI）表示，能源儲存的主要優勢在於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。這些類型的存儲實際是某種形式的機械能，化學能量或動能，需要電力在存儲之前轉換為上述形式，然後在某個時間點轉化為電力以供使用。

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非常重要。在電源配置中，介質設計為在短時間內向電網注入大量電力。對於能源配置而言，介質的設計是為了長時間向電網注入穩定的電力。為特定應用選擇正確的存儲介質需要認真研究儲能系統的功能要求和業主的需求，以及ESS對電網的影響。

投資規模

資金成本也與電力ESS項目有關，所選技術的類型和和額定功率決定了ESS的整體價格。還有轉換過程的成本。在電能轉換過程中的耗散，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這個主題已經發布了許多書籍、白皮書和報告。為了不陷入具體的數據，以下是ESS技術的一些行業認可的整體效率：

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還會產生其他相關成本，如，循環次數、壽命和老化。隨著BESS技術的成熟，行業已經看到了RTE和壽命的改善。材料和製造工藝的進步已經將電池存儲的經濟性提高到了可大批量部署的程度。

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

選擇什麼樣的電池

回到BESS，由於鋰離子電池在電動車（EV）行業的廣泛應用，成本已經下降，因此鋰離子電池已成為當今儲能的首選技術。鋰離子電池也容易擴展，響應迅速，無發射，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，能量轉換系統PCS和控制器。

電堆（電池，在這種情況下）實際上是儲能的容器。能量轉換系統對電池進行充電和放電。它由硬體和軟體組成，提供預期的電網調節功能和適當的電源質量要求。而且，在電網故障情況下，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介面。它支持頻率調節和負載平衡等專業應用功能。所有的趨勢和預測都顯示了基於電池儲能的市場將繼續增長和擴張。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設施市場轉向技術驅動型市場，規模不斷上升，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，以改善風力資源的整合（SCE）

新時代

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

有趣的是，不僅僅公用事業單位和商業用戶需要鋰電池儲能，一般的居民用戶正在利用這項技術。一些製造商專門為這個市場開發了相應的產品。比較著名的系統是ABB的React，特斯拉的Powerwall和宜家的電池組系統。隨著關注度的擴大，LG化學，日產，梅賽德斯 - 賓士，松下，Saft和sonnen等其他製造商也在向居民和商業客戶提供各種鋰離子電池系統。

除了來自電動車的推動之外，超級風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，導致15個州超過600萬客戶停電。不可忽視的是，微電網在暴風雨後為局部提供了電能。

2017年，當哈維，伊爾瑪和瑪麗亞颶風在墨西哥灣沿岸和加勒比海造成嚴重破壞時，這一想法得到進一步強化。公用事業，監管機構和客戶正在制定加強電網的戰略，儲能已經成為技術前沿。

在電網側還是用戶側安裝儲能

系統設計現在可以將新技術與問題相匹配，增加了可用的解決方案。儲能不再是電網的邊緣技術，而是主要資源。2017年第一季度安裝了234兆瓦時的容量，94％安裝在系統側。GTM研究公司發現，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，電網側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 等公司向公用事業公司提供了這些技術。「

EEI報告指出，在2015年至2016年之間委託的22個公用事業公司擁有的儲能項目中，除了一個以外，其餘都是BESS。「鋰離子電池系統占電池項目的98％，電力公司成為美國採用儲能技術增長最快的重要貢獻者。」

GTM和儲能協會在2017年底發布的一份聯合報告中發現，來自14個州的公用事業公司在他們的長期綜合資源規劃研究中包含了近2GWh的存儲量。

Gigafactories

電動汽車行業帶來的成本降低主要是通過向市場推出了「gigafactory」。這個術語具有革命性的含義：首先，這些工廠規模巨大（數千平方英尺），其次，每年生產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者提供更多的實惠。

這種可負擔性也有益於ESS，這對電力行業是及時的。加利福尼亞州已經授權其由公用事業公司承建的儲能項目列入市政基礎設施中，其他州肯定會遵循。

特斯拉已經和松下建立了合作夥伴關係，並在內華達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的新設施。新聞發布報告稱，490萬平方英尺僅佔總數的30％ 。該工廠的2018年電池產能設定為35 GWh。

特斯拉位於內華達州的斯帕克斯的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了Gigafactory 2，計劃在全球其他地區添加更多這類設施。根據彭博新能源金融公司的資料，全球55％的鋰離子電池產量來自中國; 到2021年這一比例預計將增加到65％。

最近，中國宣布計划到2021年將其鋰離子電池容量增加到120GWh以上。彭博社報道稱：「電池生產的大規模增長與中國光伏製造業的繁榮類似，十年前大幅改變了光伏發電市場。 」

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施。ABB將為Northvolt的電池工廠提供機器人，自動化和電氣化。

西門子和AES公司宣布成立Fluence Energy的合作夥伴關係。Fluence是一家新的全球儲能公司，將AES的Advancion和西門子的Sietorage儲能平台相結合，以滿足到2022年市場增長約8GWh的預測。這些發展符合摩根士丹利對能源存儲市場的預測。它的研究表明，未來兩到三年內市場將增長到40億美元，最終價值約為300億美元。

其他製造商已經宣布了大型的電池工廠生產計劃。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年鋰離子電池產能將達到50GWh。

一切為了平衡

這些電池系統正在發揮作用。去年，通用電氣公司在加利福尼亞州的帝國灌區的El Centro 發電站啟動了一個33MW的電網側BESS，用來黑啟動（重新啟動一台備用的燃氣輪機）。這是第一次將電池用於此目的。隨著供應商開發更多應用，現代ESS變得越來越有價值。備用容量調節正在使間歇性的可再生能源發電資源得到合理調度，這是一項重要的服務。ESS還提供電壓支持，調峰和負載均衡，幫助公用事業降低運營成本並延遲添加基礎發電設施。

該技術正在對電網產生影響，技術已逐步成熟，ESS的唯一限制就是用戶構建該應用的能力。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，但是現在它的容量遠遠超過想像。儲能提供了廣泛的應用和服務，這些技術是實實在在的，並正在成熟和規模性地部署。

關鍵字:儲能

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