當(dāng)斷電、滾動(dòng)停電和停電發(fā)生時(shí)，沒(méi)有電是令人沮喪的。沿著美國(guó)電網(wǎng)儲(chǔ)存能量可以幫助保持電力供應(yīng)。

　　停電始于俄亥俄州，擾亂了密歇根州的交通，切斷了加拿大的燈光，然后給不夜城的紐約市帶來(lái)了黑暗。到2003年?yáng)|北停電結(jié)束時(shí)，該地區(qū)損失了大約60億美元。

　　你認(rèn)為是什么導(dǎo)致了如此巨大的停電 - 一些不同尋常的事情?有人破壞了電網(wǎng)嗎?有地震嗎?不，沒(méi)有險(xiǎn)惡的計(jì)劃或自然災(zāi)害，只有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的打嗝。美國(guó)電網(wǎng)照常運(yùn)行，但隨后它的故障加起來(lái)，計(jì)算機(jī)故障和一些討厭的樹(shù)木和瞧 - 大約5000萬(wàn)人沒(méi)有電力。

　　根據(jù)美國(guó)能源部?jī)?chǔ)能研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Imre Gyuk的說(shuō)法，我們可以通過(guò)在電網(wǎng)上儲(chǔ)存能量來(lái)避免像2003年那樣的大停電。能量可以存儲(chǔ)在發(fā)電站、輸電線路、變電站和客戶附近位置的單元中。這樣，當(dāng)發(fā)生小災(zāi)難時(shí)，儲(chǔ)存的能量可以在沿線的任何地方供電。

　　這聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)大項(xiàng)目，確實(shí)如此。但幾乎每個(gè)成功為許多客戶提供服務(wù)的系統(tǒng)都會(huì)保留儲(chǔ)備。想想吧。銀行保留準(zhǔn)備金。像塔吉特(Target)和沃爾瑪(Wal-Mart)這樣的超大型商店保留了儲(chǔ)備。麥當(dāng)勞在沒(méi)有永久庫(kù)存的食品儲(chǔ)藏室和冰柜的情況下能為數(shù)十億人提供服務(wù)嗎?由于美國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行是加擾的，而不是儲(chǔ)備，所以它是為麻煩而建立的。在下一頁(yè)了解我們的意思。

　　電網(wǎng)儲(chǔ)能在平凡日子里的重要性

　　在任何平常的日子里，電力公司都會(huì)計(jì)劃第二天要發(fā)電多少。他們?cè)噲D預(yù)測(cè)客戶會(huì)做什么，主要是通過(guò)閱讀前一年同一天的使用歷史記錄。然后，他們將這些數(shù)字調(diào)整為第二天的當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)。

　　“不可能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)特定時(shí)刻的電力需求，”桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)能項(xiàng)目負(fù)責(zé)人約翰博耶斯說(shuō)。此方案使公用事業(yè)公司生產(chǎn)的電力比客戶使用的多或少。不匹配會(huì)通過(guò)電網(wǎng)發(fā)送紋波，包括交流頻率的變化，如果不加以控制，可能會(huì)損壞電子設(shè)備。區(qū)域電力經(jīng)理或獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(ISO)突然介入，試圖通過(guò)要求一些發(fā)電廠改變其發(fā)電量來(lái)縮小差距。但核電廠和化石燃料電廠無(wú)法迅速做到這一點(diǎn)。它們的緩慢加劇了電力供需之間的不匹配。

　　現(xiàn)在，考慮一下在洛杉磯悶熱的日子里，當(dāng)全市的人們都在開(kāi)空調(diào)時(shí)會(huì)發(fā)生什么。這些是 高峰需求 條件，當(dāng)大多數(shù)客戶使用最多的電力時(shí)，每年 5 到 10 天都會(huì)發(fā)生幾個(gè)小時(shí)。在這些日子里，被稱為 峰頂植物 被召喚采取行動(dòng)。這些昂貴的化石燃料工廠常年閑置，比大型燃煤電廠排放更多的空氣污染?！拔覀儾幌朐诼迳即夁@樣的[煙霧]城市這樣做，但無(wú)論如何我們都會(huì)這樣做，”Imre Gyuk說(shuō)。如果峰值工廠不足，公用事業(yè)公司會(huì)向鋁冶煉廠等大客戶支付更少的電力。“如果沒(méi)有任何效果，你就會(huì)有停電和滾動(dòng)停電，”Gyuk說(shuō)。

　　與此同時(shí)，舊的變電站正在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。它們攜帶的電流比它們應(yīng)該處理的要多，金屬結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)熱。“這不是推薦的做法，”博耶斯說(shuō)。

　　如果電網(wǎng)聽(tīng)起來(lái)很緊張，你還沒(méi)有看到任何東西。

　　電網(wǎng)儲(chǔ)能在特殊時(shí)期的重要性

　　也許這不是一個(gè)普通的一天。也許一棵樹(shù)掉在電線上或閃電擊中它。這些中斷將使線路的電壓偏離預(yù)期量。電壓變化會(huì)重置計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在你的鬧鐘在12：00閃爍。或者更糟的是：“對(duì)于所有自動(dòng)化制造過(guò)程，如果計(jì)算機(jī)重置，它會(huì)關(guān)閉該過(guò)程。如果你是一家塑料制造商，你的機(jī)器冷卻下來(lái)，塑料就會(huì)在你的機(jī)器中凝固，“Boyes說(shuō)。

　　如果一天的事件超出了公用事業(yè)公司的補(bǔ)償努力怎么辦?是的，你猜對(duì)了 - 你正面臨停電。2003年，東北地區(qū)確實(shí)發(fā)生了這樣的事情。

　　由于電網(wǎng)已經(jīng)爭(zhēng)先恐后，很難想象增加更多的可再生能源，如風(fēng)能和太陽(yáng)能，因?yàn)樗鼈兪情g歇性的電力來(lái)源。我們知道客戶是不可預(yù)測(cè)的，但現(xiàn)在，電力也是如此。當(dāng)風(fēng)力意外消失時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)可能在幾分鐘內(nèi)損失1000兆瓦，然后必須迅速為其客戶購(gòu)買(mǎi)和進(jìn)口電力。

　　另一種選擇是使用峰值式化石燃料工廠，但這會(huì)增加清潔電力的空氣污染?；蛘咦匀豢梢越y(tǒng)治。在德克薩斯州的風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)幾乎只在夜間吹，而需求很低，電價(jià)變?yōu)樨?fù)值?！斑@意味著你必須向電網(wǎng)付費(fèi)才能通電，”Gyuk說(shuō)?！拔液鸵粋€(gè)整夜開(kāi)空調(diào)的人談過(guò)，因?yàn)樗赓M(fèi)得到它。然后他關(guān)上了窗戶。

　　根據(jù)Gyuk的說(shuō)法，隨著我們使用更多的電子設(shè)備和更多的電力，這些問(wèn)題將會(huì)惡化。那么這些問(wèn)題的答案是什么呢?電網(wǎng)儲(chǔ)能。

　　在我們深入研究這個(gè)話題之前，重要的是要了解儲(chǔ)存能量意味著什么。電網(wǎng)的工作是以 120 伏和 60 赫茲的頻率向每個(gè)客戶提供電力。這是通過(guò)從電網(wǎng)中添加或移除電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)在需要時(shí)添加或移除電流來(lái)提供幫助。

　　請(qǐng)繼續(xù)閱讀，了解儲(chǔ)能如何加強(qiáng)電網(wǎng)。

　　電網(wǎng)儲(chǔ)能類(lèi)型：抽水蓄能

　　抽水蓄能 車(chē)站使用落水發(fā)電。這方面的一個(gè)例子可以在田納西州的浣熊山看到。在山腳下，田納西河流域管理局(TVA)通過(guò)抽取一些田納西河來(lái)建造一個(gè)湖泊。

　　當(dāng)客戶沒(méi)有用太多電時(shí)，TVA將電力從其他發(fā)電站轉(zhuǎn)移到山內(nèi)的發(fā)電廠。電力使房屋的渦輪機(jī)向后旋轉(zhuǎn)，將湖水推上山上的隧道到達(dá)頂部。28小時(shí)后，上盆已滿。為了發(fā)電，TVA在上盆地打開(kāi)了一個(gè)排水溝。水直接落過(guò)山中心，使渦輪機(jī)向前旋轉(zhuǎn)，發(fā)電。它下降22小時(shí)，穩(wěn)定輸出1，600兆瓦的電力，相當(dāng)于大型燃煤電廠的輸出。TVA在需求旺盛的日子里將這種電力添加到其他工廠的貢獻(xiàn)中[來(lái)源：TVA]。

　　抽水蓄能電站在全球范圍內(nèi)運(yùn)行，在高峰需求日輸出200兆瓦至2，000兆瓦的電力[來(lái)源： 科爾].它們不排放空氣污染，一旦充電，15分鐘內(nèi)即可上線，比峰值植物更快、更環(huán)保。唯一的問(wèn)題是“我們沒(méi)有好的網(wǎng)站了，”Gyuk說(shuō)。

　　壓縮空氣儲(chǔ)能 (CAES)是天然氣發(fā)電廠的儲(chǔ)存。通常，這些工廠燃燒天然氣來(lái)加熱空氣，從而推動(dòng)發(fā)電機(jī)中的渦輪機(jī)。當(dāng)天然氣工廠靠近地下洞(如洞穴或舊礦井)時(shí)，他們可以使用CAES。在淡季，工廠可以發(fā)電來(lái)運(yùn)行壓縮機(jī)，壓縮外部空氣并將其推入地下孔中。在客戶需要最大電力的日子里，發(fā)電廠可以讓壓縮空氣沖向渦輪機(jī)，推動(dòng)它，以及正常的加熱空氣。這種壓縮空氣可以幫助數(shù)小時(shí)，在高峰需求日穩(wěn)定地為工廠的輸出增加25兆瓦至2，700兆瓦的電力[來(lái)源： 科爾].

　　繼續(xù)閱讀以了解我們可以在電網(wǎng)上存儲(chǔ)能量的其他位置。

　　抽水

　　存儲(chǔ)設(shè)備巧妙地制造和使用電流 - 對(duì)于一個(gè)可以逆轉(zhuǎn)以返回電流的過(guò)程。例如 抽水蓄能 使用電流將水泵到一定高度。當(dāng)我們需要電流時(shí)，我們讓水落到發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上。這張照片中的能量在哪里?它一直在那里，像錢(qián)一樣在銀行賬戶之間轉(zhuǎn)移。能量從電網(wǎng)中的電能開(kāi)始，當(dāng)水位升高時(shí)變?yōu)橹亓?shì)能，當(dāng)水落下驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，它再次成為電網(wǎng)中的電能。

　　在本文中描述的每種存儲(chǔ)方法中尋找反轉(zhuǎn)和能量轉(zhuǎn)移。

　　電網(wǎng)儲(chǔ)能類(lèi)型：輪子、板和環(huán)

　　現(xiàn)在是時(shí)候看看能夠提供大量或更少電力更長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)了。這些系統(tǒng)不能像抽水蓄能和CAES那樣整天向客戶輸送大電力。

　　飛輪 通過(guò)旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)存能量。最快的包括電機(jī)、懸浮磁鐵、真空吸塵器、減少摩擦和安全外殼。當(dāng)電網(wǎng)上有額外的電力可用時(shí)，它可以運(yùn)行電機(jī)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁鐵。當(dāng)需要電力時(shí)，飛輪可以根據(jù)情況在幾分鐘到幾小時(shí)內(nèi)將其旋轉(zhuǎn)出來(lái)。

　　在電網(wǎng)上，飛輪是高質(zhì)量的控制器。它們擅長(zhǎng)穩(wěn)定頻率，正如我們所提到的，在今天的美國(guó)，頻率在 60 赫茲以上和以下擺動(dòng)。當(dāng)公用事業(yè)公司生產(chǎn)的電力多于客戶使用的電力時(shí)，它會(huì)飆升，當(dāng)公用事業(yè)公司生產(chǎn)的電力更少時(shí)，它會(huì)下降。飛輪改變了這種情況，因?yàn)镮SO可以直接控制它們 - 最終，它們將是自動(dòng)的 - 所以沒(méi)有人必須打電話給發(fā)電廠A的Jane，等待她提高或降低發(fā)電量來(lái)糾正頻率問(wèn)題。通過(guò)快速響應(yīng)，可以在客戶感覺(jué)到頻率之前調(diào)平頻率。事實(shí)上，一些美國(guó)I.S.O.正在測(cè)試飛輪墊[來(lái)源： 信標(biāo)功率 1, 信標(biāo)電源 2, 信標(biāo)功率 3].

　　飛輪的另一個(gè)用途是穩(wěn)定電網(wǎng)上的電壓。什么可能會(huì)改變那些堅(jiān)固的高壓線路上的電壓?嘗試停電、倒下的樹(shù)木和電動(dòng)火車(chē)帶來(lái)的多米諾骨牌效應(yīng)。當(dāng)?shù)罔F或輕軌列車(chē)制動(dòng)時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生電力，提高電壓并使電流局部浪涌。當(dāng)火車(chē)加速駛出車(chē)站時(shí)，它們會(huì)吸取電力，使電壓下降并從其他地方吸收電流。飛輪可以吸收和釋放電流，使電網(wǎng)的其余部分不受干擾。事實(shí)上，它們已經(jīng)在紐約市的地鐵列車(chē)上進(jìn)行了測(cè)試[來(lái)源： 肯尼迪].

　　飛輪也非常適合風(fēng)電場(chǎng)，它們可以在陣風(fēng)期間旋轉(zhuǎn)額外的電力，并在死亡期間將其吐出，因此客戶不會(huì)受到波動(dòng)的影響。

　　超級(jí)電容器，甚至比飛輪更快，通過(guò)分離電荷來(lái)儲(chǔ)存能量。它們是“超級(jí)”的，因?yàn)樗鼈儽葌鹘y(tǒng)電容器存儲(chǔ)更多的能量，但它們的工作方式相同。當(dāng)有額外的電力時(shí)，它可以用來(lái)將電荷從一些金屬板上推到其他金屬板上，留下一些正電荷，另一些帶負(fù)電。當(dāng)需要電力時(shí)，板中和，電荷流動(dòng)，形成電流。在馬德里、北京等城市，裝滿超級(jí)電容器的機(jī)柜緩沖了電動(dòng)列車(chē)[來(lái)源： 西門(mén)子].

　　超導(dǎo)磁儲(chǔ)能(SMES)是消除電網(wǎng)電壓驟降和尖峰的另一種方法。在尖峰期間，導(dǎo)線環(huán)路吸收額外的電流，在驟降期間，環(huán)路將電流返回到電網(wǎng)。由于導(dǎo)線幾乎沒(méi)有電阻，因此它存儲(chǔ)電流幾乎沒(méi)有損耗。

　　接下來(lái)，我們?cè)S多人每天都使用的蓄電系統(tǒng)：電池。

　　電網(wǎng)儲(chǔ)能類(lèi)型：電池

　　電池非常適合備用電源和儲(chǔ)能。當(dāng)然，用于電網(wǎng)儲(chǔ)能的那些要大一點(diǎn)。

　　蒂姆·博伊爾/蓋蒂圖片社

　　電池 就像網(wǎng)格的樂(lè)高套裝。它們有多種類(lèi)型，可以堆疊或放大以存儲(chǔ)更多能量，并且可以驅(qū)動(dòng)電力數(shù)秒到數(shù)小時(shí)。在長(zhǎng)壽方面，您會(huì)發(fā)現(xiàn)拖車(chē)大小 液流電池 喜歡 釩氧化還原 和 溴化鋅 和 高溫電池 喜歡 鈉硫磺.這些可以提供高達(dá)20兆瓦的電力數(shù)小時(shí)[來(lái)源： 圭克].在功率爆發(fā)端， 鉛酸蓄電池 是今天常用的。其他電池包括 金屬空氣, 鋰離子, 鎳鎘 和 鉛碳.所有電池都通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使用和釋放能量。

　　電池遍布美國(guó)電網(wǎng)，通常在客戶端，工廠，也許還有你辦公室里的電腦，使用一個(gè) 不間斷電源或 不間斷電源 運(yùn)行在中斷期間運(yùn)行的電子設(shè)備。

　　但電池也支持電網(wǎng)的內(nèi)臟。在西弗吉尼亞州的查爾斯頓，每當(dāng)有太多客戶通過(guò)變電站時(shí)，變電站就會(huì)過(guò)熱。然后美國(guó)電力公司安裝了電池在高峰需求日供電，變電站停止過(guò)熱。阿拉斯加人曾經(jīng)因安克雷奇和費(fèi)爾班克斯之間的電力線上的每一個(gè)故障而停電，直到他們安裝了一個(gè)足球場(chǎng)大小的電池來(lái)覆蓋故障和維修期間的線路。

　　電池還可以幫助風(fēng)電場(chǎng)在風(fēng)力僅在夜間吹拂且客戶在白天使用能源的地方。

　　有傳言說(shuō)有一天使用插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，或者 插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，電池通過(guò)插入墻上插座充電，用于商業(yè)電力。有了正確的布線，您停放的汽車(chē)就可以運(yùn)行洗碗機(jī)。在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，許多插入許多車(chē)庫(kù)的汽車(chē)可以將電力輸送到電網(wǎng)上需要的任何地方，這種應(yīng)用稱為 車(chē)輛到電網(wǎng)或 V2G.但這已經(jīng)很多年了，因?yàn)閴ι系牟遄荒軓碾姵刂蝎@取電力，而且汽車(chē)也不是商業(yè)的。

　　這聽(tīng)起來(lái)實(shí)用嗎?繼續(xù)閱讀以了解所有費(fèi)用。

　　電網(wǎng)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性

　　“當(dāng)涉及到實(shí)際成本時(shí)，儲(chǔ)能并不便宜，”Imre Gyuk說(shuō)。

　　我們可以看到目前的成本，但隨著更多的存儲(chǔ)進(jìn)入電網(wǎng)，成本會(huì)下降。讓我們從發(fā)電廠的存儲(chǔ)開(kāi)始。正如我們之前所了解的，電力公司可能會(huì)在發(fā)電廠儲(chǔ)存能量，以便在高需求的日子供電。該工廠整天都需要大功率，只有壓縮空氣和抽水蓄能發(fā)電才能提供。每支付700美元購(gòu)買(mǎi)壓縮空氣系統(tǒng)，公用事業(yè)公司將獲得1千瓦的電力，供應(yīng)超過(guò)20小時(shí)，足以全天運(yùn)行一臺(tái)咖啡機(jī)[來(lái)源：EAC， 新星].抽水蓄水發(fā)電的成本更高 - 每千瓦2，250美元。

　　對(duì)于持續(xù)幾分鐘到幾小時(shí)的電力，鋰離子電池每千瓦(或咖啡機(jī))的成本為1，100美元，飛輪的成本為每千瓦1，250美元，液流電池的成本為每千瓦2，500美元，而鈉硫磺等高溫電池的成本為每千瓦3，100美元[來(lái)源：EAC]。超級(jí)電容器的存儲(chǔ)成本更高。

　　但是，根據(jù) Gyuk 的說(shuō)法，我們?cè)诖鎯?chǔ)方面的投資得到了很多。我們得到的電網(wǎng)能夠處理更多的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電廠，而沒(méi)有供應(yīng)噩夢(mèng)。我們得到的峰值工廠更少，這意味著更少的二氧化碳排放和空氣污染。我們得到了防止停電的保護(hù)，根據(jù)Gyuk的說(shuō)法，我們?cè)陔娏ι匣ㄙM(fèi)的每一美元中，有33美分[來(lái)源： 圭克2008].

　　如果電力公司和ISO決定安裝存儲(chǔ)，他們將支付存儲(chǔ)費(fèi)用?！按鎯?chǔ)的價(jià)格正在下降。以其他方式解決問(wèn)題的價(jià)格正在上升。很快，這些價(jià)格就會(huì)交叉，“Boyes指出，這表明成本可能會(huì)刺激電網(wǎng)增加存儲(chǔ)。

　　消費(fèi)者的電價(jià)最終會(huì)下降嗎?或。有了足夠的存儲(chǔ)空間，公用事業(yè)公司將能夠以更可控的方式發(fā)電。他們將更好地使用電網(wǎng)中的硬件，如輸電線路和變電站，而不是更換或擴(kuò)大它們。

　　即使消費(fèi)者的電費(fèi)上漲，“我們也會(huì)得到一個(gè)更好的系統(tǒng)，”Gyuk說(shuō)。

　　頻率調(diào)節(jié)

　　要查看有關(guān)美國(guó)電網(wǎng)今天如何調(diào)節(jié)頻率以及將來(lái)如何使用飛輪進(jìn)行頻率的動(dòng)畫(huà)，請(qǐng)單擊此處，然后選擇“飛輪和頻率調(diào)節(jié)”。 (警告：有趣的動(dòng)畫(huà)環(huán)繞在存儲(chǔ)系統(tǒng)的廣告周?chē)?/span>