18新利最新登入电网储能如何工作

在任何一天，电力公司都会计划第二天的发电量。18新利最新登入他们试图预测客户会做什么，主要是通过阅读上一年同一天的使用历史记录。然后他们根据第二天的天气预报调整这些数据。

桑迪亚国家实验室(Sandia National laboratory)能源储存项目负责人约翰·博伊斯(John Boyes)说:“要准确预测某一特定时刻的电力需求是不可能的。”在这种情况下，公用事业公司的发电量会比客户的用电量多或少。这种不匹配会在电网中产生波动，包括交流频率的变化，如果不加以控制，可能会损坏电子设备。地区电力管理者或独立系统运营商(iso)突然介入，试图通过要求一些发电厂改变发电量来缩小差距。18新利最新登入但核电站和化石燃料工厂无法迅速做到这一点。他们的迟缓加剧了电力供应和需求之间的不匹配。

现在，想想在洛杉矶一个闷热的日子里，全城的人都开着空调会发生什么。这些都是用电高峰条件，当大多数客户使用最多的电力，每年发生5到10天的几个小时。在这些日子里，设施被称为峰化器工厂被号召采取行动。这些昂贵的化石燃料工厂全年闲置，排放的空气污染比大型燃煤电厂还要多。Imre Gyuk说:“我们不想在洛杉矶这样(雾霾)多的城市做，但我们还是做了。”如果峰值电厂达不到要求，公用事业公司就会向铝冶炼厂等大客户支付费用，以减少用电量。Gyuk说:“如果什么都不管用，就会出现限电和滚动停电。

与此同时，老旧的变电站超负荷运转。它们携带的电流超过了它们的承受能力，金属结构会发热。“这不建议练习，”Boyes说。

如果电网听起来压力很大，那你还什么都没看到呢。继续读下去。

也许这不是普通的一天。也许是一棵树倒在电线上，或者是雷击电线。这些干扰将使线路的电压超出预定的量。电压变化会重置计算机。现在你的闹钟在12点闪烁。或者更糟:“对于所有自动化生产流程，如果计算机重置，就会关闭整个流程。如果你是一家塑料制造商，你的机器冷却下来，塑料就会在你的机器里凝固。”

如果一天的电力超出了公用事业公司的补偿范围怎么办?是的，你猜对了，你要停电了。2003年，东北地区确实发生了这样的事情。

在电网已经陷入混乱的情况下，很难想象增加更多的可再生能源，比如风能和太阳能，因为它们是间歇性的电力来源。我们知道顾客是不可预测的，但现在，电力也是不可预测的。当风力意外消失时，一个风电场可能在几分钟内损失1000兆瓦，然后必须迅速为其客户购买和进口电力。

另一种选择是使用峰值式的化石燃料发电厂，但这会在清洁电力的同时增加空气污染。或者自然可以主宰一切。在德克萨斯州的风力发电场，风几乎只在需求低的晚上吹，电价变成负值。Gyuk说:“这意味着你必须向电网支付电费。”他说:“我和一个人聊过，他整晚开空调给房子降温，因为他的空调是免费的。然后他关上窗户。”

Gyuk表示，随着我们使用更多的电子产品和电力，这些问题将会恶化。那么这些问题的答案是什么呢?电网储能。

在我们深入讨论这个话题之前，了解储存能量的含义是很重要的。电网的工作是以120伏特和60赫兹的电压向每个客户输送电力。这是通过从电网中添加或移除电流来实现的。存储设备可以在需要时准确地增加或减少电流。

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泵水力发电电站利用落水发电。田纳西州的浣熊山就是一个例子。在山脚下，田纳西流域管理局(TVA)通过虹吸田纳西河的一些水，形成了一个湖。

当客户用电量不多时，TVA会将其他发电厂的电力转移到山里的一个发电厂。电力使房子的涡轮机向后旋转，将湖水从山上的隧道推到顶部。28小时后，上面的水池就满了。为了发电，TVA在上面的水池里打开一个排水管。水从山的中心直泻而下，使涡轮机向前旋转，产生电力。它连续下落22小时，稳定地输出1600兆瓦的电力，相当于一个大型燃煤电厂的发电量。TVA将这些电力与其他工厂在高需求的日子里提供的电力一起使用[来源:TVA]。

抽水水力发电站在全球范围内运行，在需求高峰日输出200兆瓦至2000兆瓦的电力[来源:科尔]。它们不会排放空气污染，而且一旦充电，15分钟就能上网，比峰值电厂更快更环保。Gyuk说，唯一的问题是“我们已经找不到合适的网站了。”

压缩空气储能(压缩空气蓄能)是天然气发电厂的储存库。通常情况下，这些发电厂燃烧天然气来加热空气，从而推动发电机中的涡轮。当天然气厂靠近地下洞时，如洞穴或旧矿井，他们可以使用CAES。在天气不好的日子里，电厂可以发电开动压缩机，压缩外界空气，并将其推入地下洞中。在客户需要最大电量的日子里，发电厂可以让压缩空气与正常的加热空气一起冲到涡轮机上，推动涡轮机。这种压缩空气可以持续几个小时，在需求高峰日稳定地为工厂的输出增加25兆瓦到2700兆瓦的电力[来源:科尔]。

继续阅读，了解我们还可以在电网上存储能量。

现在是时候看看能长时间提供大量电力或更少电力的存储了。这些系统不能像抽水水电和CAES那样，全天向客户输送大量电力。

飞轮通过旋转来储存能量。最快的由一个马达、一个悬浮磁铁、一个防止摩擦的真空和一个安全外壳组成。当电网上有额外的电力可用时，它可以运行电机，使磁铁旋转。当需要电力时，飞轮可以根据情况需要在几分钟到几小时内将电力转出。

在电网上，飞轮是很好的质量控制器。它们擅长稳定频率，正如我们提到的，在今天的美国，频率在60赫兹上下波动。当公用事业公司生产的电量超过用户用电量时，电价就会飙升，当公用事业公司生产的电量少于用户用电量时，电价就会下降。飞轮改变了这种情况，因为iso可以直接控制它们——最终，它们将是自动的——所以没有人需要打电话给发电厂A的Jane，等待她提高或降低功率来纠正频率问题。快速响应，频率可以在客户感受到它之前被调平。事实上，一些美国i.s.o.正在测试飞轮垫[来源:信标电源1,信标电源2,信标电源3]。

飞轮的另一个用途是稳定电网上的电压。是什么可能改变这些坚固的高压线路上的电压?试试断电、倒下的树木和电动火车的多米诺骨牌效应。当地铁或轻轨列车刹车时，它们会产生电能，提高电压，使局部电流激增。当火车加速驶出车站时，它们会吸收电流，使电压下降，并从其他地方吸收电流。飞轮可以吸收和释放电流，使电网的其余部分不受干扰。事实上，他们已经在纽约的地铁上进行了测试[来源:肯尼迪]。

飞轮对风力发电场也很有好处，它们可以在阵风时旋转额外的电力，在停机时吐出，所以客户不会受到波动的影响。

超级电容器甚至比飞轮还要快，它通过分离电荷来储存能量。它们是“超级”的，因为它们比传统电容器储存更多的能量，但它们的工作方式相同。当有额外的电时，它可以用来把一些金属板上的电荷推到另一些金属板上，留下一些带正电，另一些带负电。当需要电时，平板中和，电荷流动，形成电流。在马德里、北京和其他城市，装满超级电容器的柜子可以缓冲电动列车[来源:西门子]。

超导磁能存储(sme)是消除电网电压下降和峰值的另一种方式。在峰值时，线圈会吸收额外的电流，而在低谷时，线圈会将电流返回电网。由于电线几乎没有电阻，它储存电流几乎没有损失。

接下来是我们日常使用的动力存储系统:电池。

电池就像网格的乐高积木。它们有多种类型，可以堆叠或放大以存储更多的能量，并可以驱动几秒钟到几小时的电力。在长寿的一端，你会发现拖车大小液流电池就像钒氧化还原而且溴化锌而且高温电池就像电池储能。这些电池可以提供高达20兆瓦的电力，持续数小时[来源:Gyuk]。在能量爆发的一端，铅酸电池都被广泛使用。其他电池包括金属气质,锂离子,镍镉而且lead-carbon。所有电池都是通过化学反应来消耗和释放能量的。

美国电网中到处都有电池，通常是在客户端，工厂，也许还有你办公室的电脑，都在使用电池不间断电源,或联合包裹在停电期间运行电子设备。

但电池也为电网的核心提供支持。在西弗吉尼亚州查尔斯顿(Charleston)，一座变电所过去常常因为有太多的客户通电而过热。后来，美国电力公司(American Electric Power)安装了电池，在用电高峰期供电，变电站停止了过热现象。阿拉斯加人过去常常因为安克雷奇和费尔班克斯之间的电力线的每一个故障而停电，直到他们在故障和维修期间安装了足球场大小的电池来覆盖这条线路。

电池还可以帮助风力发电场，因为风力发电场只在夜间有风，而客户在白天使用能源。

有人说有一天会使用插电式混合动力汽车插电式混合动力车这种电池可以通过插入墙上的插座充电，用于商业用电。如果你的房子里有正确的电线，你停着的汽车也可以运行洗碗机。在遥远的未来，许多汽车插入许多车库，可以将电力发送到电网上任何需要的地方车辆到电网,或V2G。但这还需要很多年，因为墙上的插座不能从电池中获取电力，而且这种汽车还没有商业化。

这听起来可行吗?继续往下读，看看这些东西的价格。18新利最新登入

Imre Gyuk说:“就实际成本而言，储能并不便宜。”

我们可以看到目前的成本，但随着更多的存储进入电网，成本将会下降。让我们从发电厂的储存开始。正如我们前面所了解到的，电力公司可能会在发电厂储存能量，以便在需求高的日子里供电。电站全天都需要大量电力，而只有压缩空气和抽水发电才能提供这些电力。该公司每为压缩空气系统支付700美元，就能获得1千瓦的电力，可供应20多个小时，足够一台咖啡机运行一整天[来源:EAC，NSTAR]。抽水发电的成本更高——每千瓦2250美元。

对于持续几分钟到几小时的电力，锂离子电池每千瓦成本为1100美元(或咖啡机)，飞轮每千瓦成本为1250美元，液流电池每千瓦成本为2500美元，钠硫电池每千瓦成本为3100美元[来源:EAC]。而且超级电容器的存储成本更高。

但是，据Gyuk说，我们在存储方面的投资得到了很多。我们有一个电网，能够处理更多的风能和太阳能发电厂，没有供应噩梦。我们减少了峰值电厂，这意味着二氧化碳排放和空气污染减少。我们还得到了停电保护，根据Gyuk的说法，我们每花1美元的电费，就有33美分要花在停电上[来源:Gyuk 2008]。

电力公司和iso将支付存储费用，如果他们决定安装它。“存储价格正在下降。用其他方式解决问题的成本正在上升。很快，这些价格就会越过，”Boyes指出，这表明成本可能会刺激电网增加存储。

消费者的电费最终会下降吗?也许吧。有了足够的存储，公用事业公司将能够以一种更可控的方式发电。他们将更好地利用电网中的硬件，如传输线和变电站，而不是更换或扩大它们。

即使消费者的电费上涨，“我们也会得到一个更好的系统，”Gyuk说。