储能系统对于电网转型和现代化发展至关重要

储能系统被一些行业人士描述为电力行业的“瑞士军刀”。也有人将其称之为智能电网的“杀手级”应用。无论储能被称作什么，已证明是一种具有多方面应用价值的能源技术。

洛杉矶港日前正在安装一个ABB公司提供的飞轮储能系统，将组建一个新型微电网。而在英格兰北部曼彻斯特，世界上第一个电网规模为5MW/15MWh的液态空气储能（LAES）项目已经完成部署。此外，通用电气公司还开发了一个具有“黑启动”功能的电网规模抽水蓄能系统。南加州爱迪生公司与Fluence公司合作，正在安装世界上最大的锂离子电池储能系统之一，以提高电网运行的可靠性和环保目标。

业界对储能系统部署的不断增长而感到兴奋。现代的储能系统是多功能的，可以提供从几千瓦到几兆瓦功率，并且可以在很短的时间内提供这种能量。

当与其他能源技术相结合时，储能系统为电力系统增加了价值。具有储能功能的分布式能源（DER）系统将电网可靠性扩展到电网侧和用户侧用户。与可再生能源发电相结合，储能技术使可再生能源的电力调度成为可能。与电力需求管理系统一起使用时，可以转移峰值负载。而且，当与老旧的基础设施结合使用时，储能系统提高了性能，延长了电力设备的使用寿命。

2018年，储能系统部署得到了更多的关注。NavigantResearch公司的一份研究报告指出了电网和辅助服务（ESGAS）市场中储能系统的主要发展趋势和挑战。Navigant公司表示，“2018年，全球电网和辅助服务行业预计将部署1220.7MW新产能，到2027年将增至29300.5MW。”

与此同时，美国储能协会（ESA）估计，仅在2018年，美国部署的储能容量超过1200MWh。

面临的挑战

2018年全球电网和辅助服务（ESGAS）市场预测如何与美国储能协会（ESA）的估算是否一致？其实没有冲突，这只是一个术语问题。全球电网和辅助服务（ESGAS）提出的1220.7MW是功率或装机容量，而美国储能协会（ESA）提出的1200MWh是容量。当这些术语可以互换使用时，人们很容易忽略这一区别，即使功率和容量是并不相同的两个术语。

在讨论储能系统时，了解功率与容量之间的差异至关重要。用户必须理解这两个属性如何组合以提供功率和容量，因为这些特性对于定义储能设备的能力是至关重要的。

换句话说，如果灯泡需要100W的功率才能工作，则其额定功率为100W。如果它开启一小时，将使用100Wh的电能来运行。如果储能用户希望这个灯泡工作4小时，则储能系统的容量为100W/400Wh。而这是美国联邦和各州的法规、政策、指令、指南对于定义储能系统的重要区别。

监管部门的支持

在储能转型方面，很多人对2018年储能部署的发展感到兴奋。福布斯杂志发表的一篇文名为“2018年的能源革命：储能”的文章很好地总结了这一点。

可能导致这一转变的最大事件是全球监管机构前所未有地支持这项技术。中国不仅在2017年发布了国家级储能支持政策，而且还发布了区域政策，这对2018年的中国储能市场产生了真正的影响。

当美国联邦能源监管委员会（FERC）在2018年发布第841命令和第845命令时，也得到了强有力的支持。“这些规则旨在加强竞争，并提高美国批发电力市场的效率。它们将有助于支持大容量电力系统的弹性。”美国联邦能源监管委员会（FERC）表示。

第841号命令消除了输电网上采用储能资源的障碍，并将储能系统视为一种资源。第845号命令修订了发电设施的定义，以纳入储能系统，同时允许对小于储能设施总容量的发电设施进行互连。

这两个命令指示美国区域输电组织和独立系统运营商开发模型，以解决储能技术可以提供的所有服务。Black&Veatch公司的《2018年战略方向：电力报告》指出：“观察人士表示，新规定将为储能公司开启了市场大门，以便在批发电力市场中竞争。”

ABB公司发表的一篇论文预计，美国储能部署容量在2018年超过2GWh，其他国家和地区将增加1.9GWh。Brattle集团的一项研究还调查了2018年美国储能市场的现状和未来增长潜力。Brattle集团表示，“该研究发现，如果储能成本继续下降，未来十年储能装机容量可能增长到50GW，监管政策以最近发布的FERC第841号命令为基础，消除了阻碍储能资源所有者实现多个价值流的障碍。”

美国州级监管机构和政策制定者也发布了支持公用事业和开发商部署储能技术的立法。马里兰州成为美国第一个向商业和住宅客户提供储能项目税收抵免的州。

纽约公共服务委员会已经批准了为其清洁能源计划提高储能部署的举措，马萨诸塞州已经授权在2020年前部署200MWh储能容量。加州能源委员会估计，到2020年，将新建近75000套住宅，而在2020年，就将会增加装机容量为222MW太阳能发电设施。

关键技术

由于所有这些监管支持以及成本降低和技术改进，储能系统正在增加其在输电系统中的存在。对于公用事业公司而言，储能部署意味着运营收入减少，提高可再生能源整合度，以及减少对化石燃料发电的依赖。对于电网运营商而言，这意味着在供需之间实现更有效的平衡，避免系统升级，并提高可靠性。商业消费者将会减少电费，产生收入，并控制电力中断。对于住宅用户而言，它可以在电力中断期间提供备用电源的安全性以及减少电费的好处。

储能技术的多样性正在影响整个电力价值链。得到了ABB、Fluence、GE、NECEnergySolutions、NGK绝缘体有限公司、三菱电气公司、S&C电气公司、施耐德电气公司、西门子公司以及特斯拉公司等生产制造商的支持。他们正在开发和提供各种储能技术，如飞轮、超导技术、液流电池、超级电容器和其他设备。储能供应商还将储能技术与已建立的智能电网技术相结合，开发出更为复杂的储能系统。

混合储能技术应用

储能组合技术也称为混合储能系统（HESS）。也就是可以通过将两种或多种储能技术与复杂的计算机控制和监视系统合并以形成单一储能系统。混合储能系统（HESS）利用了每种共享技术的优势。最有希望的方案是电池到发电设备、电池到电池、超级电容器到电池的部署和配置。

部署在南加州爱迪生系统上的这些方案之一将传统的燃气涡轮发电机与锂离子电池储能系统和先进的计算机软件相结合，以组建一个混合式发电厂。通用电气的储能系统使燃气轮机在待机模式下空转而不使用任何燃料，并且高级软件控制储能系统当作一种备用储能资源。换句话说，当它被要求响应时，响应速度更快，储能系统的加速供电更容易，减少了碳排放。

另一种混合储能系统（HESS）方案将钒液流电池与锂离子电池相结合，利用了锂离子电池的低成本、响应快、能量密度高的优点。储能供应商redT公司表示，其部署的一个180kW/900kWh钒氧化还原电池储能系统和一个120kW/120kWh锂离子电池储能系统，并于2018年11月在澳大利亚墨尔本莫纳什大学克莱顿校区投入使用。

这份新闻稿指出，“液流电池储能系统可以存储80％能量，而锂离子电池储能可以满足突发性的电力需求。这个应用是全球第一种混合储能应用。”

几年前，杜克能源公司在其电网上部署了电池和超级电容器的混合储能系统（HESS）。混合储能系统（HESS）结合了高功率、快速响应的超级电容器和高容量电池。容量为277kW/8kWh的超级电容器充电速度快，充电/放电寿命约为传统铅酸电池的10倍。总而言之，混合储能系统（HESS）为杜克能源公司的一个装机容量为1.2MW太阳能发电设施提供峰值需求响应、负载转移和支持。而将混合储能系统（HESS）与风能和太阳能发电设施整合在一起，引起了业界极大兴趣。

未来发展

根据报道，PacifiCorp公司对其22家燃煤发电厂进行了一项调查研究，结果发现其中13家煤矿的运营成本高昂。环保组织塞拉俱乐部补充说，可以采用风力发电设施取代22座煤电厂中的20座将会更便宜。但Xcel能源公司提出了一项电力建议请求，要求能源开发商在2017年对新能源进行投标。其结果震惊了许多人。Xcel公司收到了238个独立项目的430个投标书。在尘埃落定后，其中350个投标书中，将包括100GW可再生能源项目，其中134个是太阳能项目。为了使竞标成功，许多竞标者的投标将储能系统纳入其中，使其成为一个混合储能系统（HESS）计划。

根据CarbonTrackerInitiative网站的报道，XcelEnergy公司竞标让人们关注的是，招标书中将储能设备纳入在内，并且储能部署的价格也很便宜。该网站称，“风能+储能项目的中位数投标价为21美元/兆瓦时，太阳能+储能项目的中位数投标价为36美元/兆瓦时。”

该网站还指出，“风能+储能项目的中位数投标价格似乎低于目前科罗拉多州所有燃煤电厂的运营成本，而太阳能+储能项目的中位数投标价格可能低至煤炭发电价格的74%。”

Xcel公司的投标是美国储能应用的一个重要里程碑。通用电气资本公司的一份报告指出：“其最大的影响来自亚利桑那州和科罗拉多州，这两个州都见证了太阳能+储能项目在为电网提供新电力的拍卖中击败了天然气发电厂。”

通用电气资本公司还表示，“科罗拉多州1月的拍卖在美国引起反响，此前几家开发商以低于该州新天然气项目发电成本的价格部署了包括可再生能源和储能在内的项目。同样的事情也发生在亚利桑那州，当时部署一个太阳能+储能项目取代了一个天然气发电项目，在峰值期间提供电力。其招标活动非常成功，以至于亚利桑那州公司委员会对新建的大型天然气厂的新建计划暂停了9个月时间。”

开发长时储能系统

这些结果显示了储能系统如何进入智能电网的各个方面。美国能源部（DOE）最近宣布了一项新计划，将提供高达3000万美元资助，为其ARPA-E研究计划提供资金。

美国能源部（DOE）希望ARPA-E组建的持续增加电力储能(DAYS)的团队来开发储能技术，提供持续时间从10小时到大约100小时的长时储能系统。美国能源部表示，“储能系统将在未来具有弹性的电网中发挥越来越重要的作用。”

这个想法是：持续增加电力储能(DAYS)项目团队将开发具有延长放电时间的储能系统，这将鼓励新应用的开发。这些应用为电网提供了更可靠和更经济的电力，甚至鼓励可再生能源的更大规模的整合。

2018年9月，美国能源部宣布选择10个持续增加电力储能(DAYS)项目项目，从液流电池到热储能、电池储能以及抽水蓄能。

下一步发展

当考虑到储能技术的所有进步、改进和发展时，很容易看出其支持者为什么采用了“瑞士军刀”这个类比。在监管机构和政策制定者的支持下，储能技术正在帮助电网实现现代化。

储能系统正在整合到风能和太阳能设施中，以提高电力供应的质量。当储能系统包含在配电能源管理系统中时，它在提高电网的灵活性和弹性方面发挥着重要作用。此外，储能技术已被认为是下一代电网所需的一种强大的负荷均衡技术。

由于其广泛的应用和服务，业界人士将储能系统称为智能电网的“杀手级”应用。行业支持正在为储能应用创造新的收入来源，储能系统随时可用，并且不断改进。虽然2018年在储能市场发展迅速，但2019年正显示出更好发展迹象。