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編者按：儲能技術已成為電網發(fā)展的關鍵。當增加更多的可再生資源時，長時儲能和儲能租賃服務（ESaaS）將是令人興奮的未來。

從表面上看，電力系統(tǒng)由多個電網連接組成，輸電網和配電網在過去100年中沒有太大變化。但這些只是表面特征。如果更加深入地觀察，很容易看到正在發(fā)生的轉變：可再生能源發(fā)電如今比基于化石燃料的發(fā)電更加經濟。消費者現在也成為生產者，能夠在用戶側產生兆瓦級電力，這使得電網成為一種雙向電力管道，分布式能源也已經啟動了其分散化進程。

電網的邊緣被重新定義為在消耗電力地方產生的電力。然而，真正的游戲規(guī)則改變者是為電網添加儲能系統(tǒng)。該技術正在電力系統(tǒng)中進行部署，以平衡電力波動，管理峰值需求，使風力發(fā)電和太陽能發(fā)電可以調度，并減少碳排放。這將是一個不同于以往的電網，儲能系統(tǒng)只是其轉型的一小部分。

改善電池性能

鉛酸蓄電池技術也通過創(chuàng)新方法進行了改進，例如閥控鉛酸（VRLA）、吸附式玻璃纖維隔板電池（AGM）和膠體電池。研究人員發(fā)現，通過向電池單體中添加碳元素可以加強閥控鉛酸（VRLA）電池性能，并延長其使用壽命。

研究人員還發(fā)現，鉛酸電池組加裝超級電容器可以增強電池性能。該電容稱為UltraBattery，可作為高速充放電循環(huán)的緩沖器。使用鉛炭電池和UltraBattery的儲能示范項目始于2011年，至今仍在使用。該項目由美國能源部（DOE）、新墨西哥州公共服務公司（PNM）、桑迪亞國家實驗室、美國電力研究所、S＆C電氣公司、東賓夕法尼亞制造公司及其子公司Ecoult公司、北新墨西哥學院和University合作完成的。


擴大電池供應

各種電池技術存在自己的潛力，但鋰離子電池技術已成為21世紀電網的首選電池技術。鋰離子電池正在為儲能系統(tǒng)部署創(chuàng)造記錄。彭博社預計，在全球范圍內，儲能行業(yè)在未來22年內將需要942GW產能，其他研究團隊對此也表示認同，儲能行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)將是生產足夠電池以滿足部署需求。


有趣的是，電動汽車制造商特斯拉公司提出了有效的電池生產解決方案。該公司與松下公司合作，，首個gigafactory電池工廠于2016年破土動工，目前仍在建設中，建設完成率約為30％。根據特斯拉公司提供的數據，即使在這種情況下，未完工的gigafactory電池工廠在2018年生產了總容量為20GWh鋰離子電池。

其他電池生產商也采用了gigafactory工廠概念，并計劃建立自己的版本。根據調查，預計到2028年全球范圍內已公布有關正在計劃或正在建設中電池工廠達到22家。Benchmark Mineral Intelligence估計，到2023年這些大型工廠中的前10家中有7家將在中國，1家在美國，1家在韓國，還有一家在波蘭。

擴展功能

當特斯拉公司于2015年推出基于鋰離子的儲能業(yè)務時，它主要與住宅儲能產品相關，如Powerwall。然而不久之后，該公司推出了商業(yè)和電網規(guī)模儲能能系統(tǒng)。2018年5月，特斯拉公司儲能業(yè)務出現了一個重大里程碑，其生產的鋰離子電池儲能容量超過1GWh。該公司預計將在2019年達到2GWh。其公告指出，“特斯拉與其說是一家汽車公司，不如說是一家銷售汽車的電池公司。”

2017年，當特斯拉公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克宣布，可以在100天內為澳大利亞霍恩斯代爾儲能項目提供100MW/129MWh儲能系統(tǒng)時，其儲能部署得到了巨大推動。特斯拉公司最終實現了承諾，只用了64天就部署完畢。這引起了業(yè)界人士廣泛關注，而該項目在2018年運營情況讓它重新成為人們關注的焦點。

沒有人質疑儲能系統(tǒng)價值，其提供的輔助服務對電網運營變得極為重要，而該儲能項目第一年運營情況強調了這一重要性。澳大利亞能源市場運營商（AEMO）報告稱，霍恩斯代爾儲能項目的反應比傳統(tǒng)調峰發(fā)電廠更快、更準確、更有價值。

這一點很重要，因為電力系統(tǒng)的安全要求，澳大利亞能源市場運營商（AEMO）簽署了采用天然氣和燃煤發(fā)電廠的頻率控制輔助服務合同。在該儲能項目運營一年之后，該公司宣布將終止這個裝機容量為35MW的輔助服務合同，而該公司在2016年和2017年支付電力成本將近2890萬美元。

提供儲能服務對洛杉磯水電局（LADWP）來說也很重要。洛杉磯水電局在其位于莫哈韋沙漠的一個裝機容量為250MWBeacon太陽能發(fā)電設施中配套部署了一個20MW/10MWh電池儲能系統(tǒng)（BESS）。

而Doosan GridTech公司的鋰離子儲能系統(tǒng)用于穩(wěn)定太陽能發(fā)電，它可以提供北美電力可靠性委員會(NERC)和美國聯邦能源監(jiān)管委員會（FERC）所要求的頻率控制、電壓支持、電力平滑等服務。

天然氣發(fā)電和儲能系統(tǒng)的組合

天然氣發(fā)電廠和儲能設施的組合已被證明對電網的運行和環(huán)境都有益。2017年，南加州愛迪生公司（SCE）和通用電氣公司推出世界上第一臺混合動力燃氣輪機。將一個10MW/4.3MWh電池儲能系統(tǒng)與GE LM6000燃氣輪機集成在一起。這種混合動力的特殊之處在于控制系統(tǒng)采用電池儲能系統(tǒng)的電能，直到燃氣渦輪機達到全功率輸出，并使渦輪機處于冷備用模式，這種情況可以減少燃料消耗和碳排放。


發(fā)電廠和儲能設施的混合動力應用已在全球范圍內獲得認可。位于匈牙利布達佩斯的ALTEO集團的子公司Sinergy Kft公司在一家天然氣發(fā)電廠安裝了一個瓦錫蘭集團提供的一個6MW/4MWh電池儲能系統(tǒng)，作為虛擬發(fā)電廠運營，并提供頻率調節(jié)服務，并于2018年8月投產。

另一個例子是澳大利亞的Origin Energy公司，該公司正在昆士蘭州北部的一個裝機容量為414MW的Mount Stuart電站安裝一個4MW/4MWh儲能系統(tǒng)。這個電池儲能系統(tǒng)由韓國博松電力技術有限公司提供，將用于備用電源并整合當地可再生能源。此外，在西澳大利亞州的178MWNewman發(fā)電站配備一個Kokam鋰離子電池儲能系統(tǒng)，容量為30MW/11.4MWh。


海上風電和儲能系統(tǒng)的組合

多米尼加的圣多明各市土地稀缺，但該市的電力需求仍在持續(xù)增加。因此采取了非正統(tǒng)的方法供電：建設一個名為Estrella del Mar III的浮動式混合動力發(fā)電廠。由西門子公司、ST工程有限公司、儲能廠商Fluence公司里聯合開發(fā)的浮動式混合動力裝置，該裝置由一個裝機容量為145MW聯合循環(huán)天然氣發(fā)電廠，配套部署了一個5MW/10MWhFluence鋰離子電池儲能系統(tǒng)。這個混合發(fā)電設施比陸基發(fā)電廠更具成本效益。采用儲能系統(tǒng)減少了發(fā)電廠碳排放。Estrella del Mar III浮動式發(fā)電廠預計將于2021年春季完工并投入運營。


Estrella del Mar III是一個固定在海岸附近的浮動發(fā)電廠，但另一個海上電力項目是采用儲能系統(tǒng)。它是Northern Drilling公司擁有的名為West Mira超深水半潛式鉆井平臺，采用低排放混合動力發(fā)電廠和西門子BlueVault 裝機容量為6MW鋰離子電池儲能系統(tǒng)組合。


據西門子公司稱，BlueVault電池儲能系統(tǒng)可以將柴油發(fā)電機的燃油消耗降低12％，減少其運行時間約42％，二氧化碳排放量減少15％，氮氧化物排放減少12％。這是該技術首次適用于鉆井平臺，但這并不是電池儲能系統(tǒng)首次在海上應用，目前已在全球60多艘船舶上進行了現場測試。

電網規(guī)模的儲能系統(tǒng)也正在與海上風電場配套部署，并成為海上風電場的重要組成部分。Orsted公司在2018年為其90MWBurbo Bank海上風力發(fā)電場增加了一個裝機容量為2MW電池儲能系統(tǒng)用于頻率調節(jié)服務。在該項目之后，Orsted公司及其合作伙伴Eversource公司決定將NEC Energy Solution公司的一個55MW/110MWh鋰離子儲能系統(tǒng)與其位于美國馬薩諸塞州Martha葡萄園附近的一個裝機容量為800MW的Bay State風力發(fā)電場配套部署。

海上風電+儲能項目的另一個應用是位于蘇格蘭海岸外的30MWHywind浮動式風力發(fā)電場。Aggreko公司為其部署一個1MW/1.3MWh儲能系統(tǒng)，使風力發(fā)電場更加適合電網。

EDF Energy公司為英國諾丁漢郡的一個裝機容量為41.5MWBlyth海上風電場和1332MWBurton B聯合循環(huán)燃氣電廠部署了一個49MW/24.5MWh鋰離子儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過提高風力發(fā)電場產生的電力來實現雙重任務，并為英國的電網提供平衡。


液流電池

鋰離子電池是當今儲能系統(tǒng)中的主流技術，但另一個儲能技術正在掀起波瀾：氧化還原液流電池。

液流電池是由Thaller（NASA Lewis Research Center, Cleveland, United States ）于1974年提出的一種電化學儲能技術。液流儲能電池系統(tǒng)由電堆單元、電解質溶液及電解質溶液儲供單元、控制管理單元等部分組成。液流電池系統(tǒng)的核心是由電堆和（電堆是由數十節(jié)進行氧化-還原反應）和實現充、放電過程的單電池按特定要求串聯而成的，結構與燃料電池電堆相似。

有多種類型的液流電池可供選擇，但釩、鐵、溴、鈉是目前最受歡迎的商用電池。該技術是電網規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的理想選擇，因為可用容量由其電池和電解質儲罐的尺寸決定，液流電池具有較長的循環(huán)壽命，并提供快速響應時間。

VRB Energy公司宣布，其在中國湖北棗陽部署的一體化示范儲能項目的第一階段于2019年1月投入運營。項目第一階段全釩液流電池儲能系統(tǒng)容量為3MW/12MWh，項目總容量為40MWh。此外，中國大連正在部署一個200MW/800MWh的釩液流電池儲能項目，由大連融科儲能公司制造。


圣地亞哥天然氣和電力公司（SDG＆E）與住友電氣工業(yè)公司宣布，計劃部署一個Bonita全釩液流電池儲能試點項目，這個容量為2MW/8MWh液流電池儲能試點項目預計將運行四年。SDG＆E公司負責運營該項目，以提供電壓頻率、斷電支持和不斷變化的能源需求。

另一臺2MW/8MWh釩液流電池安裝在斯諾霍米什縣公用事業(yè)區(qū)電網上。UET公司利用美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）開發(fā)的技術，在20個相連的集裝箱中建造并安裝了釩液流電池及其控制系統(tǒng)。該實驗室發(fā)現在電解質溶液中加入鹽酸幾乎使其儲能容量增加了一倍，并擴大了其工作溫度范圍，減少了維持溫度控制的需要。

微電網也采用了液流電池，因為當今的微電網需要更長時間儲能。CMI集團宣布已經安裝了一個工業(yè)微電網，該系統(tǒng)集成一個4.2MWh儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個鋰離子電池儲能系統(tǒng)和兩個裝機容量各為2MW液流電池儲能系統(tǒng)。

大連融科儲能、VIZn Energy、住友電工也在致力開發(fā)液流電池技術，并且其成本正在下降，與2小時到4小時鋰離子電池儲能的容量相比，它們通常具有6小時至10小時的容量。

長時儲能和儲能租賃服務（ESaaS）

隨著電力工業(yè)向21世紀的電力傳輸系統(tǒng)過渡，儲能技術已成為電網發(fā)展的關鍵。當增加更多的可再生資源時，儲能系統(tǒng)是平衡電網供需的必要條件。隨著電力供應的分散，儲能系統(tǒng)改善了分布式發(fā)電系統(tǒng)性能。要使電網更有彈性，就需要儲能系統(tǒng)以防止和減少電力中斷，而隨著更多電網應用的探索，人們對未來的技術發(fā)展有著更多預期，而長時儲能和儲能租賃服務（ESaaS）成為了令人關注的兩個主題。

采用長時儲能系統(tǒng)的重點是控制風力和太陽能發(fā)電。研究表明，持續(xù)時間超過4小時的鋰離子電池儲能系統(tǒng)正在推動這項技術發(fā)展。還需開發(fā)更長時間儲能技術，美國能源部因此為持續(xù)放電時間高達100天儲能項目的開發(fā)和研究提供資助。

另一個趨勢是提供儲能租賃服務（ESaaS），可以降低儲能系統(tǒng)使用成本。在英國，Solo Energy 公司推出了一系列家庭能源服務，其中包括儲能租賃服務（ESaaS）。Aggreko公司創(chuàng)建了一家ESaaS公司，主要提供儲能系統(tǒng)租賃，租期為兩年到四年。據該公司稱，其Aggreko儲能系統(tǒng)可在全球范圍內使用。

在公用事業(yè)領域，綠山電力公司向客戶提供特斯拉Powerwall儲能系統(tǒng)，每月只收取少量費用。

人們對未來五到十年的儲能技術會發(fā)展什么樣，有著很多猜測。考慮到過去兩三年技術和市場的快速發(fā)展，人們無法預測，但有一件事是肯定的：長時儲能和儲能租賃服務（ESaaS）將是令人興奮的未來。

原標題：長時儲能和儲能租賃服務（ESaaS）將是令人興奮的未來