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編者按：儲(chǔ)能技術(shù)已成為電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)增加更多的可再生資源時(shí)，長時(shí)儲(chǔ)能和儲(chǔ)能租賃服務(wù)（ESaaS）將是令人興奮的未來。

從表面上看，電力系統(tǒng)由多個(gè)電網(wǎng)連接組成，輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)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(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)。消費(fèi)者現(xiàn)在也成為生產(chǎn)者，能夠在用戶側(cè)產(chǎn)生兆瓦級(jí)電力，這使得電網(wǎng)成為一種雙向電力管道，分布式能源也已經(jīng)啟動(dòng)了其分散化進(jìn)程。

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

改善電池性能

鉛酸蓄電池技術(shù)也通過創(chuàng)新方法進(jìn)行了改進(jìn)，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(xiàn)，通過向電池單體中添加碳元素可以加強(qiáng)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(xiàn)，鉛酸電池組加裝超級(jí)電容器可以增強(qiáng)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(chǔ)能示范項(xiàng)目始于2011年，至今仍在使用。該項(xiàng)目由美國能源部（DOE）、新墨西哥州公共服務(wù)公司（PNM）、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)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(xué)院和University合作完成的。


擴(kuò)大電池供應(yīng)

各種電池技術(shù)存在自己的潛力，但鋰離子電池技術(shù)已成為21世紀(jì)電網(wǎng)的首選電池技術(shù)。鋰離子電池正在為儲(chǔ)能系統(tǒng)部署創(chuàng)造記錄。彭博社預(yù)計(jì)，在全球范圍內(nèi)，儲(chǔ)能行業(yè)在未來22年內(nèi)將需要942GW產(chǎn)能，其他研究團(tuán)隊(duì)對此也表示認(rèn)同，儲(chǔ)能行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)將是生產(chǎn)足夠電池以滿足部署需求。


有趣的是，電動(dòng)汽車制造商特斯拉公司提出了有效的電池生產(chǎn)解決方案。該公司與松下公司合作，，首個(gè)gigafactory電池工廠于2016年破土動(dòng)工，目前仍在建設(shè)中，建設(shè)完成率約為30％。根據(jù)特斯拉公司提供的數(shù)據(jù)，即使在這種情況下，未完工的gigafactory電池工廠在2018年生產(chǎn)了總?cè)萘繛?0GWh鋰離子電池。

其他電池生產(chǎn)商也采用了gigafactory工廠概念，并計(jì)劃建立自己的版本。根據(jù)調(diào)查，預(yù)計(jì)到2028年全球范圍內(nèi)已公布有關(guān)正在計(jì)劃或正在建設(shè)中電池工廠達(dá)到22家。Benchmark Mineral Intelligence估計(jì)，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(kuò)展功能

當(dāng)特斯拉公司于2015年推出基于鋰離子的儲(chǔ)能業(yè)務(wù)時(shí)，它主要與住宅儲(chǔ)能產(chǎn)品相關(guān)，如Powerwall。然而不久之后，該公司推出了商業(yè)和電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能能系統(tǒng)。2018年5月，特斯拉公司儲(chǔ)能業(yè)務(wù)出現(xiàn)了一個(gè)重大里程碑，其生產(chǎn)的鋰離子電池儲(chǔ)能容量超過1GWh。該公司預(yù)計(jì)將在2019年達(dá)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(dāng)特斯拉公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克宣布，可以在100天內(nèi)為澳大利亞霍恩斯代爾儲(chǔ)能項(xiàng)目提供100MW/129MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，其儲(chǔ)能部署得到了巨大推動(dòng)。特斯拉公司最終實(shí)現(xiàn)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(guān)注，而該項(xiàng)目在2018年運(yùn)營情況讓它重新成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

沒有人質(zhì)疑儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值，其提供的輔助服務(wù)對電網(wǎng)運(yùn)營變得極為重要，而該儲(chǔ)能項(xiàng)目第一年運(yùn)營情況強(qiáng)調(diào)了這一重要性。澳大利亞能源市場運(yùn)營商（AEMO）報(bào)告稱，霍恩斯代爾儲(chǔ)能項(xiàng)目的反應(yīng)比傳統(tǒng)調(diào)峰發(fā)電廠更快、更準(zhǔn)確、更有價(jià)值。

這一點(diǎn)很重要，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的安全要求，澳大利亞能源市場運(yùn)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(wù)合同。在該儲(chǔ)能項(xiàng)目運(yùn)營一年之后，該公司宣布將終止這個(gè)裝機(jī)容量為35MW的輔助服務(wù)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(chǔ)能服務(wù)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(gè)裝機(jī)容量為250MWBeacon太陽能發(fā)電設(shè)施中配套部署了一個(gè)20MW/10MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）。

而Doosan GridTech公司的鋰離子儲(chǔ)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(huì)(NERC)和美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC）所要求的頻率控制、電壓支持、電力平滑等服務(wù)。

天然氣發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的組合

天然氣發(fā)電廠和儲(chǔ)能設(shè)施的組合已被證明對電網(wǎng)的運(yùn)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(tái)混合動(dòng)力燃?xì)廨啓C(jī)。將一個(gè)10MW/4.3MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與GE LM6000燃?xì)廨啓C(jī)集成在一起。這種混合動(dòng)力的特殊之處在于控制系統(tǒng)采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電能，直到燃?xì)鉁u輪機(jī)達(dá)到全功率輸出，并使渦輪機(jī)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(chǔ)能設(shè)施的混合動(dòng)力應(yīng)用已在全球范圍內(nèi)獲得認(rèn)可。位于匈牙利布達(dá)佩斯的ALTEO集團(tuán)的子公司Sinergy Kft公司在一家天然氣發(fā)電廠安裝了一個(gè)瓦錫蘭集團(tuán)提供的一個(gè)6MW/4MWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，作為虛擬發(fā)電廠運(yùn)營，并提供頻率調(diào)節(jié)服務(wù)，并于2018年8月投產(chǎn)。

另一個(gè)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(gè)裝機(jī)容量為414MW的Mount Stuart電站安裝一個(gè)4MW/4MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)。這個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由韓國博松電力技術(shù)有限公司提供，將用于備用電源并整合當(dāng)?shù)乜稍偕茉?。此外，在西澳大利亞州?78MWNewman發(fā)電站配備一個(gè)Kokam鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，容量為30MW/11.4MWh。


海上風(fēng)電和儲(chǔ)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(shè)一個(gè)名為Estrella del Mar III的浮動(dòng)式混合動(dòng)力發(fā)電廠。由西門子公司、ST工程有限公司、儲(chǔ)能廠商Fluence公司里聯(lián)合開發(fā)的浮動(dòng)式混合動(dòng)力裝置，該裝置由一個(gè)裝機(jī)容量為145MW聯(lián)合循環(huán)天然氣發(fā)電廠，配套部署了一個(gè)5MW/10MWhFluence鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。這個(gè)混合發(fā)電設(shè)施比陸基發(fā)電廠更具成本效益。采用儲(chǔ)能系統(tǒng)減少了發(fā)電廠碳排放。Estrella del Mar III浮動(dòng)式發(fā)電廠預(yù)計(jì)將于2021年春季完工并投入運(yùn)營。


Estrella del Mar III是一個(gè)固定在海岸附近的浮動(dòng)發(fā)電廠，但另一個(gè)海上電力項(xiàng)目是采用儲(chǔ)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(tái)，采用低排放混合動(dòng)力發(fā)電廠和西門子BlueVault 裝機(jī)容量為6MW鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組合。


據(jù)西門子公司稱，BlueVault電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將柴油發(fā)電機(jī)的燃油消耗降低12％，減少其運(yùn)行時(shí)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(shù)首次適用于鉆井平臺(tái)，但這并不是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)首次在海上應(yīng)用，目前已在全球60多艘船舶上進(jìn)行了現(xiàn)場測試。

電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)也正在與海上風(fēng)電場配套部署，并成為海上風(fēng)電場的重要組成部分。Orsted公司在2018年為其90MWBurbo Bank海上風(fēng)力發(fā)電場增加了一個(gè)裝機(jī)容量為2MW電池儲(chǔ)能系統(tǒng)用于頻率調(diào)節(jié)服務(wù)。在該項(xiàng)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(gè)55MW/110MWh鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)與其位于美國馬薩諸塞州Martha葡萄園附近的一個(gè)裝機(jī)容量為800MW的Bay State風(fēng)力發(fā)電場配套部署。

海上風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目的另一個(gè)應(yīng)用是位于蘇格蘭海岸外的30MWHywind浮動(dòng)式風(fēng)力發(fā)電場。Aggreko公司為其部署一個(gè)1MW/1.3MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)，使風(fēng)力發(fā)電場更加適合電網(wǎng)。

EDF Energy公司為英國諾丁漢郡的一個(gè)裝機(jī)容量為41.5MWBlyth海上風(fēng)電場和1332MWBurton B聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆姀S部署了一個(gè)49MW/24.5MWh鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過提高風(fēng)力發(fā)電場產(chǎn)生的電力來實(shí)現(xiàn)雙重任務(wù)，并為英國的電網(wǎng)提供平衡。


液流電池

鋰離子電池是當(dāng)今儲(chǔ)能系統(tǒng)中的主流技術(shù)，但另一個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)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(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)由電堆單元、電解質(zhì)溶液及電解質(zhì)溶液儲(chǔ)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(shù)十節(jié)進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)）和實(shí)現(xiàn)充、放電過程的單電池按特定要求串聯(lián)而成的，結(jié)構(gòu)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(shù)是電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的理想選擇，因?yàn)榭捎萌萘坑善潆姵睾碗娊赓|(zhì)儲(chǔ)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(yīng)時(shí)間。

VRB Energy公司宣布，其在中國湖北棗陽部署的一體化示范儲(chǔ)能項(xiàng)目的第一階段于2019年1月投入運(yùn)營。項(xiàng)目第一階段全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為3MW/12MWh，項(xiàng)目總?cè)萘繛?0MWh。此外，中國大連正在部署一個(gè)200MW/800MWh的釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，由大連融科儲(chǔ)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(jì)劃部署一個(gè)Bonita全釩液流電池儲(chǔ)能試點(diǎn)項(xiàng)目，這個(gè)容量為2MW/8MWh液流電池儲(chǔ)能試點(diǎn)項(xiàng)目預(yù)計(jì)將運(yùn)行四年。SDG＆E公司負(fù)責(zé)運(yùn)營該項(xiàng)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(tái)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(wǎng)上。UET公司利用美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）開發(fā)的技術(shù)，在20個(gè)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(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)在電解質(zhì)溶液中加入鹽酸幾乎使其儲(chǔ)能容量增加了一倍，并擴(kuò)大了其工作溫度范圍，減少了維持溫度控制的需要。

微電網(wǎng)也采用了液流電池，因?yàn)楫?dāng)今的微電網(wǎng)需要更長時(shí)間儲(chǔ)能。CMI集團(tuán)宣布已經(jīng)安裝了一個(gè)工業(yè)微電網(wǎng)，該系統(tǒng)集成一個(gè)4.2MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個(gè)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和兩個(gè)裝機(jī)容量各為2MW液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

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

長時(shí)儲(chǔ)能和儲(chǔ)能租賃服務(wù)（ESaaS）

隨著電力工業(yè)向21世紀(jì)的電力傳輸系統(tǒng)過渡，儲(chǔ)能技術(shù)已成為電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)增加更多的可再生資源時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)是平衡電網(wǎng)供需的必要條件。隨著電力供應(yīng)的分散，儲(chǔ)能系統(tǒng)改善了分布式發(fā)電系統(tǒng)性能。要使電網(wǎng)更有彈性，就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)以防止和減少電力中斷，而隨著更多電網(wǎng)應(yīng)用的探索，人們對未來的技術(shù)發(fā)展有著更多預(yù)期，而長時(shí)儲(chǔ)能和儲(chǔ)能租賃服務(wù)（ESaaS）成為了令人關(guān)注的兩個(gè)主題。

采用長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的重點(diǎn)是控制風(fēng)力和太陽能發(fā)電。研究表明，持續(xù)時(shí)間超過4小時(shí)的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)正在推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展。還需開發(fā)更長時(shí)間儲(chǔ)能技術(shù)，美國能源部因此為持續(xù)放電時(shí)間高達(dá)100天儲(chǔ)能項(xiàng)目的開發(fā)和研究提供資助。

另一個(gè)趨勢是提供儲(chǔ)能租賃服務(wù)（ESaaS），可以降低儲(chǔ)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(wù)，其中包括儲(chǔ)能租賃服務(wù)（ESaaS）。Aggreko公司創(chuàng)建了一家ESaaS公司，主要提供儲(chǔ)能系統(tǒng)租賃，租期為兩年到四年。據(jù)該公司稱，其Aggreko儲(chǔ)能系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)使用。

在公用事業(yè)領(lǐng)域，綠山電力公司向客戶提供特斯拉Powerwall儲(chǔ)能系統(tǒng)，每月只收取少量費(fèi)用。

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

原標(biāo)題：長時(shí)儲(chǔ)能和儲(chǔ)能租賃服務(wù)（ESaaS）將是令人興奮的未來