隨著像風(fēng)能這樣的可再生能源以史無前例的速度連接電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)也越來越受到人們的歡迎。僅加利福尼亞一個州就計(jì)劃在2020年前調(diào)試13GW，全球各地也呈現(xiàn)出類似的趨勢。加拿大安大略省政府的長期能源計(jì)劃（“LEp”）呼吁實(shí)現(xiàn)總計(jì)50MW的能量儲存能力。盡管加拿大關(guān)注的是能源政策，兩者之間似乎沒有很大的可比性，但能源存儲預(yù)計(jì)會是促使政策目標(biāo)取得成功的關(guān)鍵，影響著能源脫碳的結(jié)果并最終獲得真正的“智能電網(wǎng)”。

據(jù)加拿大國家資源委員會（NRC）的數(shù)據(jù)，盡管加拿大的電網(wǎng)是全世界最好的，但其在未來20年仍需要進(jìn)行大規(guī)模的維護(hù)和升級，可能會因此增加能源成本。NRC為電網(wǎng)安全與現(xiàn)代化所倡導(dǎo)的儲能開發(fā)技術(shù)，，用來幫助緩解輸電和配電的更新成本，穩(wěn)定自身是間歇性的可再生能源，以及實(shí)現(xiàn)高峰調(diào)節(jié)和贏利。

雖然儲能的媒介形式多樣，包括壓縮空氣、抽水蓄能、重力和飛輪，但基于電池的系統(tǒng)以其先進(jìn)的設(shè)計(jì)迅速占有市場份額并得到大家的廣泛認(rèn)可。在經(jīng)過適當(dāng)包裝，其具備很大的運(yùn)輸與尺寸優(yōu)勢。電池設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方面的不斷進(jìn)步使其效率和壽命更佳且安全性更強(qiáng)。

根據(jù)電池的配置和系統(tǒng)的設(shè)置，儲能能夠?yàn)殡娋W(wǎng)質(zhì)量帶來多種益處。某些配置可用于快速響應(yīng)瞬間放電（測量單位為毫秒）用來維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和電力質(zhì)量。其他配置則可提供更長時間的輸出，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡和高峰調(diào)節(jié)，甚至能在微電網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)能量備份。電力公司和電力供應(yīng)商都面臨著協(xié)調(diào)客戶的高峰需求、不可預(yù)測的發(fā)電資源和基礎(chǔ)設(shè)施老化等多種問題，電池儲能系統(tǒng)（BESS）能夠?yàn)槠涮峁┮韵乱嫣帲?/p>

?頻率調(diào)整。由于公共電網(wǎng)公司必須維持一個窄頻率范圍維持，這是pCS（儲能逆變器）/BESS（電池儲能系統(tǒng)）的一個常見應(yīng)用。大量的需求會造成頻率的輕微降低，尤其是對于容量較低的系統(tǒng)而言。如果電池儲能存在子循環(huán)響應(yīng)時間，則其可通過儲能逆變器采用高能放電彌補(bǔ)高峰負(fù)荷。

?斜率控制/容量穩(wěn)定。這一點(diǎn)對可再生能源尤其重要，如風(fēng)能和太陽能電廠。在這些應(yīng)用中，當(dāng)輸出量由于風(fēng)能的大幅減少或是云彩遮住太陽能電廠而有所降低時，儲能單元能夠填補(bǔ)出現(xiàn)的這種空隙。

?VAR支持。電抗性負(fù)載會降低輸電和配電線路的效率，但恰當(dāng)設(shè)計(jì)的電池儲能系統(tǒng)能夠通過輸出可調(diào)的有功功率或無功功率對此進(jìn)行補(bǔ)償。從而能夠更高效地使用電力線路和配電設(shè)備。

?替換熱備用。當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)故障或非預(yù)期輸電損失需要消費(fèi)者降低功耗時備用容量能將輸電量維持在一定水平。保持發(fā)電機(jī)容量空載在線會浪費(fèi)燃料，并且導(dǎo)致多余的氣體排放。電池儲能系統(tǒng)能夠替代傳統(tǒng)熱備用發(fā)電擠并改善其效率。

?黑啟動。有了這一能力，發(fā)電廠就能在斷電、電網(wǎng)連接中斷和/或發(fā)電機(jī)容量丟失時自我恢復(fù)。BESS能夠提供重新啟動所需的電力。

?贏利/時間轉(zhuǎn)移。這是用于存儲低成本電力，將其在之后以較高價格售出。通常來說，其出現(xiàn)在需求較低的時間段。

?輸配電升級推遲。對于許多正經(jīng)歷著巨大的電力需求增長且不平衡需求的電力公司而言，能夠暫緩對輸配基礎(chǔ)設(shè)施的加固升級非常有吸引力。通常來說，其需求特征為較高的尖峰負(fù)荷伴隨著漸增的頻率。最終，現(xiàn)有的輸配基礎(chǔ)設(shè)施勉強(qiáng)成為電廠和消費(fèi)者之間的紐帶?？稍谪?fù)荷旁安裝部署一個電網(wǎng)級電池儲能系統(tǒng)以平衡掉功率流并延遲成本巨大的升級。

BESS基礎(chǔ)知識

電池儲能系統(tǒng)由兩個主要部分組成——電池組和用于將電池連接至電網(wǎng)的電力變換系統(tǒng)（pCS）。電池可以是眾多化學(xué)物質(zhì)中的一種，，其中鋰離子在電網(wǎng)級安裝中最受歡迎。單個電池以串聯(lián)/并聯(lián)的方式連接在一起獲得預(yù)期的終端電壓，以達(dá)到最高效率和所需的存儲容量。電池組的一個組成部分是電池管理系統(tǒng)（BMS），其能夠監(jiān)測電池狀況、充電率和其他變量。BMS會向pCS或應(yīng)急管理系統(tǒng)（EMS）報告，使其能夠在出現(xiàn)相關(guān)電池異常時采取行動。

雙向電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是電池儲能系統(tǒng)一個重要組成部分，其負(fù)責(zé)電池的充電與放電、將直流電（DC）轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)使用的交流電（AC）、并保持AC與電網(wǎng)頻率同步。

pCS的核心是并網(wǎng)逆變器，一個用于將DC轉(zhuǎn)換為AC的裝置。其采用高功率絕緣柵雙極晶體管（IGBT），能夠在毫秒內(nèi)以任一方向?qū)崿F(xiàn)高速切換和全功率傳遞。對于DC到AC轉(zhuǎn)換而言，該脈寬調(diào)制（pWM）切換技術(shù)能夠自動同步AC電網(wǎng)頻率和零交叉。由于是將pCS看作電網(wǎng)的穩(wěn)定同步發(fā)電機(jī)，根據(jù)IEEE519標(biāo)準(zhǔn)對總諧波的要求，需要配置積分諧波濾波器從而輸送出純正弦波電。根據(jù)IEEE1547標(biāo)準(zhǔn)，在電力丟失時系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動、有序的關(guān)斷和斷開連接，或者是配置成孤島模式，能，為隔離的微電網(wǎng)提供后備電源。

pCS內(nèi)的其他元件包括監(jiān)測操作狀況的裝置、監(jiān)測功率質(zhì)量的裝置、以及在出現(xiàn)熱或電氣過載時提供保護(hù)的裝置。

BESS設(shè)計(jì)

考慮到有時要在偏遠(yuǎn)且崎嶇不平處建立風(fēng)電場，因此BESS的物理設(shè)計(jì)就成為需要考慮的重要內(nèi)容。一般在這些地方?jīng)]有大量環(huán)境防護(hù)型室內(nèi)空間可用，因此直接的室外設(shè)計(jì)就顯得尤為關(guān)鍵。良好的熱管理是設(shè)計(jì)并保護(hù)逆變器、電池和附件的重要組成部分。傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器內(nèi)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)依靠的是空氣或液態(tài)水乙二醇。空氣冷卻的熱轉(zhuǎn)換效率低且能耗大。冷凍的水乙二醇需要通過系統(tǒng)泵出大量的液體，該過程會消耗大量空間和電能，還會帶來腐蝕和其他保養(yǎng)問題。

為彌補(bǔ)這些缺陷，采用了閉環(huán)蒸發(fā)冷卻方式。在這種冷卻系統(tǒng)內(nèi)，像R134a這樣的制冷劑通過低壓循環(huán)并流經(jīng)pCS內(nèi)的熱關(guān)鍵組件，包括IGBT、電感器和其他部件。隨著來自部件的熱量傳至制冷劑，其會部分蒸發(fā)，形成的蒸汽會送至冷凝器。蒸汽會在冷凝成液態(tài)后并返回儲存器，之后會再次將其泵出流經(jīng)主件。

該冷卻方法利用了兩相系統(tǒng)中“蒸發(fā)傳熱”的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)證實(shí)非常高效，較水/乙二醇系統(tǒng)而言，所需的液體流量更低，因此所需的泵也尺寸更小且功率更低。

智能功能

除了簡單的給電池充電與放電外，許多系統(tǒng)也能夠提供另一重要功能——提供有功功率和無功功率。該功能使得BESS能夠真正支持電網(wǎng)并“容忍”電網(wǎng)的故障。pCS的固件和可編程性使其能夠靈活的進(jìn)行自主控制與操作。如果pCS內(nèi)含有功與無功功率管理算法，則能夠去除或減少外部電力公司現(xiàn)場管理的功能?？紤]到逆變器對電網(wǎng)干擾的耐受性及其在干擾出現(xiàn)時的行動方案，設(shè)計(jì)良好的pCS應(yīng)包含穩(wěn)健的LVRT（低電壓穿越）、HVRT（高電壓穿越）和FRT（頻率穿越）功能，并能夠在各種操作狀況下出現(xiàn)這類事件時提供無功支持。

目前安裝的設(shè)施

安大略的電網(wǎng)企業(yè)-獨(dú)立電力系統(tǒng)營運(yùn)公司（IESO），已從五個提供輔助服務(wù)的公司選擇了儲能技術(shù)，用其支持電網(wǎng)達(dá)到更高的可靠性和效率。據(jù)IESO稱，通過購買儲能技術(shù)，安大略將在新技術(shù)測試上取得領(lǐng)先地位，從而幫助管理電力系統(tǒng)出現(xiàn)的各種變化。IESO將從這些新項(xiàng)目（總計(jì)34MW）中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，了解如何通過電力存儲更好地管理電網(wǎng)的日常操作。

安裝在美國本土和國外的并網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)，將提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會。其中包括：

?西弗吉尼亞州埃爾金斯市AES儲能項(xiàng)目：月桂風(fēng)電場；

?俄羅斯索契市：冬奧會會場；

?俄羅斯圣彼得堡市FSK；

?紐約州約翰遜市：BESS安裝設(shè)施；

?智利阿塔卡瑪市AES-Gener：洛斯安第斯設(shè)施；

?華盛頓州斯諾克米西pUD：埃弗里特變電站“MESA-1”項(xiàng)目

典型的戶外型儲能逆變器

典型戶外電池集裝箱

模塊化的功率單元-方便服務(wù)

人機(jī)界面圖利