根据国际能源署(IEA),只有140千瓦的大规模发电储能已经部署在全球范围内,99%的抽水蓄能水电。支持电力部门脱碳,估计有310 gw的额外的发电储能能力需要在中国,印度,欧洲,美国到2050年。

先进能源存储提供了一个集成解决方案的一些美国最关键的能源需求:电网现代化、可靠性、和弹性;可持续机动性;灵活多样的和安全的,项‘涉及上述全部’能源的发电投资组合;和增强经济竞争力的偏远社区和有针对性的微电网解决方案。

网格存储技术加强和稳定美国通过提供备用电源、水准测量负载,并提供一系列的其他能源管理服务。电动车(电动车)也将成为不可分割的一部分,这个新的网格模式作为他们的电池都电力供应由电网来的(有益),同时减少尾气排放。

低碳能源系统中储能的作用

可能会有一场革命的角色储能能源系统脱碳。新颖的能量储存技术有望将来作出重要的贡献,特别是在事件的热量和运输电气化或者间歇性可再生能源和核能发电中占据着主要地位。提出了众多能源存储技术存储多余的电能,电能转换机械,热,重力,电化学,和化学能源存储,许多这些技术在本章进行分类。

储能技术复杂,相对于大多数低碳技术知之甚少。提出了一系列的指标比较存储技术但是理解如何将能量存储集成到低碳能源系统仍然是一个困难的挑战有几个原因。

存储能源系统的价值取决于发电组合,特别是呆板的相对量和灵活的一代。现有的能源系统、调度和网络模型是不够广泛,检查所有能量储存和替代选项或有足够的时间分辨率实际上描述的必要性和存储技术的性能。创新是需要降低技术成本。

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“能源存储处理股票和流动之间的关系:储存能量,无论是自然或人为的过程,包括流随着股市的积累;利用储能包括股票流的转换。”普拉姆和弗洛伊德从莫纳什大学说在他们的书最近发表通过施普林格(能量储存和文明)他们还添加“能量储存,既是一个技术和自然现象,已更重要比通常理解为人类文明的发展。“阳光和风能-主要的能源在未来可再生能源是能量流动。谷物、黄油、木材、煤炭、石油和天然气能源股。

寻找圣杯

我们当前的工业文明依赖于大量的能源存储在我们所谓的化石燃料。经过数百万年的准备,这些能源股现在让我们消耗能量在地球上的任何地方,在任何时候和任何季节。

化石燃料能量密度更高比以往能源股票在我们的控制。能量密度意味着我们可以船和存储这些股票在很远的地方和长时间使用。石油很容易船,这是在全球范围内交易,是整个全球经济的基础。如果易接近的化石燃料的限量供应没有耗尽,如果他们的燃烧不稳定的环境与气候,而且在威胁着整个网络的生活,我们可能会认为我们发现的圣杯。

特别是,化石燃料的股票很容易转化为电能流动。和电力,这是如此辉煌的是全球经济的基础,不能存储在任何重要的数量没有被转换为另一种能量形式,然后再转换一次使用,在能源的大量成本损失和进一步的成本存储技术。化石燃料的使用会产生大量的资源浪费和二氧化碳排放。

Pump-jack开采原油的日落图片由Zbynek Burival在Unsplash

这是如此神圣。事实上,它不是唯一的核心问题。视觉上的可再生能源经济依赖于使用太阳能光伏、风力涡轮机和类似的技术来生成所有我们的电力——加上系统的电气化交通,现在直接依赖化石燃料燃烧发动机。

除了简单的技术就像巨大的坦克或水库的石油和天然气,煤炭库存,我们当前的经济已经不再需要复杂的能量储存方式。

我们需要管理多少存储将当前能源需求与太阳能和风能的高度间歇流?今天,有已知的方法可以创建这些数量的能量存储?在帕默和弗洛伊德的估计,保持经济与今天的能源消耗没有化石燃料,我们需要扩大“当前技术媒介存储容量三个数量级”。

这肯定不是一个方法,还是需要的。它混合了各种解决方案,共同努力,将生成所需的数量与一个更可行的碳足迹,实际fossil-fuel-dependant基础设施。

向一个更健壮的电网

国家级100%清洁能源目标是越来越普遍在美国感谢fast-falling可再生能源价格和前瞻性的政策制定者。虽然国家带头到目前为止,联邦政策制定者也提出了50%到2035年国家清洁能源标准可以提前2021年。

这些目标代表了清洁能源过渡。这个基本范式的转变我们能源基础设施建设和运营提供了巨大的机会来改善公共卫生,限制气候中断,扩大我们的经济。

这一转变,像任何其他的面孔主要障碍防止加速清洁能源transformation-yet明智的政策可以克服它们。所以什么就要美国能源系统达到雄心勃勃的清洁能源目标到2035年,2040年,还是2050年?

清洁能源发电和其他技术上的分销网络通常被称为“分布式能源资源”(单)。这些单可以发电(例如,屋顶的太阳能电池板),调节或改变需求(如电池或智能调温器),或有效地使用电力在新的和重要的方面(例如,led、热泵和电动汽车)。

除了排放零污染,单与化石燃料相比的主要优势是他们当地的(更有效率和弹性),不是土地集约(使用现有的基础设施),易于大批量生产(可以降低成本),可以有更多样的所有权资本(从更广泛的资本池和吸引投资涉及更多的投资者清洁能源过渡的股份)。

各级清洁是达到清洁能源的核心目标和导航结果能源基础设施模式转变,但他们需要它们的部署规模创造了障碍。

能源消费者和分销网络,清洁能源过渡需要部署大规模批量生产的技术像电动车,屋顶太阳能、热泵、建筑节能升级。不幸的是,大规模部署面临一个复杂的部署环境,分裂激励、繁文缛节和敌对的现任者。

幸运的是,大规模部署的障碍是可以克服的激励,提高标准和公平的法律法规。

网格应用程序、电力必须可靠地一天24小时可用。扣带皮层部位接下来【每秒钟】波动也造成重大破坏,可能会花费数十亿美元。新方法来最大化能量存储容量间歇式可再生能源进入电网至关重要和有效地管理发电来满足高峰需求。许多公用事业寻求使一个更聪明,更灵活的电网通过推进新材料研究和系统组件,将解决所有能源存储系统的主要挑战之一:

• 负担能力。以最低成本满足系统需求
• 效率。优化资产和减少交货的损失
• 的灵活性。处理动态供给和需求和适应不同的技术
• 可靠性。始终如一地交付高质量的能力
• 弹性。维持至关重要的功能/快速恢复

是的,这可能是伟大的如果这个新发现圣杯,一切都解决了,但事实可能更复杂。但这可能来得太晚了一些运营商已经在一个所谓的死亡螺旋。

该实用程序死亡螺旋

使用量下降,增加成本,和分布式能源挑战传统的公用事业垄断服务商业模式塑造的环境中永恒的经济增长。避免老套的“多功能死亡螺旋行业需要的解决方案,解决弹性,客户参与,数字化,吸引未来的劳动力。集中的电网将永远需要提供可靠的和可负担得起的电力,但这一中断所有实用程序将无法生存。那些幸存下来的将是那些可以迅速创新和调整我们的发展环境。

过去提供难以了解如何快速实用程序将采用技术,这有助于整合可再生能源到电网,实现峰容量没有碳排放,立即调整系统的频率等等。这是因为,几乎每年在历史记录,大多数公用事业没有注意电池存储。

随着成本下降和早期采用者通常喜欢他们所看到的从最初的试验,但是,从试点周期评估广泛采用加速。这就是我们应该看到在未来几年。

一个新的分析阐明了采用周期是如何工作的。Wood Mackenzie存储研究员练习刀功Curtin统计工具集成的资源计划从过去三年(这些文档,公司告诉世界什么电厂的建设,他们预计在未来几年)。

2017年,几乎没有43实用程序,科廷调查预计将建造任何能量储存。官方的前景从当年建议存储在网格操作不会扮演一个有意义的角色在2020年代。

2018年,六个公用事业公司决定在一些铅笔电池采购,总计有点更多的容量预计在未来十年。

10 2019年,公用事业计划安装存储在其2019 - 2020年综合资源计划呼吁5倍容量,平均而言,比公用事业包括它在他们一份2018年的计划。

结果,结合资源计划现在预计6.3千瓦的电池从2020年到2029年部署。田纳西流域管理局,波多黎各电力局和PacifiCorp预计部署在这十年。

即使在规范市场,能源储存兴趣并不总是注册irp。亚利桑那州公共服务2018 IRP大规模投资的天然气能力;第二年,效用宣布了一项850兆瓦的存储部署热潮本周,它致力于到2030年可再生能源的45%。大规模增加存储野心发生之前释放一个新的IRP,这将最终反映出变化。

价格下跌的电池也可以帮助避免death-by-pilot现象,因为项目经济持续好转。Wood Mackenzie的分析发现,公用事业定价往往依赖于过时的存储模型,这意味着实际报价经常超过预期。观察到的兴趣激增反映了一个学习的过程,在小型试验项目给公用事业运营经验与技术,结果鼓励他们扩大他们的野心。重要的是要注意,这个分析不完全捕获能量储存吸收。首先,远程计划与实际采购;公用事业有时购买更多,有时比预期的更少的资源。同时,综合资源规划(IRP)数据主要来自监管公用事业市场,从事电力供应的长期规划;额外的建设已经开始从独立开发人员在竞争激烈的市场。长话短说:这取决于因为公用事业/运营商永远走钢丝。

第二部分:走钢丝

电网运营商不断试图平衡供应的生成和提供与客户需求的能力在任何给定的时刻和位置服务中的领土。逐渐分散的发电和交付是添加一个新的方面的挑战:如何电网占顾客产生他们自己的权力?

换向电流不是任何人当电网首次设计和建造。但如果所有利益相关者参与协调,可以使用实时价格信号自动确定最佳的行动方针,按照供需吗?如果经济学的法律功能和物理定律和谐吗?

许多公用事业公司推出创新孵化器和科技公司的合作和发展共同挑战的解决方案。虽然有有价值的原因与外部组织合作,这不会提供必要的行业解决方案。创建创新理念带回组织是一回事,但从根本上创造一个创新的组织更加困难。

简而言之,有创意和维护一个组织的模型。不成熟的公司经验非常创意和创业阶段。然而,成功在一个组织阶段,不可避免地会产生危机,限制发展和增长。因此,创意阶段是紧随其后的是控制危机。控制危机的决议后,进入维护阶段更成熟的组织。不与公用事业组织在维护阶段。他们是稳定的,理性的,分析和评价理念。他们也管理重,官僚结构,受到改变,较低的动机。在时间,这些成熟的组织必须通过一些所谓的“停滞危机”回到一个娱乐相结合能量储存在他们的商业模式。

网格边缘企业家经常哀叹“死亡”试点,公用事业运行小规模测试有前途的技术,但从来没有搬到广泛的部署。市场观察人士可能想知道为什么一个实用程序像统治能源仍然觉得需要测试电池是否可以储存太阳能,以备未来使用当一个工具APS已经授予合同全面太阳能电池峰化器工厂。

很难受到高度监管的公司,如公用事业,能够创造性的组织。公用事业需要感到舒适与电池如何执行才能将它们集成到系统规划和发展他们的舰队。它是一个系统旨在防止激进变革,并确保某些事情发生。它本质上是维护组织将容忍低效率避免不可预知的情况。部分公用事业组织确实需要高度管制。关键是没有维修或创造性的组织,而是两个。公用事业努力应该提供可预测性和一致性的组织虽然也有远见,创意和创新。半自治的业务单位,没有干扰和传统组织的入侵,是一种实用工具来实现这一结果。

图片由美国公共电力协会在Unsplash

包的领导人

有这类的例子在公用事业行业建设性的努力。实用创新中心像杜克能源和AEP迅速涌上心头。这些创新中心如此截然不同的文化比传统效用;他们必须在不同的物理建筑才能正常工作。

美国电力公司收费是“下一个是什么力量”的效用。AEP充电技术和能力,以前无法获得或使用。它的工作原理与内部业务伙伴高效低成本实现自己的愿景和甚至再现。同样,杜克能源有数字转换加速器称为灯塔。,400多名员工从事全公司的计划。灯塔已经开发了新产品使用人工智能、机器学习、自动化等等。新产品开发的创新中心包括移动应用领域操作,机器人加快乏味的会计操作,分析预测维护,先进的决策科学系统与收入损失检测功能,光电隔离器和3 d打印测试开关。这些半自治组织是公用事业行业的创新领导者。

能量储存和DER未来快节奏,系统性的趋势迫使公用事业面对率设计变更的必要性。电力公司,尤其是在美国,看到他们的行业转换。许多项目已经引起收入和客户从传统公用事业和电价和实用程序创建了一个不匹配的成本,特别是:

• 可再生能源组合标准,
• 不实用的可再生电力的发电机,
• 净计量,
• behind-the-meter存储和
• 其他分布式能源解决方案。

灵活性、税率结构和交互能量

从长远来看,政策和技术趋势,很大程度上刺激了脱碳,6可以继续激励客户减少他们的依赖或甚至放弃传统公用事业支持的第三方供应商。没有灵丹妙药,但是电率的设计必须进行改革,以确保一个稳定的过渡到低碳源和安全的电力公司的未来角色系统。

从历史上看,电率结构捆绑千瓦时的电力服务到一个体积收费客户使用服务所有主要利益相关者的目标。客户在同一速度类(商业、工业、住宅)收到同样的服务水平和理解他们的电费变化根据他们使用的电力。实用工具恢复他们的成本和资本投资没有显著增加。政策制定者们喜欢,容积率鼓励能源效率。为客户和一些替代选项,系统是稳定的。

今天,在脱碳的背景下,日益复杂的客户,和新的竞争,电力公司的固定成本增加。电网现代化、能量存储、火线和其他投资实现可持续发展目标的资本费用非常重要。更大份额的电力来自可再生能源,公用事业需要保持足够安全系统灵活性当间歇性可再生能源供应或低可靠性。与容积率,增加固定成本被转嫁给了顾客没有利用分散的,第三方的套利机会(如净计量或behind-the-meter存储)。客户发现账单混乱结果,无法理解为什么他们的账单正在增加,尽管有限的使用和服务水平的变化。

除非实用程序更新他们的定价和产品,他们会发现自己与萎缩的基础客户其中分发成本上升。与监管流程最后几年,价格机能改革必须从今天开始如果公用事业公司希望解决的问题在接下来的十年。

区块链实际上支持消费者之间的交易没有传统的第三方参与。所以,通常的系统将是一个实用工具或银行管理事务。区块链使用分散模型,使分布式发电能源交易,如存储。但要实现一个交互能源经济,区块链或其他类型的分布式分类技术必须是可伸缩的和安全的。

这代表了一个从一个集中转移到分散的模式,允许利益相关者之间的谈判。今天的信息技术系统可以支持这种模式,但是仍然需要获得监管部门的批准。低延迟是关键。在处理能力和实时交易,必须快。为了规模,它必须是低成本。

迈向低碳,以电力行业正在进行中;前麦肯锡的研究探索灵活性和弹性基础脱碳问题。⁷关键要素需要启用这个过渡的改革速度的设计。更新率设计必须使利率与整个系统的成本,鼓励灵活性,满足客户的不同需求。

根据国家可再生能源实验室(NREL)区块链作为一个分布式数字记录由多个政党同意和执行的动作。应用技术的主要价值是数学证明数据的状态,所以各方可以达成一致的结果,不管他们之间的关系。

“当你有几十万或上百万的设备想要互动,你面临一个重大的信任的挑战,”托尼马克尔说,高级工程师NREL cyber-energy系统集团的安全。“信任设备之间只能通过验证的方法,使证明每个系统做它说这是要做什么。区块链,我们可能有一个路径来实现安全、信任的球员之间的通信而不需要中央控制。”

另一方面,正确的价格作为激励手段,客户可以以多种方式为网格操作,包括需求反应、灵活性和分布式发电。随着时间的推移,顾客可以被集成到一个上网市场能源价格,容量,基于系统需要实时和灵活性。在未来,该实用程序可以作为一个平台,促进交易fee-between本身和客户、第三方和客户之间,客户之间。率补偿这些服务是一个潜在的这样一个基于网格的市场的第一步。能源存储所有类型的促进,前卫的公用事业公司为了得到有效的在这个新的收入流上下文。

真实的测试

NREL把这些想法来测试,开展家庭实验区块链连接,配有屋顶太阳能阵列。系统中,房屋出售多余电力的能力。此功能需要一个安全的数据信号与信息能量生成以及买方和卖方之间的支付信息。

NREL的家庭能源管理系统,称为预见,这是关键所在。它可以连接太阳能电池板,能量储存和智能家电,然后应用机器学习算法,数据分析和基于物理建模分析使用模式。预见了一个家里当太阳能便宜购买从其他而不是支付效用率,然后使用数字货币购买的权力。NREL表示,这显示了潜在的才能做出采购决定有益于所有参与者以及自动调节终端用户的需求。

迪伦·卡特勒,一位高级工程师NREL和项目的首席研究员,说实验提供了宝贵的证据的技术的潜力。

”有很多的谈论和buzz区块链但很少文档,”卡特说。“这个项目在这个领域是必要的第一步——对我来说,至少,我认为实验室一般规定——与技术获得一些安慰。”

卡特勒说,区块链的使用能源市场需要仔细看看网格弹性,可靠性和网络安全的担忧。根据NREL,卡特勒的范围的研究没有考虑效用可能扮演何种角色在点对点能源交易。

几年前,加州能源委员会委托进行的一项更大的研究是使用来自南加州爱迪生公司和客户支持(SCE)以及由主承包商普遍技术设备公司和TeMix公司。罗恩•盖尔斯企业通信与南加州爱迪生公司高级顾问表示,零售自动交互能量系统(利率)测试技术强化界面,让客户最终用途消费适应每小时动态价格传递给一个家庭中心。

南加州爱迪生公司参与飞行员为了更好地理解技术接口如何处理实时独立系统操作员(ISO)和分布系统(DSO)价格以及了解更多关于消费零售价格的敏感性,改变每小时。大风说客户的利率飞行员提供选择对冲风险敞口的动态价格通过订阅预选的能量消耗在零售关税。

根据大风,ISO管理供求特点今天批量生成系统,结果在每一代能源价格。由于配电系统不同于批量生成系统,业内人士将不得不与监管委员会和市场合作结算机构定义的经济最优分布系统上每小时的价格。协议必须确定当地的啄序约束建立级联散装系统约束。

“计费系统、客户负荷管理和行业参与者之间的信息共享和市场结算机构需要协调,确保高效运转这样一个分散的方法,”盖尔斯说,并补充说流程和标准将作为分解负荷管理的推动者,同时减少潜在的游戏系统。

对福利,许多公用事业已经观察个人存储单元、存储单元与功率流控制器设备可能是成本最低的解决方案来解决特定的传输网络可靠性的问题。存储的发展效益成本分析工具可能是有用的,以确定哪些能源存储解决方案的传统解决方案相比,线和变压器升级。这个工具可以定制的根据不同的市场和政策条件。

此外,一些公用事业公司正在调查能源存储如何提供电网电能质量的支持服务,如伏特/无功伏安(伏/ VAR)和frequency-watt支持。连接使用的逆变器直流(dc)电池系统的交流(ac)电网可以支持网格通过调节系统电压、反应和调节系统频率变化,形成一个小岛系统增强弹性和提供通信调度的工具可以使用。它还可以支持大部分电力系统的稳定使用度过能力。

一个电网爱达荷国家实验室研究员使用实验室的实时数字仿真器模型电力中断的影响。图片由科学在高清在Unsplash

增加储能的使用将确保客户在夏季用电高峰期的电力可靠性和延迟供应需要建设一个额外的水下电缆。公用事业将受益不仅通过安装储能也抓住机会学习用例和它适应各种各样的问题。人工智能将会很大的帮助这样做优化

能量储存可以提供各种各样的好处和挑战。能源存储资源——关于福利本身或与功率流控制器设备和人工智能——可能是成本最低的解决方案来解决特定的传输网络可靠性的问题。这种组合也可以提供电网电能质量支持服务,如伏特/ VAR和frequency-watt。

对挑战,第一个在网络安全中心。具体来说,网络安全与能量管理系统(EMS)可以作为一些储能逆变器生产问题在美国网络安全标准需要频繁更新维护电网的弹性。

第二个挑战是一些区域规划过程的区域传播组织和独立系统运营商不考虑能量存储作为一个潜在的解决方案来满足可靠性需求。

此外,由于各种存储逆变器设计和专有信息保护制造商、第三个挑战是缺乏标准的存储模型。这构成了挑战工具在合理模型能量储存在他们的规划研究。

总之,考虑好处和挑战,公用事业公司应该允许自己的能量储存可靠性的需求,他们应该能够参与到批发市场。储能项目将成为一个解锁的关键部分的全部潜力的清洁能源,增加电网的弹性。

学习是什么?

根据交互的摘要能源试点项目由国家环保总局,电力行业在过去的十年里学会了很多关于交互能源改造电网的影响深远的潜能。根据国家环保总局文件,试点项目的设计者及早确认关税和其他政策变化建立关键步骤。

“一旦到位,设计师可以专注于追求客户和供应商。然而,主要的教训是,这种形式的交互能量是有效的,”国家环保总局作者写的飞行员。“配对力学和事务,研究建筑设备居住的热力学系统可以可靠地工作。”

报告的合著者之一,马克•奈特,说有很多政策变化需要交互能源的未来铺平了道路。

”是违法的大多数地方让我卖我的力量如果我生产我自己的,因为这意味着我作为一个实用程序,我不能这么做,”奈特说,并补充说,地区不存在政策障碍——大型设施,使自己的权力,像大学校园或商业和工业中心,可能会使他们自己的市场。

这项技术允许建筑和客户彼此之间的贸易和购买力。缺少的是经济学和市场方面。明天我们可以从科技的角度来看。监管和经济类型的预防。“在美国50个州和50个不同的公用事业委员会,需要前进的是一些一致性和协议交互的能源市场可以提供好处。

我们已经可以想象一个可能的交互能量为大型商业和工业消费者应用程序涉及电动车(电动汽车)。与适当的交互能源拓扑应用,一个大客户的电动车可以优化利用可再生能源和知道什么时候收取EVs最大化等因素和绿色能源的使用成本。最主要的我们需要找出是消费的模式。优化可再生能源的使用和知道什么时候充电电动汽车优化。我们需要电脑能够预测的风能和太阳能资源以及电动汽车的消费模式。

第二个应用程序将是一个局部范围交互能源系统(te)可以预测的风能和太阳能资源,然后将这些数据与高性能计算和分析解决方案来优化不同的标准,如能源成本和使用更多的绿色能源。

都已经可行的应用程序(1 -大消费者提供电动汽车和2 -地方社会下,短期目标可以优化电网运营商的成本和效益最大化时利用现场的一代。发达国家仍有一些阻力。交互的概念在发展中国家,能源技术已经是欢迎和期望在不久的将来。但在欠发达国家,它可能需要一段时间接受/实现这个概念。不发达国家有不同的流行社会经济系统和个人地位可能不同对他们的购买能力。在社会主义国家,国家电力公司/事业建立政府控制在铺设关税甚至交叉补贴负担购买权力为不同类别的消费者。

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这篇文章(2节)是Stephane Bilodeau 5部分系列的一部分,Eng。博士,选举委员会,在网格中的储能不远的未来。

图片由凯西霍纳在Unsplash;塔夫脱点,美国

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