挂钩安全性：储能产业成“重要一环”-北极星输配电网

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RedoxCube项目计划利用天然气产生25兆瓦的燃料电池。图片来源：RedoxPowerSystems

即将到来的新型燃料电池能消除这种权衡利弊的需要，并且使可再生能源并入电网变得更加容易。

随着成本下降以及各国政府和公司力图减少温室气体排放，对太阳能光伏和风力涡轮机的投资正在猛增。然而，来自风和太阳的波动电量威胁着电网的稳定性。当更多的间歇性能源被连接起来，电力便会激增并且崩溃。这增加了电压、电量和交流电频率的变化性。

超过25%的能源产生自可再生能源的德国已经遇到了困难。电压故障会摧毁关键组件并破坏工厂和发电厂设备，从而导致成千上万欧元的损失。利用燃煤电厂维持稳定，又增加了温室气体的排放。

生产和负荷必须得到平衡。3种方法正在实施中：利用实时需求和定价激励举措控制负荷;增加或减少天然气发电厂，以对这种波动供电进行补偿;储能。每种都有一些缺点。反复要求减少用电需求会激怒用户，并且可能受到唯利是图的第三方操控。燃气轮机和电池无法提供快速(低于1秒)的大功率响应，也不能长期提供能源。电池容易退化，而且更换费用较高。组合电池则要求很多套电子设备和控制系统。

针对这些情况，美国能源部先进能源研究规划署(ARPA-E)项目负责人JohnP.Lemmon日前在《自然》杂志上撰文指出，即将到来的新型燃料电池能消除这种权衡利弊的需要，并且使可再生能源并入电网变得更加容易。目前，燃料电池仅被用于产生电和热。其实，它们能通过改进用于储存能源，并且由于材料和设计上的突破，还可产生诸如甲醇等液体燃料。开发拥有一种蓄电池模式的燃料电池是Lemmon所指导项目的一个重点。

Lemmon领导了13个横跨学术界、工业界和国家实验室的项目。他认为，当下研究人员必须证明，燃料电池能执行多种功能，并且仍能高效发电。

来自分布式能源的挑战

来自分布式来源的发电正在迅速扩张。到2040年，美国的太阳能光伏发电量预计将是目前的3倍。然而，传统电网并未被设计用于处理成千上万的小规模多变能源。

可再生能源具有两种间歇性。首先，输出可能时时随机波动。例如，云层会对太阳能电池板投下阴影。其次，输出随着白天和夜晚发生变动，而这是可以预测的。根据加州独立系统运营商的预估，2020年3月一个傍晚，当太阳正在落山而人们纷纷回家时，加州的用电需求在3个小时内将增至13吉瓦。这相当于开启20余座具备600兆瓦发电量的电厂。

当电网被逼到极限时，比如在一座大城市中某个闷热的夏日，减少用电需求的举措通常会被最先部署。在美国，此类“需求响应”能使峰值负荷削减9%。然而，政策上的不确定性让电网系统操作人员在处理需求响应时非常棘手。

最新的天然气涡轮机被设计带有缓冲能力，以帮助平衡来自可再生能源的电量输出。它们能快速进入运行状态，而且每分钟能增加数十兆瓦电量。不过，从零开始的话，这仍需要几分钟而不是数秒产生电量。已在转动的涡轮机能在几秒内投入运行，但效率较低、排放量更高，而且在美国，运行成本要高出13%～24%。

利用电池储存电网能量正受到更多关注。能源公司越来越坚信，此类设备在该领域是可行的。相关法规也变得更加有利。加州要求到2020年拥有1.32吉瓦的存储容量，而其公用事业公司已开始购买储存设备。

原标题：挂钩安全性：储能产业成“重要一环”

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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