智能電網(wǎng)應用中的可再生能源存儲系統(tǒng)

集中式能源網(wǎng)是由發(fā)電機產(chǎn)生的能源、高壓輸電線和低壓輸電線組成的網(wǎng)絡，遠距離輸送電力，為國家的命脈和經(jīng)濟提供動力。

隨著世界越來越依賴電氣化，老化的電網(wǎng)面臨著巨大的壓力。需求高峰時段的用電高峰越來越普遍，印度和非洲由于容量不足和基礎設施故障而導致的限電也是如此¹。

儲能系統(tǒng)(ESS)通過捕獲并儲存可再生能源（如風能和太陽能）來保持現(xiàn)代電網(wǎng)穩(wěn)定。通過緩解可再生能源面臨的間歇性問題，儲能技術有助于消除歷史上阻礙加大采用風能和太陽能資源的障礙。這樣就可以隨時向所有用戶和應用供電，包括為電動汽車充電及為樓宇、醫(yī)院和學校供電。ESS不僅可以支持高峰時段運行的電網(wǎng)，還可以保持現(xiàn)有電網(wǎng)基礎設施，而不存在電網(wǎng)過載和崩潰的風險。

近年來，受電動汽車(EV)和其他電氣化技術預期普及率的影響 ，儲能和ESS已成為全球關注的焦點。ESS將支持電動汽車的增長，同時也作為電池二次壽命的主要應用。

回收利用電池在電動車應用中的生命周期結束時，電池本身仍然是有價值的。

再制造可對使用過的電池模塊進行測試和重新組裝。

重復使用電池模塊集成在固定式存儲系統(tǒng)中。

轉售這些大電池產(chǎn)生的電力被用于穩(wěn)定電網(wǎng)等。 

支持可持續(xù)能源使用

ESS捕獲并存儲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，也對發(fā)達國家和不發(fā)達國家的人口有益，在這些國家，電氣化用于推動商業(yè)發(fā)展和維持生命。儲能系統(tǒng)不僅在能源需求低時存儲能量以供高峰負荷時使用，并使未來的電網(wǎng)運行成為可能，無需投資數(shù)萬億美元來擴展輸電線，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提供動力

2017年和2018年，可再生能源對世界能源消耗和發(fā)電量分別貢獻18.1%和26%。在這部分能源消耗中，7.5%來自傳統(tǒng)生物質，4.2%來自熱能（非生物質），1%生物燃料用于交通，3.6%水力發(fā)電，2%電力來自風能、太陽能、生物質、地熱和海洋能源²。

對可持續(xù)能源未來的需求正在推動更多可變可再生能源接入電網(wǎng)，這反過來又加速了儲能技術的普及，幫助電網(wǎng)實現(xiàn)彈性最大化。預測在電動汽車(EV)和其他電氣化技術預期普及率的推動下，儲能市場將在未來幾十年迅速增長。在接下來的二十年里，對新儲能的投資預計將猛增6200億美元³。

到2030年新增電網(wǎng)存儲容量將用于整合各種可再生能源

到2030年，預計新增存儲容量的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，30%用于支持住宅、商業(yè)及工業(yè)設施，5%用于支持EV基礎設施。

預測儲能市場增長(2020-2025)⁴

■   從2020年到2025年，儲能市場預計將以24%的復合年增長率(CAGR)增長。

■   預計住宅市場將占儲能市場的最大份額。

■   增長最快的市場：中東和非洲。最大的市場：亞太地區(qū)。

電氣化、儲能和電動汽車預測⁵

■   據(jù)估計，到2050年，全球發(fā)電量的激增將由可再生能源提供動力，占全球發(fā)電量的80%。

■   全球儲能容量將從目前的650 GWh擴大到31 TWh，其中電池占最大份額。

■   電動汽車的用電需求將從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)

通過太陽能和風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)仍存在許多實際障礙，但在過去十年中，隨著地方性太陽能發(fā)電廠、小型風力發(fā)電場和電池儲能設施的發(fā)展，小規(guī)模經(jīng)濟效益已大大提高，可再生能源技術的成本已大幅下降。

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)電轉變，為儲能創(chuàng)造了巨大的機遇。”存在兩種基本類型的儲能：在電表的前面，稱為電網(wǎng)規(guī)模儲能，專為主要能源生產(chǎn)商設計；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能選項。去年，商業(yè)服務公司Lloyd’s Register表示，預計到2025年，分布式可再生能源將比電網(wǎng)供電更便宜⁶。

一場完美的風暴創(chuàng)造了一個完美的機會

快速變化的電氣化環(huán)境和相對不成熟的儲能市場帶來了一場完美風暴，一家具有前瞻性的全球儲能公司作為先行者進入ESS領域，占領市場份額并捕獲需求，成為行業(yè)領導者。

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)專業(yè)知識、行業(yè)領先的電池管理系統(tǒng)(BMS)技術以及著名的全面現(xiàn)場支持。首先，該公司要求合作者有共同的雄心壯志、旺盛的創(chuàng)新動力，并提供下一代儲能系統(tǒng)解決方案。雙方將共同迅速開發(fā)和工業(yè)化一種精確、高性能、功能安全認證的儲能系統(tǒng)。

概覽

公司

全球儲能系統(tǒng)市場的先驅，可促進未來能源的生產(chǎn)、傳輸和使用，加強其在電化學、電力電子和系統(tǒng)集成方面的專業(yè)知識，以開發(fā)價格實惠的ESS。

應用

用于住宅、工業(yè)和可再生能源應用的ESS。

挑戰(zhàn)

以具成本效益且高效的方式升級現(xiàn)有電網(wǎng)基礎設施，以便能夠支持未來的電力消費需求。制定經(jīng)過認證的精確ESS解決方案，準備投入生產(chǎn)。協(xié)助滿足對應用支持、上市速度和獲利時效的迫切需求。

目標

通過專注于開發(fā)先進的BMS軟件和優(yōu)質的ESS產(chǎn)品以成為行業(yè)領導者，從而在市場中脫穎而出。

自2013年以來，這家全球ESS公司一直致力于在住宅和商業(yè)儲能系統(tǒng)以及更大型的并網(wǎng)儲能系統(tǒng)上實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸和使用，在全球部署了2 GWh的儲能系統(tǒng)。憑借自主研發(fā)的陰極材料、電池單元和BMS技術，該公司現(xiàn)在是磷酸鐵鋰電池的領先制造商，并提供離網(wǎng)供電電池和充電器。

通過協(xié)作創(chuàng)造出色的產(chǎn)品

在長期合作的基礎上，ADI和這家全球ESS公司在2018年啟動了一個快速實現(xiàn)功能安全認證儲能系統(tǒng)工業(yè)化的項目。ADI公司自動化與能源事業(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)解決方案設計方面的幫助和指導?！?/p>

半個多世紀以來，ADI的目標一直是且將繼續(xù)是幫助創(chuàng)建和解鎖各種技術，解決工程領域的嚴峻挑戰(zhàn)，分享見解，并支持合作伙伴和客戶設計正確的解決方案，從而助力全球人口，同時發(fā)揮人類的潛力。

ADI的ESS合作伙伴身處一個充滿競爭對手的激烈環(huán)境中。要在市場上取得成功，他們的解決方案需要具備獨特優(yōu)勢，從競爭產(chǎn)品中脫穎而出。因此，他們著眼于其核心優(yōu)勢——軟件及ADI的高精度BMS技術。

BMS精度至關重要

Conor Power說：“采用ADI的BMS技術，提高的精度可以額外提供15%到20%的車輛充電續(xù)航里程和更長的電池使用壽命。更高的充電測量精度也可以轉化為更長的電池有效時間。在花費數(shù)百萬美元的大型ESS系統(tǒng)中，節(jié)省的成本非常可觀?！?/p>

ADI的專業(yè)現(xiàn)場應用工程師(FAE)團隊利用其廣泛的硬件系統(tǒng)專業(yè)知識和行業(yè)領先的BMS技術與合作伙伴的軟件知識緊密配合。ADI為ESS合作伙伴提供LTC6813來測量和監(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算電池的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)?！?/p>

要確定精確的電池放電率，并實現(xiàn)更長的電動汽車續(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（50、37或25英里？）。一定要知道要給電池充多少電以及何時停止放電，否則會損害電池性能或電池本身。Conor Power表示：“測量精度更高，電動汽車的電池使用壽命就一定會比測量精度不高的更長。住宅或商業(yè)用途的儲能系統(tǒng)也是同樣的原理?！?/p>

與ADI的現(xiàn)場工程師攜手合作

ADI的FAE與儲能合作伙伴攜手參與創(chuàng)建參考設計并最終完成這些設計。Mario Battello說：“我們將在系統(tǒng)層面創(chuàng)建參考設計。我們?yōu)楹献骰锇樘峁﹥蓚€IC、BMS和隔離通信通道。”Conor Power說：“ADI的競爭對手不會到您的現(xiàn)場去。他們的評估過程旨在評估，并不提供解決方案。而我們提供的就是最終解決方案。在BMS合作關系中，我們的現(xiàn)場團隊提供支持是很常見的?！?/p>

同時，合作伙伴開發(fā)并改進了一種儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以比競爭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，還開發(fā)了一種高能量存儲解決方案，通過同時利用ESS和電網(wǎng)的電力，使充電速度更快。

簡單與復雜的美

Mario Battello表示：“ADI的BMS器件在芯片內(nèi)部很復雜，但由于我們提供的資料，客戶設計起來很輕松?，F(xiàn)在，合作伙伴正在使用(BMS) LTC6813和LTC6820開始批量生產(chǎn)。他們一直在與ADI配合，看能否在他們的設備中使用我們的新器件，以保持競爭優(yōu)勢?！蹦壳?，該公司和ADI正在討論新一代設計。

協(xié)作優(yōu)勢和關鍵上市時間優(yōu)勢

該全球ESS公司發(fā)現(xiàn)ADI遠不只是一個元器提供商，而是真正的合作伙伴，擁有豐富的系統(tǒng)級知識、深厚的領域專業(yè)知識和重要的ESS經(jīng)驗及見解。

ADI為該公司的本地團隊提供技術支持，并提供專家級的現(xiàn)場應用工程師。它不僅為BMS、電源和監(jiān)控系統(tǒng)提供器件，還保證了關鍵時刻的高精度、性能、可靠性和上市速度，這樣公司就可以在競爭激烈的市場獲得新客戶，同時增強獲利時效。

向更健康的人類和全球環(huán)境轉變

隨著能源需求和消費者角色的不斷轉變，儲能解決方案將在為世界提供動力方面發(fā)揮更加突出的作用。這一轉變將為從破壞環(huán)境的化石燃料轉向更清潔、更可持續(xù)的電力應用奠定基礎。

ESS支持可再生能源與電網(wǎng)有效連接，由此促進更大規(guī)模地使用可再生能源，同時對現(xiàn)有電網(wǎng)基礎設施進行經(jīng)濟高效的升級，從而有可能節(jié)省數(shù)萬億美元。

向電氣化過渡的一個關鍵推動因素是消費者采用電動汽車。成本、續(xù)航里程和緩慢的充電時間仍然是障礙。但是，目前有一個障礙已經(jīng)打破了：暨ADI公司和全球儲能公司合作使得充電速度更快。通過消除這個障礙并開發(fā)準確、安全且經(jīng)濟高效的ESS解決方案，ADI及其合作伙伴正在為實現(xiàn)能源獨立、更可持續(xù)的電氣化未來以及更健康的人類環(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不僅僅是獲取電力的問題?！?018年10月21日

2 21世紀可再生能源政策網(wǎng)絡

3 美國環(huán)保協(xié)會，“儲能市場蓬勃發(fā)展，增長前景看好”

4 Mordor Intelligence，儲能市場 - 增長、趨勢和預測(2020 - 2025)

5 DVN-GL 2019能源轉換展望、電源和使用報告

6 Raconteur，“走向分布式電網(wǎng)”，2019