|
可再生能源的擴張和全球高效使用能源的趨勢，提高了人們對儲能解決方案，特別是電池儲能系統的興趣。閱讀本文將有助于了解這些系統，以及使用這些系統的益處。 BESS 的工作原理 電池儲能系統 (BESS) 是一個(gè)復雜的解決方案，其利用充電電池來(lái)儲存能量供以后使用。BESS 的類(lèi)型與電化學(xué)或其采用的電池有關(guān)；這類(lèi)系統可以采用鋰離子、鉛酸、鎳鎘、鈉硫和液流電池。儲能系統 (ESS) 是一個(gè)更廣泛的術(shù)語(yǔ)，它可能依賴(lài)于電池以外的各種技術(shù)，例如水力發(fā)電、飛輪、壓縮空氣等等。 要了解什么是 BESS 及其工作原理，看看其結構和核心元件將有所幫助： 電池 從太陽(yáng)能、風(fēng)能或發(fā)電站等不同來(lái)源提供的電能，在電池充電過(guò)程中會(huì )轉換為化學(xué)能。電池在放電過(guò)程中釋放的能量可以為家庭、車(chē)輛、商業(yè)建筑和電網(wǎng)供電。電池由電池單體組成，可以排列組成電池模塊、電池組和電池箱。 電池管理系統 (BMS) BMS 為電池的安全和正確運行提供保障。每種類(lèi)型的電池都有特定的充電和放電條件。BMS 確保電池保持在所需的電流、電壓和溫度范圍內。BMS 可監測電池的參數并估計其剩余電量 (SOC) 和健康狀態(tài) (SOH)，確保電池的可靠和持久性能。 電力轉換系統 (PCS) BESS 使用電力轉換系統，將直流電 (DC) 轉換成交流電 (AC)，反之亦然。當電池充電時(shí)，交流電從電源流入，并轉換為直流電。當電池放電時(shí)，會(huì )產(chǎn)生直流電，然后被轉換回為 BESS 應用所需的交流電。 電能管理系統 (EMS) EMS 是電池儲能系統的一個(gè)控制單元。EMS 管理 BESS 中可用的電力，即管理何時(shí)、為何以及以何種數量積累或釋放電力。EMS 組合 BESS 的各個(gè)元件，并優(yōu)化其整體性能。 安全系統 可以有一系列的安全系統，每個(gè)系統負責一個(gè)特定的任務(wù)。例如，HVAC 系統使 BESS 通過(guò)暖通空調保持所需的溫度和濕度。消防系統可以檢測煙霧并防止火災事故。 
圖 1：典型的 BESS 結構。（圖片來(lái)源：Integra Sources LLC） BESS 能做什么？ 每年，電池儲能系統為全世界成千上萬(wàn)個(gè)家庭、企業(yè)、工廠(chǎng)和社區提供電力。這些系統的規模和儲能容量各異。 例如，Tesla Powerwall 的可用容量為 13.5 kWh，這是一個(gè)緊湊的設備，可為一個(gè)家庭提供不間斷的電力。而 Vistra Moss Landing Energy Storage Facility 的總容量達到 1,600 MWh，這是世界上最大的 BESS，可為 300,000 個(gè)家庭提供電力。 盡管在尺寸和容量上存在差異，但 BESS 可以實(shí)現類(lèi)似的功能并解決類(lèi)似的問(wèn)題。我們來(lái)看看電池儲能可派上用場(chǎng)的案例。 可再生能源整合 BESS 可在任何時(shí)候和任何天氣下有效利用太陽(yáng)能和風(fēng)能。充電電池可以存儲由間歇性可再生能源產(chǎn)生的多余能量。之后，可以根據用戶(hù)的需求調度這些能量。 與電池儲能解決方案整合后，可再生能源可以取代化石燃料，為多樣化的應用提供廉價(jià)和清潔的能源�？稍偕茉凑媳粡V泛用于： · 太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng) · 離網(wǎng)和孤立的社區（島嶼和難以到達的地區）。 · 與太陽(yáng)能板相結合的家庭儲能設備（如 Powerwall）。 除了支持離網(wǎng)系統，BESS 還可以大幅支持住宅、商業(yè)和工業(yè)使用的并網(wǎng)和混合解決方案。
圖 2：電池儲能系統被廣泛用于太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。（圖片來(lái)源：Integra Sources LLC） 能源套利 電力需求與其成本之間存在正相關(guān)性。電力價(jià)格會(huì )在需求高峰期提高，并在需求下降時(shí)降低。消費者可以使用電池儲能系統進(jìn)行能源套利（又稱(chēng)時(shí)間移轉）。 消費者可在非高峰期以低成本將電池充電，并使用 BESS 將電力儲存起來(lái)。然后，他們可以等到電力價(jià)格提高時(shí)將電池放電，以使用低成本的電力或將其出售給電網(wǎng)。 因此，家庭和企業(yè)可以有效地管理電力資源，削減其成本。 負載管理 電力在一天當中的消耗量各異，也會(huì )因季節變化，因而有高峰時(shí)段和非高峰時(shí)段之分。BESS 能讓用戶(hù)在這些時(shí)段中游刃有余地調整電力消耗，節省電力成本。 電力調峰是 BESS 負載管理中最常見(jiàn)的使用案例之一，其重點(diǎn)在于減少高峰時(shí)段的電力消耗。除此之外，消費者能夠像能源套利一樣，減少自己的電力開(kāi)支。 電池儲能解決方案有助于避開(kāi)電網(wǎng)的峰值負荷，因此也能避免停電和其他緊急情況。通過(guò)釋放儲存的能量，BESS 能夠降低電網(wǎng)的負荷并且使供電不間斷。 黑啟動(dòng) BESS 可協(xié)助發(fā)電站和電網(wǎng)在停電后快速恢復供電。消費者可使用電池儲能系統而不是使用柴油發(fā)電機，這種系統是成本更低也更節能的黑啟動(dòng)解決方案。BESS 能獨立于電網(wǎng)輸電線(xiàn)路運作，并按所需的時(shí)間（從數分鐘到數小時(shí)）供應電力。 備用電力 BESS 可為家庭、企業(yè)和其他設施提供電力，確保其持續運行。對于醫療機構和其他提供健康和安全相關(guān)服務(wù)的組織來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)至關(guān)重要。根據儲能容量，BESS 可按所需時(shí)間長(cháng)度提供備用電力，即使是電網(wǎng)嚴重故障也沒(méi)問(wèn)題。 頻率和電壓控制 如果電源無(wú)法同步滿(mǎn)足其實(shí)際需求，頻率和電壓可能會(huì )超出其工作極限。這可能導致失去電力和停電。BESS 可透過(guò)調節電壓及頻率，確保電網(wǎng)和電力系統的穩定性。由于電池儲能系統的反應時(shí)間快速，因此可以成為有效的電網(wǎng)平衡解決方案。 微電網(wǎng) 這類(lèi)小型電網(wǎng)在連接到較大的電網(wǎng)時(shí)，可供應電力給商業(yè)大樓、制造工廠(chǎng)或社區。自主性微電網(wǎng)可供電給島嶼等偏遠地區和社區。結合 BESS 并整合可再生能源時(shí)，微電網(wǎng)可作為彈性電力系統供多個(gè)用戶(hù)使用。
圖 3：微電網(wǎng)可作為島嶼等偏遠地區和社區的彈性電力系統。（圖片來(lái)源：Integra Sources LLC） 輸電和配電延遲 輸電和配電 (T&D) 線(xiàn)路因高峰負荷和擁堵而易于老化和折舊。電池儲能解決方案可擔當 T&D 資產(chǎn)的角色，來(lái)解決此問(wèn)題。BESS 可提供額外的儲能容量并平衡負荷，因而能推遲現有 T&D 線(xiàn)路升級和構建新基礎設施的時(shí)間，從而節省大量的資金。 最適合使用 BESS 的應用 BESS 依賴(lài)于經(jīng)濟實(shí)惠的技術(shù)，例如，鋰離子電池的價(jià)格在過(guò)去 10 年下降了近 90%，并將進(jìn)一步下降。電池儲能解決方案具有廣泛的配置，可提供不同的儲能容量和尺寸，因此適合許多行業(yè)和應用。 這些應用可分為電表前 (FTM) 應用，即公用事業(yè)規模的系統（消耗的電力由電表測量）；以及電表后 (BTM) 應用，即提供可在現場(chǎng)使用的電力（消耗的電力無(wú)法連接到電網(wǎng)，因而無(wú)法由電表測量）。以下是 FTM 和 BTM 的 BESS 應用清單（很顯然不是完整的清單）。 電表前應用 對于公用事業(yè)規模的設施和設備的運行和維護，電池儲能系統可帶來(lái)相當大的貢獻。BESS 可提供儲備的容量和黑啟動(dòng)服務(wù)，實(shí)現電壓和頻率穩定性，并通過(guò)推遲維護來(lái)節省資金。FTM BESS 應用包括： · 公用電網(wǎng) · 變電站 · 輸電和配電線(xiàn)路 · 發(fā)電站 · 電表后應用 BTM 系統能繞過(guò)電網(wǎng)供電給消費者。BESS 與綠色能源一起可持續支持獨立的電力系統或微電網(wǎng)。制造商可以使用電池儲能來(lái)儲存備用電力，以避免生產(chǎn)設施停機。公司和家庭可以使用 BESS，通過(guò)能源時(shí)間轉移大幅降低電費開(kāi)銷(xiāo)。BTM 電池儲能系統可用于以下用途： · 工業(yè)和制造工廠(chǎng) · 企業(yè) · 家庭 · 電動(dòng)汽車(chē) · 海洋系統
圖 4：BESS 應用。（圖片來(lái)源：Integra Sources LLC） 建造 BESS 有意義嗎？ 簡(jiǎn)明扼要的回答是：有意義。如果要詳細回答，則需要進(jìn)行一些澄清。 毫無(wú)疑問(wèn)，購買(mǎi)現成的 BESS 能節省許多時(shí)間，有時(shí)還能節省大量資金。如果對系統沒(méi)有特殊要求，可以從市場(chǎng)上大量的儲能產(chǎn)品中選擇開(kāi)箱即用的解決方案。即便如此，還是有幾個(gè)原因可能會(huì )阻礙消費者購買(mǎi)，包括： · 具體的客戶(hù)要求，包括業(yè)務(wù)細分需求和工作條件 · 缺乏所需的功能或不必要的功能增加了系統的成本 · 系統不完整，缺乏配套設備 · 軟件質(zhì)量低下 · 沒(méi)有保修和保修后的維護 建立電池儲能系統可能是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，需要時(shí)間、金錢(qián)和專(zhuān)業(yè)知識。但這樣便有機會(huì )打造出高度定制的解決方案，完全滿(mǎn)足終端用戶(hù)的所有需求。 定制的 BESS 可以提供更好的功能、可用性、安全性和網(wǎng)絡(luò )安全。實(shí)施先進(jìn)的 BMS 算法將使用戶(hù)能夠提高電池的性能并延長(cháng)其使用壽命。而開(kāi)發(fā)定制的解決方案，可以?xún)?yōu)化技術(shù)支持、客戶(hù)服務(wù)，以及最終用戶(hù)或 BESS 供應商所需的其他服務(wù)。 要設計高質(zhì)量的 BESS，需要一個(gè)精通電池技術(shù)、電力電子技術(shù)、嵌入式軟件和硬件開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)團隊。安排并協(xié)調產(chǎn)品從設計到認證及制造的每個(gè)階段至關(guān)重要。雇用具有相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識和經(jīng)驗的工程師，有助于打造出能達到客戶(hù)期望的成熟電池儲能系統。 雖然如此，但是定制產(chǎn)品并不是靈丹妙藥。應根據具體情況考慮打造定制的 BESS，而對某些項目來(lái)說(shuō)，完整的解決方案是最合適的。要深入了解定制和現成即用 BESS 產(chǎn)品的比較信息，可閱讀 Integra Sources LLC 博客頁(yè)面中關(guān)于電池儲能系統的長(cháng)篇文章。讀者可從此文章中了解各種電池技術(shù)和特性、主要的 BESS 制造商、替代的儲能系統，以及其他相關(guān)細節。 來(lái)源：Digi-Key 作者：Andrey Solovev |
