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长时储能和储能租赁服务(ESaaS)将是令人兴奋的未来

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2019-07-09 浏览:
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中国储能网讯:随着科技的进步,储能系统应用不断改进和发展,并且成本也正在大幅下降。

从表面上看,电力系统由多个电网连接组成,输电网和配电网在过去100年中没有太大变化。但这些只是表面特征。如果更加深入地观察,很容易看到正在发生的转变:可再生能源发电如今比基于化石燃料的发电更加经济。消费者现在也成为生产者,能够在用户侧产生兆瓦级电力,这使得电网成为一种双向电力管道,分布式能源也已经启动了其分散化进程。

电网的边缘被重新定义为在消耗电力地方产生的电力。然而,真正的游戏规则改变者是为电网添加储能系统。该技术正在电力系统中进行部署,以平衡电力波动,管理峰值需求,使风力发电和太阳能发电可以调度,并减少碳排放。这将是一个不同于以往的电网,储能系统只是其转型的一小部分。

改善电池性能

铅酸蓄电池技术也通过创新方法进行了改进,例如阀控铅酸(VRLA)、吸附式玻璃纤维隔板电池(AGM)和胶体电池。研究人员发现,通过向电池单体中添加碳元素可以加强阀控铅酸(VRLA)电池性能,并延长其使用寿命。

研究人员还发现,铅酸电池组加装超级电容器可以增强电池性能。该电容称为UltraBattery,可作为高速充放电循环的缓冲器。使用铅炭电池和UltraBattery的储能示范项目始于2011年,至今仍在使用。该项目由美国能源部(DOE)、新墨西哥州公共服务公司(PNM)、桑迪亚国家实验室、美国电力研究所、S&C电气公司、东宾夕法尼亚制造公司及其子公司Ecoult公司、北新墨西哥学院和University合作完成的。

超级电容器和铅酸电池增加了公用事业的储能选择

扩大电池供应

各种电池技术存在自己的潜力,但锂离子电池技术已成为21世纪电网的首选电池技术。锂离子电池正在为储能系统部署创造记录。彭博社预计,在全球范围内,储能行业在未来22年内将需要942GW产能,其他研究团队对此也表示认同,储能行业面临的挑战将是生产足够电池以满足部署需求。

SDG&E公司和住友电工合作开发的2MW液流电池试点项目已安装在SDG&E电网上,用于频率调节和断电支持。

有趣的是,电动汽车制造商特斯拉公司提出了有效的电池生产解决方案。该公司与松下公司合作,,首个gigafactory电池工厂于2016年破土动工,目前仍在建设中,建设完成率约为30%。根据特斯拉公司提供的数据,即使在这种情况下,未完工的gigafactory电池工厂在2018年生产了总容量为20GWh锂离子电池。

其他电池生产商也采用了gigafactory工厂概念,并计划建立自己的版本。根据调查,预计到2028年全球范围内已公布有关正在计划或正在建设中电池工厂达到22家。Benchmark Mineral Intelligence估计,到2023年这些大型工厂中的前10家中有7家将在中国,1家在美国,1家在韩国,还有一家在波兰。

扩展功能

当特斯拉公司于2015年推出基于锂离子的储能业务时,它主要与住宅储能产品相关,如Powerwall。然而不久之后,该公司推出了商业和电网规模储能能系统。2018年5月,特斯拉公司储能业务出现了一个重大里程碑,其生产的锂离子电池储能容量超过1GWh。该公司预计将在2019年达到2GWh。其公告指出,“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。”

2017年,当特斯拉公司首席执行官埃隆·马斯克宣布,可以在100天内为澳大利亚霍恩斯代尔储能项目提供100MW/129MWh储能系统时,其储能部署得到了巨大推动。特斯拉公司最终实现了承诺,只用了64天就部署完毕。这引起了业界人士广泛关注,而该项目在2018年运营情况让它重新成为人们关注的焦点。

没有人质疑储能系统价值,其提供的辅助服务对电网运营变得极为重要,而该储能项目第一年运营情况强调了这一重要性。澳大利亚能源市场运营商(AEMO)报告称,霍恩斯代尔储能项目的反应比传统调峰发电厂更快、更准确、更有价值。

这一点很重要,因为电力系统的安全要求,澳大利亚能源市场运营商(AEMO)签署了采用天然气和燃煤发电厂的频率控制辅助服务合同。在该储能项目运营一年之后,该公司宣布将终止这个装机容量为35MW的辅助服务合同,而该公司在2016年和2017年支付电力成本将近2890万美元。

提供储能服务对洛杉矶水电局(LADWP)来说也很重要。洛杉矶水电局在其位于莫哈韦沙漠的一个装机容量为250MWBeacon太阳能发电设施中配套部署了一个20MW/10MWh电池储能系统(BESS)。

而Doosan GridTech公司的锂离子储能系统用于稳定太阳能发电,它可以提供北美电力可靠性委员会(NERC)和美国联邦能源监管委员会(FERC)所要求的频率控制、电压支持、电力平滑等服务。

天然气发电和储能系统的组合

天然气发电厂和储能设施的组合已被证明对电网的运行和环境都有益。2017年,南加州爱迪生公司(SCE)和通用电气公司推出世界上第一台混合动力燃气轮机。将一个10MW/4.3MWh电池储能系统与GE LM6000燃气轮机集成在一起。这种混合动力的特殊之处在于控制系统采用电池储能系统的电能,直到燃气涡轮机达到全功率输出,并使涡轮机处于冷备用模式,这种情况可以减少燃料消耗和碳排放。

发电厂和储能设施的混合动力应用已在全球范围内获得认可。位于匈牙利布达佩斯的ALTEO集团的子公司Sinergy Kft公司在一家天然气发电厂安装了一个瓦锡兰集团提供的一个6MW/4MWh电池储能系统,作为虚拟发电厂运营,并提供频率调节服务,并于2018年8月投产。

另一个例子是澳大利亚的Origin Energy公司,该公司正在昆士兰州北部的一个装机容量为414MW的Mount Stuart电站安装一个4MW/4MWh储能系统。这个电池储能系统由韩国博松电力技术有限公司提供,将用于备用电源并整合当地可再生能源。此外,在西澳大利亚州的178MWNewman发电站配备一个Kokam锂离子电池储能系统,容量为30MW/11.4MWh。

混合动力燃气轮机采用电池储能系统允许涡轮机处于完全冷备用模式,这减少了燃料消耗和排放。

海上风电和储能系统的组合

多米尼加的圣多明各市土地稀缺,但该市的电力需求仍在持续增加。因此采取了非正统的方法供电:建设一个名为Estrella del Mar III的浮动式混合动力发电厂。由西门子公司、ST工程有限公司、储能厂商Fluence公司里联合开发的浮动式混合动力装置,该装置由一个装机容量为145MW联合循环天然气发电厂,配套部署了一个5MW/10MWhFluence锂离子电池储能系统。这个混合发电设施比陆基发电厂更具成本效益。采用储能系统减少了发电厂碳排放。Estrella del Mar III浮动式发电厂预计将于2021年春季完工并投入运营。

Estrella del Mar III是一个浮动式混合发电部署项目,部署了一个容量为145MW的天然气发电厂和容量为5MW/10MWh电池储能系统

Estrella del Mar III是一个固定在海岸附近的浮动发电厂,但另一个海上电力项目是采用储能系统。它是Northern Drilling公司拥有的名为West Mira超深水半潜式钻井平台,采用低排放混合动力发电厂和西门子BlueVault 装机容量为6MW锂离子电池储能系统组合。

West Mira深水钻井平台采用西门子BlueVault锂离子储能解决方案

据西门子公司称,BlueVault电池储能系统可以将柴油发电机的燃油消耗降低12%,减少其运行时间约42%,二氧化碳排放量减少15%,氮氧化物排放减少12%。这是该技术首次适用于钻井平台,但这并不是电池储能系统首次在海上应用,目前已在全球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电场配套部署,并成为海上风电场的重要组成部分。Orsted公司在2018年为其90MWBurbo Bank海上风力发电场增加了一个装机容量为2MW电池储能系统用于频率调节服务。在该项目之后,Orsted公司及其合作伙伴Eversource公司决定将NEC Energy Solution公司的一个55MW/110MWh锂离子储能系统与其位于美国马萨诸塞州Martha葡萄园附近的一个装机容量为800MW的Bay State风力发电场配套部署。

海上风电+储能项目的另一个应用是位于苏格兰海岸外的30MWHywind浮动式风力发电场。Aggreko公司为其部署一个1MW/1.3MWh储能系统,使风力发电场更加适合电网。

EDF Energy公司为英国诺丁汉郡的一个装机容量为41.5MWBlyth海上风电场和1332MWBurton B联合循环燃气电厂部署了一个49MW/24.5MWh锂离子储能系统。该系统通过提高风力发电场产生的电力来实现双重任务,并为英国的电网提供平衡。

Blyth海上风电场配套部署的储能系统

液流电池

锂离子电池是当今储能系统中的主流技术,但另一个储能技术正在掀起波澜:氧化还原液流电池。

液流电池是由Thaller(NASA Lewis Research Center, Cleveland, United States )于1974年提出的一种电化学储能技术。液流储能电池系统由电堆单元、电解质溶液及电解质溶液储供单元、控制管理单元等部分组成。液流电池系统的核心是由电堆和(电堆是由数十节进行氧化-还原反应)和实现充、放电过程的单电池按特定要求串联而成的,结构与燃料电池电堆相似。

有多种类型的液流电池可供选择,但钒、铁、溴、钠是目前最受欢迎的商用电池。该技术是电网规模电池储能系统的理想选择,因为可用容量由其电池和电解质储罐的尺寸决定,液流电池具有较长的循环寿命,并提供快速响应时间。

VRB Energy公司宣布,其在中国湖北枣阳部署的一体化示范储能项目的第一阶段于2019年1月投入运营。项目第一阶段全钒液流电池储能系统容量为3MW/12MWh,项目总容量为40MWh。此外,中国大连正在部署一个200MW/800MWh的钒液流电池储能项目,由大连融科储能公司制造。

装机容量为24.5MWPowerStore模块化储能系统可以在需要时集成到电网中

圣地亚哥天然气和电力公司(SDG&E)与住友电气工业公司宣布,计划部署一个Bonita全钒液流电池储能试点项目,这个容量为2MW/8MWh液流电池储能试点项目预计将运行四年。SDG&E公司负责运营该项目,以提供电压频率、断电支持和不断变化的能源需求。

另一台2MW/8MWh钒液流电池安装在斯诺霍米什县公用事业区电网上。UET公司利用美国太平洋西北国家实验室(PNNL)开发的技术,在20个相连的集装箱中建造并安装了钒液流电池及其控制系统。该实验室发现在电解质溶液中加入盐酸几乎使其储能容量增加了一倍,并扩大了其工作温度范围,减少了维持温度控制的需要。

微电网也采用了液流电池,因为当今的微电网需要更长时间储能。CMI集团宣布已经安装了一个工业微电网,该系统集成一个4.2MWh储能系统,该系统包含一个锂离子电池储能系统和两个装机容量各为2MW液流电池储能系统。

大连融科储能、VIZn Energy、住友电工也在致力开发液流电池技术,并且其成本正在下降,与2小时到4小时锂离子电池储能的容量相比,它们通常具有6小时至10小时的容量。

长时储能和储能租赁服务(ESaaS)

随着电力工业向21世纪的电力传输系统过渡,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,储能系统是平衡电网供需的必要条件。随着电力供应的分散,储能系统改善了分布式发电系统性能。要使电网更有弹性,就需要储能系统以防止和减少电力中断,而随着更多电网应用的探索,人们对未来的技术发展有着更多预期,而长时储能和储能租赁服务(ESaaS)成为了令人关注的两个主题。

采用长时储能系统的重点是控制风力和太阳能发电。研究表明,持续时间超过4小时的锂离子电池储能系统正在推动这项技术发展。还需开发更长时间储能技术,美国能源部因此为持续放电时间高达100天储能项目的开发和研究提供资助。

另一个趋势是提供储能租赁服务(ESaaS),可以降低储能系统使用成本。在英国,Solo Energy 公司推出了一系列家庭能源服务,其中包括储能租赁服务(ESaaS)。Aggreko公司创建了一家ESaaS公司,主要提供储能系统租赁,租期为两年到四年。据该公司称,其Aggreko储能系统可在全球范围内使用。

在公用事业领域,绿山电力公司向客户提供特斯拉Powerwall储能系统,每月只收取少量费用。

人们对未来五到十年的储能技术会发展什么样,有着很多猜测。考虑到过去两三年技术和市场的快速发展,人们无法预测,但有一件事是肯定的:长时储能和储能租赁服务(ESaaS)将是令人兴奋的未来。

关键字:储能系统 储能项目

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