储能系统-（电网储能电池）

储能系统（电网储能电池）

       风能和太阳能等可再生能源不能提供源源不断的能源，也不能始终满足用户需求。需要称为负载均衡或电网蓄电池的大型储能系统 (ESS)来提供无缝服务。

       ESS 享有从煤炭和石油转向可再生资源的巨大增长轨迹。据估计，到 2021 年，仅南非的 ESS 安装量就将达到 1,500MWh。正在考虑的化学物质是液流电池、锂离子、铅酸和锌溴。锌溴是一种混合液流电池，可以看作是电镀机。在充电过程中，锌电镀到导电电极上形成溴；该过程在放电时反转。另一种领先的ESS电池是高温钠硫电池。

       储存能量以提供调峰电力并不新鲜。水力发电站利用多余的电力在晚上将水抽回水库，以备第二天使用。抽水蓄能的效率系数为 70-85%，比根据确切的电力需求调整发电机更容易管理。将压缩空气泵入大型地下洞穴和水下气球也被用来储存能量。

       飞轮也用作能量储存。当多余的能量可用于弥补短暂的能量不足时，大型电动机会加速重达一吨的飞轮。高速飞轮在真空室中的磁力轴承上以超过 30,000 rpm 的速度旋转。带有永磁体的电动机/发电机按需充电和释放动能。

       现代飞轮用碳纤维代替钢，以承受高达 60,000 rpm 的更高转速。能量以速度的平方增加，以减轻的重量提供四倍的功率。如果飞轮发生故障，外壳可防止弹片逸出。

       使用飞轮来储存动能并不新鲜。在 1940 年代和 50 年代，瑞士的城市公交车由飞轮提供动力。电动机可在 3 分钟内将 3 吨重的飞轮旋转至 3,000 rpm。变成发电机后，电动机会将能量转化为电能。每次充电可在平坦道路上行驶 6 公里（3.75 英里）。公共汽车是无污染的，但陀螺仪的动作阻止了在多风的道路上改变方向。

       由于占地面积小、维护成本低和使用寿命长，负载均衡正倾向于锂离子电池。锂离子不会像铅酸那样在没有定期充满电时发生硫酸化。当需求超过供应时，这可能是安装的主要缺点。锂离子电池还具有重量轻和半便携的优点，适合偏远地区的安装。锂离子电池的缺点是价格高，低温下性能低。另一个缺点是无法在冰点以下充电。

       锂离子的价格已经下降，提供了与用于电网存储应用的铅酸的成本比较。尽管锂离子电池的初始价格高于铅酸，但在深循环应用中每个循环的成本较低。据说锂离子电池的市场份额正在增加，但铅酸电池将保持其优势地位。

       大型工业风力涡轮机的能量输出为 1 兆瓦 (MW) 甚至更多；最大的单位已经发展到10MW。几台涡轮机组成一个风力发电场，发电量为 30–300 兆瓦。以 1 兆瓦计算，1 兆瓦可为 50 户家庭或一家沃尔玛超市供电。

       并非所有可再生能源系统都包含负载均衡电池。电池变得太大，投资并不总是合理的。如果有电池支持，一个30MW的风电场使用一个15MW左右的蓄电池。这相当于 20,000 个启动器电池或 176 辆特斯拉 S 85 EV，每辆配备 85kWh 电池。在电池中储存能量的成本很高，有人说它使直接供电的成本翻了一番。

       电池管理系统 (BMS)将电池保持在大约 50% 的电量，以便在阵风时吸收能量并满足高负载需求。现代 BMS 可以在不到一秒的时间内从充电切换到放电。这有助于稳定传输线上的电压，也称为频率调节。