新一代电网依赖储能

 当爱迪生以珍珠街变电站为中心向人们提供电力以来，他设定了一个改变这个星球上每个人日常生活的舞台。在不到150年的时间里，电力已经成为现代社会运作的最关键的基础设施。它成为人们日常生活中不可或缺的一部分。大多数情况下，电力系统的设计和运行都非常好，似乎大多数人已经将随时可用的电力视为理所当然。但在电力系统故障来临时，城市因此暗淡，我们如何快速恢复供电?这就是为什么过去几年全行业更多关注储能的原因。

光伏电站正在与能源管理系统和电池储能相结合，使太阳能发电更加可靠

智能电网技术提高了电网的效率，同时也提高了系统的弹性，并解决了电能质量问题。这其中储能技术已悄然成为这些战略的重要组成部分。能源储存系统(ESS)受到关注的原因是，首先它使得电网变得更加强壮，可以抵抗极端天气，负荷平衡和安全问题等因素。输电系统的区域化也越来越受到重视，统一的、大的同步电网受到干扰的后果更为严重。

由电网区域化带来的问题是需要在发电和负载之间保持平衡，同时降低系统运行成本，这对任何技术而言都是相当严峻的挑战，也没有统一、一致的解决方案。

ABB电网技术负责人Gerhard Salge表示：“没有任何一项技术可以使电网即柔性又有弹性。智能电网可以认为是一些关联技术的组合; 就像组装拼图游戏一样，所有的作品都需要单独设计。”

美国能源部的全球储能数据库显示已安装和拟安装的的储能项目(Tesla)

正在发生的改变

越来越多的储能系统正在成为系统的关键环节。Salge说：“储能为电网提供了许多额外的功能。不仅仅是存储电力，它被用于电压支持，频率调节，负载均衡，电能质量，调峰，旋转备用和限制发电容量快速增长。如何选择正确的储能技术，需要对技术和电网有准确的理解。”

“除此之外，新建电网也必须足够强壮，并且足够灵活，可以在今天和未来的五年，十年或十五年满足需求。我们的投资必须做到面向未来，更多地关注灵活性、数字转型和提升潜力。无论储能或其他应用，关键是要了解电网内所有关键元素以及它们之间如何相互作用。”

实现这个目标的一种方法是增加能够在电网内独立运行的能量系统。爱迪生电力研究所(EEI)于2017年5月发布了“激发储能潜力”的报告。报告指出：“以适当规模部署储能可以增强电力公司运营，并优化和支持电网，同时增强客户体验。”

事实上，当今使用的最普遍的ESS技术是抽水蓄能，飞轮，超级电容器，超导磁能存储器(SMES)和电池。从2013年到2016年，电池是储能市场的主力，未来的增长似乎将集中在电池领域。在美国，ESS的最大用户是电力公用事业单位; 它们占自2013年以来总部署容量的90%，工商业用户占9%，住宅仅占1%。

这些项目中，最常见的是基于电池的储能系统(BESS)。索尼于1991年将第一款锂离子(锂离子)可充电电池商业化，并永久改变了储能系统的格局。今天，该行业正在为锂离子电池生产设定记录，这使得锂离子电池与其他储能技术相比更具有竞争力。据通用电气(GE)报道，锂离子电池成本已从2008年的超过2000美元/kWh降至今天低于300美元/kWh。同时GE表示，“技术进步将推动价格进一步下滑，使储能更具吸引力。”

彭博社新能源财经频道支持GE的预测，并预计锂离子电池技术的进步，到2030年，该价格将降至120美元/kWh。此外，“全球[锂离子]电池制造能力相对2021年将翻一番，达到278GWh，而当前则是103GWh。”

此外，据彭博社估计，全球储能市场“在2016年至2030年间将翻6倍”，并将由8个国家所领导(美国，中国，日本，印度，德国，澳大利亚，韩国和英国)，达到总发电装机容量的70%。

自2013年以来，电池和蓄热项目引领了储能格局(Tesla)

基本面

在讨论更多的趋势和发展之前，重要的是看一下储能的基础知识。电力研究院(EPRI)表示，能源储存的主要优势在于能源可以不随时间的推移而消失。不幸的是，EPRI指出——除了线圈和电容器外，没有办法直接储存电力。不过，有间接存储电力的方法。这些类型的存储实际是某种形式的机械能，化学能量或动能，需要电力在存储之前转换为上述形式，然后在某个时间点转化为电力以供使用。

电力ESS通常被定义为“电源配置”或“能源配置”，因此选择正确的存储介质非常重要。在电源配置中，介质设计为在短时间内向电网注入大量电力。对于能源配置而言，介质的设计是为了长时间向电网注入稳定的电力。为特定应用选择正确的存储介质需要认真研究储能系统的功能要求和业主的需求，以及ESS对电网的影响。

投资规模

资金成本也与电力ESS项目有关，所选技术的类型和和额定功率决定了ESS的整体价格。还有转换过程的成本。在电能转换过程中的耗散，通常称为储能效率(RTE)——它是充电和放电周期中损失的功率比率。

针对RTE这个主题已经发布了许多书籍、白皮书和报告。为了不陷入具体的数据，以下是ESS技术的一些行业认可的整体效率：

抽水 - 65%至80%

飞轮 - 80%至90%

电池 - 75%至90%

热能 - 65%至75%

压缩空气 - 65%至75%。

ESS还会产生其他相关成本，如，循环次数、寿命和老化。随着BESS技术的成熟，行业已经看到了RTE和寿命的改善。材料和制造工艺的进步已经将电池存储的经济性提高到了可大批量部署的程度。

Arenko集团将在英国安装一个41兆瓦的GE电池储能系统，以缓解英国电网的压力(GE)

选择什么样的电池

回到BESS，由于锂离子电池在电动车(EV)行业的广泛应用，成本已经下降，因此锂离子电池已成为当今储能的首选技术。锂离子电池也容易扩展，响应迅速，无发射，可以放在任何需要的地方。因此储能方案可以简单地分解为基本组件，由三大部分组成：电堆，能量转换系统PCS和控制器。

电堆(电池，在这种情况下)实际上是储能的容器。能量转换系统对电池进行充电和放电。它由硬件和软件组成，提供预期的电网调节功能和适当的电源质量要求。而且，在电网故障情况下，它具备一定的低电压穿越功能。

控制器是电池和用户之间的接口。它支持频率调节和负载平衡等专业应用功能。所有的趋势和预测都显示了基于电池储能的市场将继续增长和扩张。Navigant Research表示：“储能正在从类似抽水蓄能和地下压缩空气似的大型基础设施市场转向技术驱动型市场，规模不断上升，价格也在下降。”

Tehachapi项目拥有32兆瓦锂离子电池和智能变频系统，以改善风力资源的整合(SCE)

新时代

随着可再生能源(例如太阳能和风能的增长，储能技术发展是非常及时的。这些可再生能源使向电网可靠供电成为比以往更大的挑战。风能和太阳能发电需要一些东西来使其可调度，电池储能成为这些新能源必要的补充。铅酸，硫化钠(NaS)，氧化还原液流和锂离子电池一直是受到关注的技术，但随着电动车推动锂离子电池技术的技术发展，锂离子电池的使用正在吸引众多行业。目前看来，锂离子电池是一个已经走向成熟的领域。

有趣的是，不仅仅公用事业单位和商业用户需要锂电池储能，一般的居民用户正在利用这项技术。一些制造商专门为这个市场开发了相应的产品。比较着名的系统是ABB的React，特斯拉的Powerwall和宜家的电池组系统。随着关注度的扩大，LG化学，日产，梅赛德斯 - 奔驰，松下，Saft和sonnen等其他制造商也在向居民和商业客户提供各种锂离子电池系统。

除了来自电动车的推动之外，超级风暴桑迪等极端天气事件为储能电池加了一把火。桑迪造成的北美海岸线大停电，导致15个州超过600万客户停电。不可忽视的是，微电网在暴风雨后为局部提供了电能。

2017年，当哈维，伊尔玛和玛丽亚飓风在墨西哥湾沿岸和加勒比海造成严重破坏时，这一想法得到进一步强化。公用事业，监管机构和客户正在制定加强电网的战略，储能已经成为技术前沿。

在电网侧还是用户侧安装储能

系统设计现在可以将新技术与问题相匹配，增加了可用的解决方案。储能不再是电网的边缘技术，而是主要资源。2017年第一季度安装了234兆瓦时的容量，94%安装在系统侧。GTM研究公司发现，去年与过去相比储能总的容量增长了五十多倍。”

“在亚利桑那州，加利福尼亚州和夏威夷的几个大型项目的推动下，电网侧储能部署计划年同比增长591%。ABB, Eaton, GE Energy, Panasonic, S&C Electric, Samsung, Schneider Electric 和Siemens 等公司向公用事业公司提供了这些技术。“

EEI报告指出，在2015年至2016年之间委托的22个公用事业公司拥有的储能项目中，除了一个以外，其余都是BESS。“锂离子电池系统占电池项目的98%，电力公司成为美国采用储能技术增长最快的重要贡献者。”

GTM和储能协会在2017年底发布的一份联合报告中发现，来自14个州的公用事业公司在他们的长期综合资源规划研究中包含了近2GWh的存储量。

Gigafactories

电动汽车行业带来的成本降低主要是通过向市场推出了“gigafactory”。这个术语具有革命性的含义：首先，这些工厂规模巨大(数千平方英尺)，其次，每年生产的电池以千兆小时计。gigafactory承诺降低锂离子电池的价格，因此电动汽车将为消费者提供更多的实惠。

这种可负担性也有益于ESS，这对电力行业是及时的。加利福尼亚州已经授权其由公用事业公司承建的储能项目列入市政基础设施中，其他州肯定会遵循。

特斯拉已经和松下建立了合作伙伴关系，并在内华达州斯帕克斯兴建了一座电池千兆厂，总面积约为490万平方英尺，称为Gigafactory 1的新设施。新闻发布报告称，490万平方英尺仅占总数的30% 。该工厂的2018年电池产能设定为35 GWh。

特斯拉位于内华达州的斯帕克斯的490万平方英尺的Gigafactory 1工厂(Tesla)

2017年，特斯拉还在纽约布法罗开设了Gigafactory 2，计划在全球其他地区添加更多这类设施。根据彭博新能源金融公司的资料，全球55%的锂离子电池产量来自中国; 到2021年这一比例预计将增加到65%。

最近，中国宣布计划到2021年将其锂离子电池容量增加到120GWh以上。彭博社报道称：“电池生产的大规模增长与中国光伏制造业的繁荣类似，十年前大幅改变了光伏发电市场。 ”

ABB和Northvolt AB宣布合作在瑞典建立一座大型锂离子电池工厂。这将是欧洲最大的这种设施。ABB将为Northvolt的电池工厂提供机器人，自动化和电气化。

西门子和AES公司宣布成立Fluence Energy的合作伙伴关系。Fluence是一家新的全球储能公司，将AES的Advancion和西门子的Sietorage储能平台相结合，以满足到2022年市场增长约8GWh的预测。这些发展符合摩根士丹利对能源存储市场的预测。它的研究表明，未来两到三年内市场将增长到40亿美元，最终价值约为300亿美元。

其他制造商已经宣布了大型的电池工厂生产计划。戴姆勒的子公司Deutsche Accumotive GmbH&Co. KG表示，将在德国建造一座新的工厂，生产320,000个锂离子电池。Boston Energy&Innovation，Charge CCCV LLC，C&D Assembly Inc.，Primet Precision Materials Inc.和Magnis Resources Ltd.的财团将在纽约建立一个15GWh的工厂。在泰国，Energy Absolute Public Co. Ltd.也宣布计划在亚洲投资29亿美元，到2020年锂离子电池产能将达到50GWh。

一切为了平衡

这些电池系统正在发挥作用。去年，通用电气公司在加利福尼亚州的帝国灌区的El Centro 发电站启动了一个33MW的电网侧BESS，用来黑启动(重新启动一台备用的燃气轮机)。这是第一次将电池用于此目的。随着供应商开发更多应用，现代ESS变得越来越有价值。备用容量调节正在使间歇性的可再生能源发电资源得到合理调度，这是一项重要的服务。ESS还提供电压支持，调峰和负载均衡，帮助公用事业降低运营成本并延迟添加基础发电设施。

该技术正在对电网产生影响，技术已逐步成熟，ESS的唯一限制就是用户构建该应用的能力。过去，储能的定义是以兆瓦为额定功率和兆瓦时的容量来定义的，但是现在它的容量远远超过想象。储能提供了广泛的应用和服务，这些技术是实实在在的，并正在成熟和规模性地部署。