|
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) 是一個復雜的解決方案，其利用充電電池來儲存能量供以后使用。BESS 的類型與電化學或其采用的電池有關；這類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) 是一個更廣泛的術語，它可能依賴于電池以外的各種技術，例如水力發電、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 從太陽能、風能或發電站等不同來源提供的電能，在電池充電過程中會轉換為化學能。電池在放電過程中釋放的能量可以為家庭、車輛、商業建筑和電網供電。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 (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，交流電從電源流入，并轉換為直流電。當電池放電時，會產生直流電，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控制單元。EMS 管理 BESS 中可用的電力，即管理何時、為何以及以何種數量積累或釋放電力。EMS 組合 BESS 的各個元件，并優化其整體性能。 安全系統 可以有一系列的安全系統，每個系統負責一個特定的任務。例如，HVAC 系統使 BESS 通過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個家庭、企業、工廠和社區提供電力。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，這是一個緊湊的設備，可為一個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 個家庭提供電力。 盡管在尺寸和容量上存在差異，但 BESS 可以實現類似的功能并解決類似的問題。我們來看看電池儲能可派上用場的案例。 可再生能源整合 BESS 可在任何時候和任何天氣下有效利用太陽能和風能。充電電池可以存儲由間歇性可再生能源產生的多余能量。之后，可以根據用戶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和清潔的能源。可再生能源整合被廣泛用于： · 太陽能和風力發電場 · 離網和孤立的社區（島嶼和難以到達的地區）。 · 與太陽能板相結合的家庭儲能設備（如 Powerwall）。 除了支持離網系統，BESS 還可以大幅支持住宅、商業和工業使用的并網和混合解決方案。
圖 2：電池儲能系統被廣泛用于太陽能和風力發電場。（圖片來源：Integra Sources LLC） 能源套利 電力需求與其成本之間存在正相關性。電力價格會在需求高峰期提高，并在需求下降時降低。消費者可以使用電池儲能系統進行能源套利（又稱時間移轉）。 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。然后，他們可以等到電力價格提高時將電池放電，以使用低成本的電力或將其出售給電網。 因此，家庭和企業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，也會因季節變化，因而有高峰時段和非高峰時段之分。BESS 能讓用戶在這些時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 負載管理中最常見的使用案例之一，其重點在于減少高峰時段的電力消耗。除此之外，消費者能夠像能源套利一樣，減少自己的電力開支。 電池儲能解決方案有助于避開電網的峰值負荷，因此也能避免停電和其他緊急情況。通過釋放儲存的能量，BESS 能夠降低電網的負荷并且使供電不間斷。 黑啟動 BESS 可協助發電站和電網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電機，這種系統是成本更低也更節能的黑啟動解決方案。BESS 能獨立于電網輸電線路運作，并按所需的時間（從數分鐘到數小時）供應電力。 備用電力 BESS 可為家庭、企業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服務的組織來說，這點至關重要。根據儲能容量，BESS 可按所需時間長度提供備用電力，即使是電網嚴重故障也沒問題。 頻率和電壓控制 如果電源無法同步滿足其實際需求，頻率和電壓可能會超出其工作極限。這可能導致失去電力和停電。BESS 可透過調節電壓及頻率，確保電網和電力系統的穩定性。由于電池儲能系統的反應時間快速，因此可以成為有效的電網平衡解決方案。 微電網 這類小型電網在連接到較大的電網時，可供應電力給商業大樓、制造工廠或社區。自主性微電網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，微電網可作為彈性電力系統供多個用戶使用。
圖 3：微電網可作為島嶼等偏遠地區和社區的彈性電力系統。（圖片來源：Integra Sources LLC） 輸電和配電延遲 輸電和配電 (T&D) 線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 資產的角色，來解決此問題。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 線路升級和構建新基礎設施的時間，從而節省大量的資金。 最適合使用 BESS 的應用 BESS 依賴于經濟實惠的技術，例如，鋰離子電池的價格在過去 10 年下降了近 90%，并將進一步下降。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，因此適合許多行業和應用。 這些應用可分為電表前 (FTM) 應用，即公用事業規模的系統（消耗的電力由電表測量）；以及電表后 (BTM) 應用，即提供可在現場使用的電力（消耗的電力無法連接到電網，因而無法由電表測量）。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 對于公用事業規模的設施和設備的運行和維護，電池儲能系統可帶來相當大的貢獻。BESS 可提供儲備的容量和黑啟動服務，實現電壓和頻率穩定性，并通過推遲維護來節省資金。FTM BESS 應用包括： · 公用電網 · 變電站 · 輸電和配電線路 · 發電站 · 電表后應用 BTM 系統能繞過電網供電給消費者。BESS 與綠色能源一起可持續支持獨立的電力系統或微電網。制造商可以使用電池儲能來儲存備用電力，以避免生產設施停機。公司和家庭可以使用 BESS，通過能源時間轉移大幅降低電費開銷。BTM 電池儲能系統可用于以下用途： · 工業和制造工廠 · 企業 · 家庭 · 電動汽車 · 海洋系統
圖 4：BESS 應用。（圖片來源：Integra Sources LLC） 建造 BESS 有意義嗎？ 簡明扼要的回答是：有意義。如果要詳細回答，則需要進行一些澄清。 毫無疑問，購買現成的 BESS 能節省許多時間，有時還能節省大量資金。如果對系統沒有特殊要求，可以從市場上大量的儲能產品中選擇開箱即用的解決方案。即便如此，還是有幾個原因可能會阻礙消費者購買，包括： · 具體的客戶要求，包括業務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 · 軟件質量低下 · 沒有保修和保修后的維護 建立電池儲能系統可能是一個繁瑣的過程，需要時間、金錢和專業知識。但這樣便有機會打造出高度定制的解決方案，完全滿足終端用戶的所有需求。 定制的 BESS 可以提供更好的功能、可用性、安全性和網絡安全。實施先進的 BMS 算法將使用戶能夠提高電池的性能并延長其使用壽命。而開發定制的解決方案，可以優化技術支持、客戶服務，以及最終用戶或 BESS 供應商所需的其他服務。 要設計高質量的 BESS，需要一個精通電池技術、電力電子技術、嵌入式軟件和硬件開發的專業團隊。安排并協調產品從設計到認證及制造的每個階段至關重要。雇用具有相關專業知識和經驗的工程師，有助于打造出能達到客戶期望的成熟電池儲能系統。 雖然如此，但是定制產品并不是靈丹妙藥。應根據具體情況考慮打造定制的 BESS，而對某些項目來說，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 產品的比較信息，可閱讀 Integra Sources LLC 博客頁面中關于電池儲能系統的長篇文章。讀者可從此文章中了解各種電池技術和特性、主要的 BESS 制造商、替代的儲能系統，以及其他相關細節。 來源：Digi-Key 作者：Andrey Solovev |
