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譯者說
近幾年來，電網中的發電情勢出現發生了天翻地覆的變化。隨著間歇機能源在發電中的占比不斷進步，通過設置裝備擺設適量的儲能裝置，可以更好地均衡實時供需，使得電網具有功率可控性與可調度性。同時，電池儲能的價值兌現即將到來，有了各種激勵辦法（例如補貼和下降稅率等）以及參加電力公司響應計劃而獲得的額外收益，為企業供給了節能和創收的機會。
（文章來源 公眾號：EnergyKnowledge ID：gh_f6476efbc631 作者：張雙華）
智能動力耗費、削減本錢、韌性、節約資源、進步環境效力——這些都是電池儲能系統（BESS）供給的好處之一。BESS的功率和儲能容量范圍廣泛，從小型家用設備到用于公用事業和工業應用的年夜型系統不等。2020包養行情年，澳年夜利亞和德國的家庭分別安裝了超過31,000和100,000個電池儲能系統。現在，年夜型BESS已經在全球范圍內運營，包含american、澳年夜利亞、英國、japan(日本)、中包養國和許多其他國家。本文將答覆有關電池儲能技術的一切“為什么”和”若何“等問題，包含它是什么，為什么以及在哪里可以應用它。我們還將簡要介紹“現貨”和定制的BESS，并具體說明這兩種解決計劃的優點和缺點。
清楚BESS：BESS是什么以及它的任務道理
BES是一種能量儲存系統（ESS），它從分歧的動力來源中捕獲能量、積累這些能量，并將其存儲在可充電電池中以備將來應用。假如需求，電化學能量從電池中放電并供應給家庭、電動汽車、工商業設施。
一個BESS是一個復合系統，包含硬件和初高級軟件。重要的BESS包含：
電池系統：它包括將化學能轉換為電能的單個電芯。電芯被擺列在模塊中，這些模塊組成電池包。
電池治理系統（BMS）包養情婦：BMS用于確保電池系統的平安。它監視電池單元的狀態，測量包養網它們的參數和狀態，例如荷電狀態（SOC）和安康狀態（SOH），并保護電池免受火災和其他迫害。
逆變器或儲能變流器（PCS）：將電池產生的直流（DC）轉換為交通（AC），供設施應用。電池儲能系統的逆變器允許能量的雙向暢通，即允許充電也可放電。
動力治理系統（EMS）：負責監控和把持電池儲能系統內的能量流動。EMS協調BMS，PCS和BESS的其他組件的任務。通過搜集和剖析動力數據，EMS可以高效地治理系統的多能接述進行。進。
根據其效能和操縱條件，BESS還包含一系列平安系統，例如火災把持系統，煙霧探測器，溫度把持系統，冷卻，加熱，通風和空調系統。平安系統本身具有監控和把持單元，通過監視其參數并應對緊急情況，為BESS包養網供給平安運行所需的條件。
圖1.電池儲能系統架構
除了電子電路，復雜的BESS還依賴于強年夜的軟件解決計劃。例如，最先進的系統應用機器學習算法來優化動力治理。需求在BMS軟件開發中樹包養立靠得住的算法和數學模子，精確地預測電池狀態和特徵。
總之，BESS從電網或可再生動力（如太陽能和風能）搜集能量，并應用電池存儲技術進行存儲。在用電需求岑嶺、停電和其他各種應用場景中，在需要時通過電池放電來釋放能量。
BESS有分歧類型的電池，包含鋰離子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池等。我們將在本文稍后詳細介紹各類電池。每種電池類型都有其特有的特徵，這些特徵會使BESS在特定場景下應用，同樣會影響電池儲能系統的效力。電池的重要特徵包含：
存儲容量：這是電池存儲的電荷量或BESS中可用的電量。
功率：此參數確定電池供給的總功率或BESS可以供給的輸出功率。
轉換效力：這顯示了電池在放電期間輸送的能量與在充電期間供給給電池的能量的比率。
放電深度（DoD）：這顯示了電池釋放的能量相對于其總容量的百分比。
壽命：定義為電池的充電和放電循環次數，或許電池在其壽命周期內可以供給的能量（電池吞吐量）。
平安：這是電池的一個主要特征，表白電池合適平安請求，例如，在電化學平安方面。
除了上述電池特徵外，電池系統還有描寫其機能的一些其他特徵。例如，響應時間是BESS從空閑狀態到開始滿功率任務所需的時間。爬坡率是系統可以增添或減少其功率輸出的速度，分別向上或向下傾斜。
BESS類型和替換計劃
BESS的分類因其應用的電化學或電池技術而異,讓我們了解一下狀況BESS電池的重要類型以及它們在電池儲能解決計劃中的機遇。
鋰離子包養網dcard電池
根據american動力信息署（EIA）2020年發布的報告，american90%以上的年夜型電池儲能系統由鋰離子電池供電，今朝全球整體統計數據也基礎雷同。這種可反復充放電的包養電池在電動汽車、消費電子產品和智妙手機、筆記本電腦、平板電腦和相機等便攜式設備中廣受歡迎。鋰離子電池包養網VIP化學物質包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵磷酸鹽、鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）等。鋰離子電池的諸多優點促使其成為領先的儲能技術之一。預計到2026年，全球鋰離子電池市場將翻一番，達到919億美元。它份量輕、結構緊湊，具有高容量和高能量密度，維護本錢低，應用壽命長。此外，鋰離子電池還易于疾速充電，且自放電率低。這種電池技術的缺點包含本錢高、易燃、不耐極端溫度、會過充和過放。
圖2.預計全球鋰離子電池市場支出，來源：Statista
鉛酸（PbA）電池
Lead-Acid (PbA) Batteries
鉛酸電池是最早的電池技術之一，也是最廉價和最常見的解決計劃，應用在汽車，工業應用及電力存儲系統中。鉛酸電池是高度可收受接管的，并且在高溫和低溫下都包養站長能有用運行。與其老女大生包養俱樂部式的淹沒式鉛酸（FLA）電池比擬，密封式閥控鉛酸（VRLA）電池更適合于電力儲存解決計劃，因為它具有更長的壽命，更高的容量和更易維護。而充電慢，份量年夜和能量密度低是這種電池技術的重要缺點。
鎳鎘（Ni-Cd）電池
在鋰離子電池進進市場前，鎳鎘電池在可穿著電子設備市場上占主導位置。Ni-Cd電池有多種設置裝備擺設，它們價格廉價，易于運輸和存儲，并且很高了援助之手。的耐低溫性。該技術在能量密度，自放電率和收受接管方面落后于其他與之競爭的電池。鎳氫（Ni-MH）電池應用與Ni-Cd技術雷同的組件–氫氧化鎳（（NiO（OH））。但是，鎳氫電池化學供給更好的特徵，例如更高的容量和能量密度。
鈉硫（Na-S）電池
鈉硫電包養意思池是一種基于熔融鹽的包養更具本錢效益的技術。Na-S電池的優點包含高能量和功率密度，長壽命以及在極端環境條件下的穩定運行。但是，由于要在高溫度下運行（不低于300℃）且對腐蝕很是敏感，這種電池技術的應用范圍無限。此外，鈉是一種危險的成分，具有高度易燃和爆炸性。鈉硫電池很是適合與可再生動力相結合的獨立儲應用。
液流電池
與傳統的可充電電池將能量存儲在固態電極資料中分歧，液流電池將能量存儲在液態電解質溶液中。最常見的液流電池類型是全釩氧化包養app還原電池（VRB）。其他類型包含鋅-溴、鋅-鐵和鐵-鉻化學體系。盡管它們的能量容量和充放電速度較低，但液流電池具有包養網站幾個主要優點，使它們在并網和離網運行的儲能系統中占據了大批市場份額，包含年夜規模應用。優點包含極長的壽命（長達30年），高可擴展性，疾速的響應時間和火災風險低，因為液流電池含有不易燃的電解質。
圖3.用于儲能的電池技術
2020年頭，B包養網單次ESS約占全球儲能容量的5％，遠低于抽水蓄能。根據《財巨賈業洞察》（Fortune Business Insights）的數據，到2027年，電池儲能市場規模預計達到197.4億美元，年復合增長率（CAGR） 20.4％。鑒于電化學儲能技術的可用性，效力和最新研發進展，預計其將成為未來幾年儲能技術的領導者。可是，其他可以與電池儲能系統對抗的替換技術，在某些應用中具備特別優勢。以下是重要與電池儲能競爭的一些儲能技術：
抽水蓄能（PSH）：根據國際水電協會（IHA）估計，全球抽水蓄能可儲存多達9,000 GWh的電力，占世界儲能容量的94％以上。抽水蓄能道理是當水從高水位流向低水位時，通過旋轉渦輪產生能量。這種儲能技術可以以公道的價格供給廣闊的儲存容量，以滿足更年夜型電網的需求。抽水蓄能最年夜的挑戰在于它們建造周期長，需求數年，并需求巨額投資。
壓縮空氣儲能（CAES）：這種ESS類型應用能量將空氣壓縮并儲存在地下儲氣庫中。當需求時，釋放的壓縮空氣通過旋轉渦輪機產生電力。壓縮空氣儲能系統在生產和采礦行業中獲得有用應用。但是，對于某些應用場景，特別是室第解決計劃，實施這項技術能夠會有問題。
飛輪儲能（FES）：是一種將能量應用到飛輪上，使其高速旋轉，產生旋轉或動能并將其儲存并在后期釋放的技術。飛輪系統以其壽命長（長達數十年）、易于維護和響應時間快而著稱。但它們只能在短時間內運行。
儲熱（TES）：是一種可以儲存從各種來源搜集熱能的儲能，包含水、巖石和熔融資料——鹽、硅和鋁。儲熱系統與可再生動力結合，在供熱和制冷應用中有廣泛的應用潛力。
勢能存儲或機械重力儲能：這種儲能的理念是包養管道將重物，如混凝土塊，晉陞高度并在需求釋放能量時將其放下。今朝這項技術還遠未成熟，但一旦經過完美，它能夠在儲能市場具有潛在價值。
圖4. 2020年頭全球儲能市場，來源：中關村儲能產業技術聯盟(CNESA)
替換電池的儲能技術已經問世數年。此中一些已經投進運行，而其他一些仍在研發中。但能夠確定的是，一切這些技術都需求靠得住的機器學習和人工智能解決計劃。它將使操縱更自動化，下降維護價格，并確保在起碼的人力投進下平穩運行。
選擇電池作為儲能有幾個好處，起首，通過電池儲能對地點沒無限制 – 因為您不需求供給宏大的水箱或地下儲氣罐。由于其可用性和靈活性很高，BESS 可以很好地適應于分歧功率和存儲容量的應用。此外，現代電池技術傾向于輕量化、本錢效益、平安和環保。讓我們看一下電池儲能系統的應用案例和它可以解決的基礎問題。
負荷治理（動力需求治理）
BESS有助于用電岑嶺和低峰分歧時間之間均衡負荷。電力需求能夠會因包養每日天期、時間、季節和其他原因而有所分歧。需求越高，電力本錢越高，反之亦然——在低峰期間，價格會下降。通過在需求低時存儲能量并在岑嶺期間放電，電池儲能解決計劃應用戶能夠節省電費（削峰填谷）。
能量時移（峰谷套利）
如上所述，電力價格在分歧時間波動，既有上漲也有下跌。電池儲能系統允許能量時移——在低峰期購買動力，在價格上漲時出售或應用。是以，無論季節和電力需求若何，BES包養Ss都可以平衡動力價格并最小化風險。
備用電源
在電網毛病的情況下，BESS可以供給備用電源，直到電力完整恢復。更年夜的儲能容量和與可再生動力的整合，使BESS能夠更長時間的備份動力。通過作為不間斷電源（UPS）運行，商業電池儲能計劃可以打消宕機從而節省時間和金錢。
黑啟動才能
停電后，通過基于電池儲能系統的黑啟動才能來恢復電力發電，從而替換發電廠應用的柴油或自然氣發電機。電力系統可以在不應用內部電源的情況下從頭啟動。BESS的疾速響應時間有助于在盡能夠短的時間內使系統恢復正常運行。
頻率把持
電池儲能系統可以調節電網頻率，確保其值在規定范圍內。假如發電量與實際電力需求不符，頻率能夠會超越或低于其額定值。這些差異能夠會導致臨時斷開電網連接、電源毛病或停電。BESS可以當即對電力中斷做出反應，供給亞秒級頻率轉速響應，穩定電網。
BESS也可以確保電壓穩定性，將其維持在指定范圍內。
可再生動力整合
將電池儲能系統與間歇性可再生動力相結合，為并網、離網和混雜系統供給了廉價的持續電力。比來，清潔動力因其經濟可行和環保，作為化石燃料的替換品越來越受歡迎。根據國際動力署（IEA）的數據，可再生動力在全球電力生產中的份額從2019年的27%增添到2020年的29%。此外，預計到2040年可再生動力占比將達到45%。當局的補貼和下降稅率，使可再生動力-存儲解決計劃的獲得廣泛支撐和激勵。
圖5.全球電力發電中可再生動力的預計份額，來源：Statista
電池儲能技術進步了可再生動力的應用效力。這使它們成為各種應用場景靠得住的動力來源，包含配備光伏板（PV）的家庭、離網商業設施以及孤島運行的社區，例如島嶼和偏遠農村地區。位于japan(日本)六戶町的智能電網采用基于鈉硫電池的年夜容量BESS儲存太陽能和風能。今朝鎖卻被鏡頭挑中。由於兩位女性都年輕且有吸引力，她，有92個風力發電設施和3個太陽能電站，總容量為313,350千瓦。
BESS協助并網和混雜式太陽能和風能的系統進行能量時移和需求側治理。例如，在有風的天氣中，系統可以在岑嶺和低峰時期為家庭供給電力并充電。隨后，當電力需求高且可變動力不成用時，可以應用電池儲能的電能。這樣的系統已經在法羅群島安裝并勝利運行。現在，風力發電產生的電力約占該島動力需求的50%。
延后輸電和配電投資（T＆D）
電池儲能可以打消建造新的輸電和配電系統，或更換新的資料現有容量缺乏，或過時的輸電和配電資產的需求。通過儲存多余的能量并供給備用容量，BESS可以減輕過載的輸電和配電線路負荷，并避免電力傳輸系統擁堵。
微電網
BESS是微電網的主要組成部門，微電網是分布式電力網絡，可以連接到公用電網或完整獨立。位于偏遠地區的獨立微電網可以依包養網附與間歇性可再生動力相結合的電池儲能系統。這種解決計劃可以實現平穩的發電，并有助于防止與柴油發電機相關的昂揚價格和長期包養空氣淨化。
電池儲能系統在分歧的行業和應用領域獲得廣泛應用。例如，表前(Front-of-the-Meter, FTM)應用包含在電力系統中的電池儲能系統，如市政電源的發電和儲能設施以及輸電和配電線路。表后(Behind-the-Meter, BTM)應用包含路況包養領域，包含電動汽車和船舶系統，室第、工商業的電池儲能系統。
世界上一些年夜型的電池儲能系統包含Alamitos動力中間、Gateway儲能系統（american）、Hornsdale電力儲備（澳年夜利亞）、Minety電池儲能項目（英國）、Buzen和Rokkasho電池電廠（japan(日本)）、韓國Zinc儲能系統（韓國）和昆山儲能電站（中國）。
2020年，american安裝了1,464兆瓦的儲能設備，超過了2013年至2019年該國安排的總儲存容量。根據Fros看起來不像流浪貓。」t＆Sullivan的剖析，技術本錢的下降和可再生動力的疾速普及將推動全球電網電池儲存容量從2020年的8.5 GW增長到2030年的134.6 GW。
圖6.表前和表后電池儲能的應用
BESS：買還是不買
全球動力儲存市場供給了許多”現貨”的電池儲能系統，這些系統在電池化學、規包養網模、效能、用處和價格等方面存在差異。以下是一些重要的BESS市場玩家：
新紀元動力（NextEra Energy） -這家公司是全球最年夜的風能和太陽能可再生動力發電商之一。它是電池儲能系統的全球領導者之一，也是american擁有最多儲能運營容量的公司。
ABB -這家瑞典-瑞士跨國公司生產太陽能應用的電池儲能系統。產品范圍包含用于家庭、智能路況系統、公用事業和工業應用的基于鋰離子電池的模塊化解決計劃。
比亞迪（中國） -比亞迪是全球最年夜的各種可充電電池制造商之一，生產用于各種應用的儲能系統。他們的產品線包含年夜型公用事業BESSs，商業用模塊化電池式ESSs和 小型電池存儲設備。
松下（japa甜心花園n(日本)） -松下發布EverVolt家庭電池存儲解決計劃，可供給11至120 kWh的儲能產品。EverVolt應用松下鋰離子電池。
東芝（japan(日本)） -東芝供給SCiB系統 – 中年夜型鋰離子電池儲能解決計劃。這些系統適用于包養網公共、商業和工業需求。
Fluence -是西門子（德國）和AES（american）合資的公司，供給三種電池儲能產品：Gridstack（工業應用的電網級儲能系統）、Sunstack（光伏儲能系統）和Edgestack（商業儲能包養網系統）。
三星SDI（韓國） -三星是全球領先的鋰離子可充電電池制造商之一。它的電池儲能系統從kWh到MWh不等，并在家庭、發電廠、公用事業和商業設施中應用。
LG 化學（韓國） -LG供給電池解決計劃，積累和儲存太陽能為家庭供電，而不應用公用事業的電力。LG家用電池RESU系統體積玲瓏，應用鋰離子電池。