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劃（“LEp”）呼吁實現(xiàn)總計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年仍需要進行大規(guī)模的維護和升級，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)以其先進的設(shè)計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，其具備很大的運輸與尺寸優(yōu)勢。電池設(shè)計和結(jié)構(gòu)方面的不斷進步使其效率和壽命更佳且安全性更強。

根據(jù)電池的配置和系統(tǒng)的設(shè)置，儲能能夠為電網(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，實現(xiàn)負(fù)荷平衡和高峰調(diào)節(jié)，甚至能在微電網(wǎng)上實現(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）能夠為其提供以下益處：

?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高峰負(fù)荷。

?斜率控制/容量穩(wěn)定。這一點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行補償。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)電機故障或非預(yù)期輸電損失需要消費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)電機容量空載在線會浪費燃料，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)施勉強成為電廠和消費者之間的紐帶。可在負(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，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的裝置。

BESS設(shè)計

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)境防護型室內(nèi)空間可用，因此直接的室外設(shè)計就顯得尤為關(guān)鍵。良好的熱管理是設(shè)計并保護逆變器、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，經(jīng)證實非常高效，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)-獨立電力系統(tǒng)營運公司（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將從這些新項目（總計34MW）中吸取經(jīng)驗教訓(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)機會。其中包括：

?西弗吉尼亞州埃爾金斯市AES儲能項目：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)

人機界面圖利