如何储存离网电力？ |罗伊波夫

过去50年来，全球电力消耗持续增长，预计2021年用电量约为25,300太瓦时。随着向工业4.0转型，全球能源需求不断增加。这些数字每年都在增加，还不包括工业和其他经济部门的电力需求。这种产业转移和高能耗加上温室气体过度排放带来的更明显的气候变化影响。目前，大多数发电厂和设施严重依赖化石燃料来源（石油和天然气）来满足此类需求。这些气候问题阻碍了使用传统方法进行额外的能源生产。因此，开发高效可靠的储能系统对于确保可再生能源的持续可靠供应变得越来越重要。

能源部门的应对措施是转向可再生能源或“绿色”解决方案。这种转变得益于制造技术的改进，例如提高了风力涡轮机叶片的制造效率。此外，研究人员还能够提高光伏电池的效率，从而提高每个使用面积的发电量。 2021年，太阳能光伏发电量大幅增长，达到创纪录的179太瓦时，较2020年增长22%。太阳能光伏技术目前占全球发电量的3.6%，是目前第三大可再生能源继水电、风电之后的能源。

然而，这些突破并没有解决可再生能源系统的一些固有缺陷，主要是可用性。大多数这些方法不能像煤炭和石油发电厂那样按需生产能源。例如，太阳能输出全天可用，其变化取决于太阳照射角度和光伏电池板的位置。它在夜间无法产生任何能量，而在冬季和多云的日子里其输出会显着减少。风力发电也会根据风速而波动。因此，这些解决方案需要与储能系统相结合，以便在低输出时段维持能源供应。

什么是储能系统？

储能系统可以存储能量以便在后期使用。在某些情况下，存储的能量和提供的能量之间会存在某种形式的能量转换。最常见的例子是电动电池，例如锂离子电池或铅酸电池。它们通过电极和电解质之间的化学反应提供电能。

电池或BESS（电池储能系统）代表了日常生活应用中最常见的储能方法。还存在其他存储系统，例如水力发电厂，将大坝中存储的水的势能转换为电能。落下的水会转动涡轮机的飞轮，产生电能。另一个例子是压缩气体，释放后气体将转动涡轮机的轮子产生电力。

电池与其他存储方法的区别在于其潜在的操作领域。从小型设备和汽车电源到家庭应用和大型太阳能发电场，电池可以无缝集成到任何离网存储应用。另一方面，水力发电和压缩空气方法需要非常大且复杂的存储基础设施。这会导致非常高的成本，需要非常大的应用程序才能证明其合理性。

离网存储系统的用例。

如前所述，离网存储系统可以促进对太阳能和风能等可再生能源方法的使用和依赖。尽管如此，还有其他应用程序可以从此类系统中受益匪浅

城市电网旨在根据每个城市的供需情况提供适量的电力。所需的功率可能全天波动。离网存储系统已用于减弱波动并在需求高峰时提供更高的稳定性。从不同的角度来看，离网存储系统对于补偿主电网或计划维护期间的任何不可预见的技术故障非常有益。他们无需寻找替代能源即可满足电力需求。例如，2023 年 2 月上旬的德克萨斯州冰暴导致约 262,000 人断电，而恶劣的天气条件导致维修工作被推迟。

电动汽车是另一种应用。研究人员投入了大量精力来优化电池制造和充电/放电策略，以延长电池的寿命和功率密度。锂离子电池一直处于这场小型革命的最前沿，并已广泛应用于新型电动汽车和电动公交车中。在这种情况下，更好的电池可以带来更大的行驶里程，但通过正确的技术也可以减少充电时间。

无人机和移动机器人等其他技术进步极大地受益于电池的发展。运动策略和控制策略在很大程度上依赖于电池容量和提供的功率。

什么是 BESS

BESS或电池储能系统是一种可以用来储存能量的储能系统。这种能源可以来自主电网，也可以来自风能和太阳能等可再生能源。它由多个电池组成，这些电池按照不同的配置（串联/并联）排列，并根据要求确定尺寸。它们连接到逆变器，用于将直流电转换为交流电以供使用。一个电池管理系统（BMS）用于监控电池状况和充电/放电操作。

与其他储能系统相比，它们的放置/连接特别灵活，不需要非常昂贵的基础设施，但它们的成本仍然相当高，并且需要根据使用情况进行更多的定期维护。

BESS 尺寸和使用习惯

安装电池储能系统时需要解决的一个关键问题是尺寸。需要多少块电池？在什么配置下？在某些情况下，从长远来看，电池类型在节省成本和效率方面可以发挥至关重要的作用

这是根据具体情况进行的，因为应用范围可以从小型家庭到大型工厂。

小家庭（尤其是城市地区）最常见的可再生能源是使用光伏板的太阳能。工程师通常会考虑家庭的平均功耗，并评估特定位置全年的太阳辐照度。电池数量及其电网配置的选择应满足一年中太阳能供电最低时的家庭需求，同时不会完全耗尽电池。这是假设解决方案具有完全独立于主电网的电力。

保持相对中等的充电状态或不将电池完全放电一开始可能是违反直觉的。毕竟，如果我们无法充分发挥存储系统的潜力，为什么还要使用它呢？理论上这是可能的，但这可能不是最大化投资回报的策略。

BESS 的主要缺点之一是电池成本相对较高。因此，选择最大限度延长电池寿命的使用习惯或充电/放电策略至关重要。例如，铅酸电池不能放电至容量的 50% 以下，否则会造成不可逆的损坏。锂离子电池能量密度较高，循环寿命长。它们也可以使用更大的射程进行放电，但这会增加价格。不同化学物质之间的成本差异很大，铅酸电池可能比相同尺寸的锂离子电池便宜数百至数千美元。这就是为什么铅酸电池在第三世界国家和贫困社区的太阳能应用中使用最多的原因。

电池性能在其使用寿命期间受到退化的严重影响，它不具有稳定的性能，最终会突然失效。相反，容量和提供的可能会逐渐减弱。实际上，当电池容量达到原始容量的80%时，就认为电池寿命已尽。换句话说，当它经历 20% 的容量衰减时。实际上，这意味着可以提供更少的能量。这可能会影响完全独立系统的使用期限以及电动汽车可以行驶的里程数。

另一点需要考虑的是安全性。随着制造和技术的进步，最近的电池总体上化学性质更加稳定。然而，由于降解和滥用历史，电池可能会发生热失控，这可能会导致灾难性的结果，在某些情况下甚至会危及消费者的生命。

这就是为什么公司开发了更好的电池监控软件（BMS）来控制电池使用情况，同时监控健康状态，以便及时维护并避免加剧后果。