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智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)

發(fā)布時(shí)間:2021-07-01 來(lái)源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】集中式能源網(wǎng)是由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能源、高壓輸電線和低壓輸電線組成的網(wǎng)絡(luò),遠(yuǎn)距離輸送電力,為國(guó)家的命脈和經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力。
 
隨著世界越來(lái)越依賴(lài)電氣化,老化的電網(wǎng)面臨著巨大的壓力。需求高峰時(shí)段的用電高峰越來(lái)越普遍,印度和非洲由于容量不足和基礎(chǔ)設(shè)施故障而導(dǎo)致的限電也是如此1。
 
儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)通過(guò)捕獲并儲(chǔ)存可再生能源(如風(fēng)能和太陽(yáng)能)來(lái)保持現(xiàn)代電網(wǎng)穩(wěn)定。通過(guò)緩解可再生能源面臨的間歇性問(wèn)題,儲(chǔ)能技術(shù)有助于消除歷史上阻礙加大采用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的障礙。這樣就可以隨時(shí)向所有用戶(hù)和應(yīng)用供電,包括為電動(dòng)汽車(chē)充電及為樓宇、醫(yī)院和學(xué)校供電。ESS不僅可以支持高峰時(shí)段運(yùn)行的電網(wǎng),還可以保持現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,而不存在電網(wǎng)過(guò)載和崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
 
近年來(lái),受電動(dòng)汽車(chē)(EV)和其他電氣化技術(shù)預(yù)期普及率的影響 ,儲(chǔ)能和ESS已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。ESS將支持電動(dòng)汽車(chē)的增長(zhǎng),同時(shí)也作為電池二次壽命的主要應(yīng)用。
 
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
 
 
 
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
 
 
支持可持續(xù)能源使用
 
ESS捕獲并存儲(chǔ)主要由分布式可變可再生能源提供的能源,不僅有利于環(huán)境,也對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家的人口有益,在這些國(guó)家,電氣化用于推動(dòng)商業(yè)發(fā)展和維持生命。儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅在能源需求低時(shí)存儲(chǔ)能量以供高峰負(fù)荷時(shí)使用,并使未來(lái)的電網(wǎng)運(yùn)行成為可能,無(wú)需投資數(shù)萬(wàn)億美元來(lái)擴(kuò)展輸電線,或新建污染大氣的化石燃料發(fā)電廠。
 
用可再生能源為未來(lái)提供動(dòng)力
 
2017年和2018年,可再生能源對(duì)世界能源消耗和發(fā)電量分別貢獻(xiàn)18.1%和26%。在這部分能源消耗中,7.5%來(lái)自傳統(tǒng)生物質(zhì),4.2%來(lái)自熱能(非生物質(zhì)),1%生物燃料用于交通,3.6%水力發(fā)電,2%電力來(lái)自風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)、地?zé)岷秃Q竽茉?。
 
對(duì)可持續(xù)能源未來(lái)的需求正在推動(dòng)更多可變可再生能源接入電網(wǎng),這反過(guò)來(lái)又加速了儲(chǔ)能技術(shù)的普及,幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)彈性最大化。預(yù)測(cè)在電動(dòng)汽車(chē)(EV)和其他電氣化技術(shù)預(yù)期普及率的推動(dòng)下,儲(chǔ)能市場(chǎng)將在未來(lái)幾十年迅速增長(zhǎng)。在接下來(lái)的二十年里,對(duì)新儲(chǔ)能的投資預(yù)計(jì)將猛增6200億美元3。
 
到2030年新增電網(wǎng)存儲(chǔ)容量將用于整合各種可再生能源
 
到2030年,預(yù)計(jì)新增存儲(chǔ)容量的65%將用于將各種可再生能源接入電網(wǎng),并提供各種電網(wǎng)服務(wù),30%用于支持住宅、商業(yè)及工業(yè)設(shè)施,5%用于支持EV基礎(chǔ)設(shè)施。
 
預(yù)測(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng)增長(zhǎng)(2020-2025)4
 
●    從2020年到2025年,儲(chǔ)能市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以24%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)。
●    預(yù)計(jì)住宅市場(chǎng)將占儲(chǔ)能市場(chǎng)的最大份額。
●    增長(zhǎng)最快的市場(chǎng):中東和非洲。最大的市場(chǎng):亞太地區(qū)。
 
電氣化、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車(chē)預(yù)測(cè)5
 
●    據(jù)估計(jì),到2050年,全球發(fā)電量的激增將由可再生能源提供動(dòng)力,占全球發(fā)電量的80%。
●    全球儲(chǔ)能容量將從目前的650 GWh擴(kuò)大到31 TWh,其中電池占最大份額。
●    電動(dòng)汽車(chē)的用電需求將從2017年的0.3 PWh大幅提高到2050年的9.1 PWh。
 
邁向分布式能源網(wǎng)
 
通過(guò)太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源的分布式發(fā)電,允許根據(jù)自身需求生產(chǎn)清潔電力的消費(fèi)者將多余的電力送回電網(wǎng)。
 
盡管分布式能源網(wǎng)仍存在許多實(shí)際障礙,但在過(guò)去十年中,隨著地方性太陽(yáng)能發(fā)電廠、小型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和電池儲(chǔ)能設(shè)施的發(fā)展,小規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益已大大提高,可再生能源技術(shù)的成本已大幅下降。
 
ADI公司能源與工業(yè)系統(tǒng)總經(jīng)理Mario Battello表示:“電網(wǎng)正在從集中式發(fā)電向分布式可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)變,為儲(chǔ)能創(chuàng)造了巨大的機(jī)遇。”存在兩種基本類(lèi)型的儲(chǔ)能:在電表的前面,稱(chēng)為電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能,專(zhuān)為主要能源生產(chǎn)商設(shè)計(jì);在電表的后面,住宅業(yè)主和企業(yè)可以利用安裝在其房屋上的各種儲(chǔ)能選項(xiàng)。去年,商業(yè)服務(wù)公司Lloyd’s Register表示,預(yù)計(jì)到2025年,分布式可再生能源將比電網(wǎng)供電更便宜6。
 
一場(chǎng)完美的風(fēng)暴創(chuàng)造了一個(gè)完美的機(jī)會(huì)
 
快速變化的電氣化環(huán)境和相對(duì)不成熟的儲(chǔ)能市場(chǎng)帶來(lái)了一場(chǎng)完美風(fēng)暴,一家具有前瞻性的全球儲(chǔ)能公司作為先行者進(jìn)入ESS領(lǐng)域,占領(lǐng)市場(chǎng)份額并捕獲需求,成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
 
為了迎接這一挑戰(zhàn),該公司與ADI公司合作,利用ADI廣泛的硬件系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)、行業(yè)領(lǐng)先的電池管理系統(tǒng)(BMS)技術(shù)以及著名的全面現(xiàn)場(chǎng)支持。首先,該公司要求合作者有共同的雄心壯志、旺盛的創(chuàng)新動(dòng)力,并提供下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案。雙方將共同迅速開(kāi)發(fā)和工業(yè)化一種精確、高性能、功能安全認(rèn)證的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
 
概覽
 
公司
 
全球儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)的先驅(qū),可促進(jìn)未來(lái)能源的生產(chǎn)、傳輸和使用,加強(qiáng)其在電化學(xué)、電力電子和系統(tǒng)集成方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí),以開(kāi)發(fā)價(jià)格實(shí)惠的ESS。
 
應(yīng)用
 
用于住宅、工業(yè)和可再生能源應(yīng)用的ESS。
 
挑戰(zhàn)
 
以具成本效益且高效的方式升級(jí)現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,以便能夠支持未來(lái)的電力消費(fèi)需求。制定經(jīng)過(guò)認(rèn)證的精確ESS解決方案,準(zhǔn)備投入生產(chǎn)。協(xié)助滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)用支持、上市速度和獲利時(shí)效的迫切需求。
 
目標(biāo)
 
通過(guò)專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的BMS軟件和優(yōu)質(zhì)的ESS產(chǎn)品以成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者,從而在市場(chǎng)中脫穎而出。
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
<圖:Battery Room in Power Plant>
 
自2013年以來(lái),這家全球ESS公司一直致力于在住宅和商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)以及更大型的并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸和使用,在全球部署了2 GWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)。憑借自主研發(fā)的陰極材料、電池單元和BMS技術(shù),該公司現(xiàn)在是磷酸鐵鋰電池的領(lǐng)先制造商,并提供離網(wǎng)供電電池和充電器。
 
通過(guò)協(xié)作創(chuàng)造出色的產(chǎn)品
 
在長(zhǎng)期合作的基礎(chǔ)上,ADI和這家全球ESS公司在2018年啟動(dòng)了一個(gè)快速實(shí)現(xiàn)功能安全認(rèn)證儲(chǔ)能系統(tǒng)工業(yè)化的項(xiàng)目。ADI公司自動(dòng)化與能源事業(yè)部能源總監(jiān)Conor Power表示:“上市速度和獲利時(shí)效以及以可接受的成本提供高性能是這家ESS公司面臨的挑戰(zhàn)。他們不是在尋找器件,而是在尋求合作伙伴,以便獲取集成、電源和完整系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)方面的幫助和指導(dǎo)。”
 
半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),ADI的目標(biāo)一直是且將繼續(xù)是幫助創(chuàng)建和解鎖各種技術(shù),解決工程領(lǐng)域的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),分享見(jiàn)解,并支持合作伙伴和客戶(hù)設(shè)計(jì)正確的解決方案,從而助力全球人口,同時(shí)發(fā)揮人類(lèi)的潛力。
 
ADI的ESS合作伙伴身處一個(gè)充滿(mǎn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的激烈環(huán)境中。要在市場(chǎng)上取得成功,他們的解決方案需要具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì),從競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品中脫穎而出。因此,他們著眼于其核心優(yōu)勢(shì)——軟件及ADI的高精度BMS技術(shù)。
 
BMS精度至關(guān)重要
 
Conor Power說(shuō):“采用ADI的BMS技術(shù),提高的精度可以額外提供15%到20%的車(chē)輛充電續(xù)航里程和更長(zhǎng)的電池使用壽命。更高的充電測(cè)量精度也可以轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的電池有效時(shí)間。在花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的大型ESS系統(tǒng)中,節(jié)省的成本非常可觀。”
 
ADI的專(zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師(FAE)團(tuán)隊(duì)利用其廣泛的硬件系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和行業(yè)領(lǐng)先的BMS技術(shù)與合作伙伴的軟件知識(shí)緊密配合。ADI為ESS合作伙伴提供LTC6813來(lái)測(cè)量和監(jiān)控電池單元,并提供精確的電壓和電流信息。Mario Battello表示:“LTC6813是目前市場(chǎng)上的最高精度器件 ,讓我們合作伙伴的工程師能夠利用微控制器非常精確地計(jì)算電池的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)。”
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
<圖:Electric Car Charging at Public Station〉
 
要確定精確的電池放電率,并實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程,需要更高的BMS精度。我們需要確切地知道剩余多少電量(20%、15%或10%?),以便了解還能行駛多遠(yuǎn)(50、37或25英里?)。一定要知道要給電池充多少電以及何時(shí)停止放電,否則會(huì)損害電池性能或電池本身。Conor Power表示:“測(cè)量精度更高,電動(dòng)汽車(chē)的電池使用壽命就一定會(huì)比測(cè)量精度不高的更長(zhǎng)。住宅或商業(yè)用途的儲(chǔ)能系統(tǒng)也是同樣的原理。”
 
與ADI的現(xiàn)場(chǎng)工程師攜手合作
 
ADI的FAE與儲(chǔ)能合作伙伴攜手參與創(chuàng)建參考設(shè)計(jì)并最終完成這些設(shè)計(jì)。Mario Battello說(shuō):“我們將在系統(tǒng)層面創(chuàng)建參考設(shè)計(jì)。我們?yōu)楹献骰锇樘峁﹥蓚€(gè)IC、BMS和隔離通信通道。”Conor Power說(shuō):“ADI的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不會(huì)到您的現(xiàn)場(chǎng)去。他們的評(píng)估過(guò)程旨在評(píng)估,并不提供解決方案。而我們提供的就是最終解決方案。在BMS合作關(guān)系中,我們的現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)提供支持是很常見(jiàn)的。”
 
同時(shí),合作伙伴開(kāi)發(fā)并改進(jìn)了一種儲(chǔ)能系統(tǒng),該系統(tǒng)以比競(jìng)爭(zhēng)解決方案更低的成本提供更高的系統(tǒng)精度和更好的功能。此外,還開(kāi)發(fā)了一種高能量存儲(chǔ)解決方案,通過(guò)同時(shí)利用ESS和電網(wǎng)的電力,使充電速度更快。
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
<圖:Worker in Energy Storage Area>
 
簡(jiǎn)單與復(fù)雜的美
 
Mario Battello表示:“ADI的BMS器件在芯片內(nèi)部很復(fù)雜,但由于我們提供的資料,客戶(hù)設(shè)計(jì)起來(lái)很輕松?,F(xiàn)在,合作伙伴正在使用(BMS) LTC6813和LTC6820開(kāi)始批量生產(chǎn)。他們一直在與ADI配合,看能否在他們的設(shè)備中使用我們的新器件,以保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”目前,該公司和ADI正在討論新一代設(shè)計(jì)。
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
<圖:House with Solar Panels in Summer>
 
協(xié)作優(yōu)勢(shì)和關(guān)鍵上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)
 
該全球ESS公司發(fā)現(xiàn)ADI遠(yuǎn)不只是一個(gè)元器提供商,而是真正的合作伙伴,擁有豐富的系統(tǒng)級(jí)知識(shí)、深厚的領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)和重要的ESS經(jīng)驗(yàn)及見(jiàn)解。
 
ADI為該公司的本地團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)支持,并提供專(zhuān)家級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。它不僅為BMS、電源和監(jiān)控系統(tǒng)提供器件,還保證了關(guān)鍵時(shí)刻的高精度、性能、可靠性和上市速度,這樣公司就可以在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)獲得新客戶(hù),同時(shí)增強(qiáng)獲利時(shí)效。
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
 
向更健康的人類(lèi)和全球環(huán)境轉(zhuǎn)變
 
隨著能源需求和消費(fèi)者角色的不斷轉(zhuǎn)變,儲(chǔ)能解決方案將在為世界提供動(dòng)力方面發(fā)揮更加突出的作用。這一轉(zhuǎn)變將為從破壞環(huán)境的化石燃料轉(zhuǎn)向更清潔、更可持續(xù)的電力應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
 
ESS支持可再生能源與電網(wǎng)有效連接,由此促進(jìn)更大規(guī)模地使用可再生能源,同時(shí)對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)高效的升級(jí),從而有可能節(jié)省數(shù)萬(wàn)億美元。
 
 
智能電網(wǎng)應(yīng)用中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)
<圖:Solar Panel Fields on Green Hills>
 
向電氣化過(guò)渡的一個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素是消費(fèi)者采用電動(dòng)汽車(chē)。成本、續(xù)航里程和緩慢的充電時(shí)間仍然是障礙。但是,目前有一個(gè)障礙已經(jīng)打破了:暨ADI公司和全球儲(chǔ)能公司合作使得充電速度更快。通過(guò)消除這個(gè)障礙并開(kāi)發(fā)準(zhǔn)確、安全且經(jīng)濟(jì)高效的ESS解決方案,ADI及其合作伙伴正在為實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立、更可持續(xù)的電氣化未來(lái)以及更健康的人類(lèi)環(huán)境和全球生態(tài)系統(tǒng)鋪平道路。
 
1 Quratz Africa,“非洲電力不足的代價(jià)不僅僅是獲取電力的問(wèn)題。”2018年10月21日
 
2 21世紀(jì)可再生能源政策網(wǎng)絡(luò)
 
3 美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì),“儲(chǔ)能市場(chǎng)蓬勃發(fā)展,增長(zhǎng)前景看好”
 
4 Mordor Intelligence,儲(chǔ)能市場(chǎng) - 增長(zhǎng)、趨勢(shì)和預(yù)測(cè)(2020 - 2025)
 
5 DVN-GL 2019能源轉(zhuǎn)換展望、電源和使用報(bào)告
 
6 Raconteur,“走向分布式電網(wǎng)”,2019
 
 
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