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存储的影响

从表面上看,在过去的100年里,输电网和配电网并没有发生太大的变化。导体仍然是由一个接一个的结构和一根接一根的杆子串起来的,但这些只是表面特征和外观可能具有欺骗性。再看得深一点,就很容易看到正在发生的转变:可再生能源发电正变得比化石燃料发电更经济。客户现在是prosumers,能够从他们这边的电表产生兆瓦的电力,这使得电网变成了一个双向的电力管道。分布式能源已经开始了多年来一直在讨论的分散化进程。

电网的边缘正在被重新定义,在它被消耗的地方产生电力。微电网正在改变电网弹性的动力学。然而,真正改变游戏规则的是向电网增加能源存储。该技术被应用于整个输电系统,以平衡电力波动、管理峰值需求、使风能和太阳能可调度,并减少碳排放。这是一个比以往任何时候都不同的电网,能源存储只是转型的一小部分。

扩大权力

甚至铅酸电池技术也通过创新的方法得到了更新,如阀控铅酸(VRLA)、吸附玻璃垫(AGM)和凝胶电池。研究人员发现,VRLA电池可以通过向电池中添加碳来增强。碳增加了电池的性能,延长了电池的使用寿命。

研究人员还发现,在铅酸电池中添加超级电容器可以增强电池的性能。这种电容器被称为“超级电池”,可以作为高速充放电循环的缓冲器。一个同时使用碳增强电池和超电池的储能示范项目始于2011年,至今仍在运行。该项目是美国能源部(DOE)、新墨西哥州公共服务公司(PNM)、桑迪亚国家实验室、电力研究所、S&C电气公司、东宾夕法尼亚制造公司及其子公司Ecoult、北新墨西哥学院和新墨西哥大学之间的合作。

扩大电池供应

各种电池技术都有很大的潜力,但锂离子(Li-ion)技术已经成为21世纪电网的电池技术选择。锂离子技术正在为储能系统的部署创造世界纪录。彭博社(Bloomberg NEF)估计,在全球范围内,该行业在未来22年将需要942亿千瓦的累计产能,其他市场研究集团也表示同意。挑战在于生产足够的电池来满足需求。

SDG&E 2 MW flow battery pilot project has been installed on the SDG&E network

SDG&E和住友电气(Sumitomo Electric)的2mw流量电池试点项目已安装在SDG&E网络上,以支持频率调节和停电。

有趣的是,是一家电动汽车制造商提出了解决方案。特斯拉公司(Tesla Inc.)与松下(Panasonic Corp.)合作开发了全球首家生产大量锂离子电池的超级工厂。特斯拉与松下的合作关系在2016年第一个超级工厂破土动工,目前仍在建设中,完工约30%。特斯拉的数据显示,即使是30%的产能,这家超级工厂在2018年也生产了20千瓦时的锂电池。

“超级工厂”的概念已经被其他制造商所接受,他们现在计划建造自己的版本。全世界都在宣布正在计划或正在建设超级工厂。根据所引用的消息来源,预计到2028年将有22千兆计算机上线。据基准矿物情报公司(Benchmark Mineral Intelligence)估计,到2023年,这些大型工厂中排名前十的七家将位于中国,其中一家位于美国一个在韩国,一个在波兰。

GE The hybrid electric gas turbine’s battery

混合动力燃气轮机的电池允许涡轮处于全冷备用模式,这减少了燃料消耗和排放。

扩展功能

当特斯拉在2015年推出基于锂离子的储能业务时,它主要与家用产品有关,比如Powerwall。然而,商业和电网规模的系统很快就出现了。2018年5月,特斯拉的储能业务达到了一个重要的里程碑,首次部署了十亿瓦特时的锂离子电池容量。特斯拉预计将在2019年某个时候部署其第二千瓦时的产能。这一声明得到了一些能源存储支持者的支持,他们说:“特斯拉与其说是一家汽车公司,不如说是一家销售汽车的电池公司。”

特斯拉的能源存储系统在2017年得到了巨大的提升,当时公司首席执行官埃隆·马斯克下了一个赌注。他打赌特斯拉可以在100天内为霍恩斯代尔电力储备项目提供100兆瓦/129毫瓦时的储能系统,否则就是免费的。老板接受了马斯克的赌约。特斯拉提前完成了任务(只花了64天)。这引起了所有人的注意,但让它重新回到聚光灯下的是霍恩茨代尔项目(Hornsdale project)在2018年的运作。

没有人对储存大量电力供日后使用的价值提出异议,但辅助服务对电网的运营正变得极其重要,霍恩斯代尔电力公司第一年的运营突显了这一点。澳大利亚能源市场运营商(AEMO)报告说,Hornsdale的反应比系统上的传统涡轮机更快、更准确、更有价值。

Siemens & Fluence Estrella del Mar III with 145 MW of capacity and 5 ME/10 MWh of storage

Estrella del Mar III是一种浮式混合动力,容量为145兆瓦,存储容量为5me / 10mwh。

EDF The Blyth offshore wind farm

布莱斯海上风力发电厂包括一个陆上能源存储系统,以提高英国的电力生产和消费。

这一点很重要,因为系统安全要求AEMO为燃气轮机和汽轮机业主提供的频率控制辅助服务合同35兆瓦的容量。在Hornsdale的第一年之后,AEMO宣布将终止35mw的辅助服务需求,在2016年和2017年,这一需求花费了近2890万美元。

辅助能源存储服务对洛杉矶水电部门(LADWP)也很重要。LADWP在其位于莫哈韦沙漠的250兆瓦光伏信标太阳能设施中安装了一个20兆瓦/10兆瓦的电池储能系统(BESS)。Doosan GridTech锂离子储能系统应用于稳定太阳能发电,并提供频率控制、电压支持和电力平滑所需的北美电力可靠性公司(NERC)和联邦能源监管委员会(FERC)。

Siemens West Mira is the world’s first deepwater drilling rig

西米拉将成为世界上第一个使用西门子BlueVault锂离子储能解决方案运营低排放混合动力发电厂的深水钻井平台。

燃气轮机加蓄能

高峰时期的工厂和能源储存提供了一些有趣的项目,称为混合动力。通过将天然气峰值发电厂与能源存储系统集成,这种混合动力已被证明对电网的运行和环境都是有益的。2017年,南加州爱迪生公司(SCE)和通用电气公司共同研制了世界上第一台混合动力燃气轮机。

GE混合动力发动机集成了一个10 mw /4.30MWh BESS和一个GE LM6000燃气轮机。这种混合动力的特别之处在于,控制系统使用电池供电,直到涡轮达到全功率输出,使涡轮处于冷备用模式。这种情况减少了燃料消耗和排放。

Pacific Northwest National Laboratory Diagram of a flow battery

流动电池是一种可再生的燃料电池,通过将外部罐中的电解质通过膜来发电。

电厂加蓄能混合动力的应用已经得到了全世界的认可。匈牙利布达佩斯ALTEO集团的子公司Sinergy Kft在一家拥有3台Wartsila W34SG天然气发电机的发电厂安装了一台Wartsila /Greensmith 6 mw /4 mwh BESS。该系统于2018年8月投入使用,是Wartsila的第一个混合系统。据Wartsila称,它是一个虚拟的发电厂,提供频率调节服务。

另一个例子是澳大利亚的Origin Energy,该公司正在昆士兰州北部414兆瓦的斯图尔特山(Mount Stuart)发电站安装一个4兆瓦/4-MWh储能系统。该储能系统由韩国财团博成动力技术有限公司(Bosung Powertec Co. Ltd.)提供,将用于备用电源和整合当地可再生能源。此外,西澳大利亚的纽曼电厂将有一个容量178兆瓦的Kokam锂离子电池集装箱,30兆瓦/11.4兆瓦的能量存储系统作为该设施的一部分。

G. Wolf Ultracapacitors and carbon enhanced lead acid batteries

超级电容和碳增强铅酸电池增加了公用事业的能源存储选择。

离岸混合动力车

多米尼加共和国的圣多明各市土地短缺,但该市的电力需求继续增加。采用了一种非传统的方法:一个名为“埃斯特雷拉德尔玛尔三世”(Estrella del Mar III)的浮动发电厂。该浮式混合动力发电厂是由西门子公司、ST工程有限公司和Fluence公司联合开发的一种联合循环天然气发电厂,具有145 MW的发电能力和5 MW/10 mwh的锂离子电池。浮动方面使混合动力比陆基发电厂更具成本效益。储能特性减少了工厂的排放。Estrella del Mar III预计将于2021年春季完工并投入使用。

Estrella del Mar III是一座漂浮在岸边的发电厂,目前正在运行,但另一个项目是将能源存储系统投入大海。这是一个超深水半潜式钻井平台,为北方钻探有限公司所有,名为西米拉。这将是世界上第一个使用低排放混合动力(柴油电力)发电厂和西门子BlueVault 6兆瓦锂离子储能系统的钻井平台。

西门子表示,BlueVault系统将使柴油的燃料消耗减少12%,柴油的运行时间减少42%左右,二氧化碳排放量减少15%,氮氧化物排放量减少12%。这是该技术首次应用于钻井平台,但这并不是该技术首次出海。它已经在全球60多艘船舶上进行了现场测试。

电网规模的储能系统也正在与海上风力发电场相结合。虽然这些能源储存系统安装在陆地上的变电站,但它们仍然是海上风力发电场不可分割的一部分。奥斯特德于2018年为其90兆瓦的博博银行(Burbo Bank)风电场增加了一块2兆瓦的电池,用于频率调节服务。在这个项目之后,Orsted和它的合作伙伴Eversource决定将NEC能源解决方案55兆瓦/110兆瓦的锂离子储能系统与位于美国马萨诸塞州玛莎葡萄园岛海岸的800兆瓦海湾州立风力发电厂相结合

另一个风力加蓄能的应用是苏格兰海岸30兆瓦的Hywind漂浮风电场。Aggreko plc(前身为Younicos)安装了一个1兆瓦/1.3万瓦时的储能系统,使风力发电厂对电网更加友好。

EDF能源包括Nidec工业解决方案49-MW / 24.5千瓦时锂离子储能系统的41.5 mw工,海上风电场和1332 – mw伯顿B联合循环气体在诺丁汉郡,英国这个贝丝做双重任务提高风力发电厂产生的电力的五个维斯塔斯8.3 mw发电机和为英国提供平衡电网。该电池是一个新的200兆瓦频响系统的一部分。据路透社报道,法国电力公司计划在2018年至2035年间投资80亿欧元用于能源储备。

燃料电池和流动电池

锂离子电池是当今储能系统的主要技术,但另一种储能技术正在掀起波澜:还原-氧化(氧化还原)流动电池。简单地说,氧化还原流电池是一种再生燃料电池。电解液被储存在外部容器中,并通过薄膜流动。在膜上发生离子交换,使电流流动。

目前市面上有多种流动电池,但钒、铁、溴和钠是最受欢迎的商用电池。该技术是理想的公用事业规模的电池,因为可用的电力是由大小的电化学电池和能量是成比例的电解质储存罐的大小。流量电池具有较长的循环寿命和快速响应时间。流电池最积极的特点之一是它们不会磨损。

VRB能源公司宣布,2019年1月,中国湖北枣阳仓储一体化示范工程一期工程正式投产。本阶段为3 mw /12 MWh钒氧化还原流动电池储能系统,总额定值为40 MWh。VRB表示,该试点项目是用来演示流动电池存储系统的使用。此外,中国大连正在进行一个200兆瓦/800万千瓦的钒储能项目。它是由荣科电力有限公司和联合能源技术(UET)制造。

ABB The 24.5 MW PowerStore energy storage system

模块化的能源存储系统,比如这个24.5 MW的PowerStore,被设计成允许存储在需要的地方集成到电网中。

圣地亚哥天然气电力公司(SDG&E)宣布了与住友电气工业有限公司合作的博尼塔钒氧化还原电池储能试点项目。2兆瓦/8毫瓦时流量电池试点项目计划运行四年。SDG&E计划测试钒氧化还原电池,以提供电压频率、断电支持和转移能源需求。

另外一个2 mw /8 mwh的钒流电池安装在Snohomish县公用事业区的网络上。UET利用太平洋西北国家实验室(PNNL)开发的分子突破技术,在20个相连的集装箱中建造并安装了电池及其控制系统。PNNL发现,在电解液中加入盐酸后,储能能力几乎增加了一倍,运行温度范围增大,降低了对温度控制的需要。

流电池也找到了进入微电网的方法,这是有道理的,因为今天的微电网需要更持久的能量存储。CMI集团宣布,他们已经在比利时塞拉因安装了一个工业微电网,集成了一个4.2 mwh的储能系统,其中包括一个锂离子电池和两个流动电池,以及一个2兆瓦的屋顶光伏系统。比亚迪股份有限公司(BYD Co. Ltd.)提供了锂离子电池,VIZn Energy Systems提供了0.4 mw /1.2 mwh流量电池,住友提供了0.5 mw /1.75 mwh流量电池。继续关注流电池技术。它们的价格正在下降,而且通常具有6- 10小时的续航能力,而典型的锂离子电池的续航能力为2- 4小时。

能量储存2.0

随着电力公用事业行业向21世纪电力输送系统转型,储能技术已成为电网发展的关键。当增加更多的可再生资源时,就需要储存能量来平衡供需。随着电力供应的分散化,储能改善了分布式发电系统。要使电网更能抵御外部压力,就需要储存能量,以防止停电和减少停电,但随着更多电网应用的探索,人们对下一个重大举措抱有许多期望。长时间存储和能量存储即服务(ESaaS)是引起人们兴趣的两个主题。

由于所有的重点是驯服风能和太阳能发电,长期的能源储存是自然的。研究表明,持续时间超过4小时的锂离子电池项目正在推动这项技术的发展。更长期的技术是可用的,能源部正在资助存储能力可达100天的研究项目。

另一个正在出现的趋势是提供ESaaS,这对于与能源存储相关的成本来说是完全合理的。在英国, Solo Energy Ltd.推出了一系列家庭能源服务,包括ESaaS。Aggreko已经成立了一个ESaaS集团,以两年到四年的租赁合同租赁储能系统。据该公司称,其ESaaS在全球都有销售。

在公用事业领域,绿山电力(Green Mountain Power)正在向客户提供一款特斯拉(Tesla)电动墙,每月收取少量费用。我们有理由期待其他公司也会效仿绿山的做法。

关于未来5到10年的储能技术将会是什么样子,人们有很多猜测。考虑到过去两到三年发生的事情,这是不可能预测的,但有一件事是肯定的:能源存储2.0将是令人兴奋的。

更多信息:

AEMO |

Aggreko |

ALTEO |

Bosung Powertec |

比亚迪|

CMI集团|

大连荣科电力|

斗山GridTech |

东宾制造|

Ecoult |

EDF能源|

电力科学研究所

影响|

通用电气|

绿山动力|

陶氏|

LADWP |

NEC能源解决方案|

Nidec工业解决方案|

北部钻井|

Origin Energy |

松下|

PNM |

太平洋西北国家实验室|

S&C电|

桑迪亚国家实验室|

南加州爱迪生公司|

SDG&E |

西门子公司(Siemens AG) |

独奏能源|

住友|

斯诺霍米什县公用事业区|

圣工程|

特斯拉|

UET |

维斯塔斯|

VIZn能源系统|

历史上的今天
七月
12
    哇哦~~~,历史上的今天没发表过文章哦
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