可再生能源的擴(kuò)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(tǒng)的興趣。閱讀本文將有助于了解這些系統(tǒng)，以及使用這些系統(tǒng)的益處。

　　BESS 的工作原理

　　電池儲能系統(tǒng) （BESS） 是一個復(fù)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(xué)或其采用的電池有關(guān)；這類系統(tǒng)可以采用鋰離子、鉛酸、鎳鎘、鈉硫和液流電池。儲能系統(tǒng) （ESS） 是一個更廣泛的術(shù)語，它可能依賴于電池以外的各種技術(shù)，例如水力發(fā)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(jié)構(gòu)和核心元件將有所幫助：

　　電池

　　從太陽能、風(fēng)能或發(fā)電站等不同來源提供的電能，在電池充電過程中會轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。電池在放電過程中釋放的能量可以為家庭、車輛、商業(yè)建筑和電網(wǎng)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(tǒng) （BMS）

　　BMS 為電池的安全和正確運(yùn)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(nèi)。BMS 可監(jiān)測電池的參數(shù)并估計其剩余電量 （SOC） 和健康狀態(tài) （SOH），確保電池的可靠和持久性能。

　　電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng) （PCS）

　　BESS 使用電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將直流電 （DC） 轉(zhuǎn)換成交流電 （AC），反之亦然。當(dāng)電池充電時，交流電從電源流入，并轉(zhuǎn)換為直流電。當(dāng)電池放電時，會產(chǎn)生直流電，然后被轉(zhuǎn)換回為 BESS 應(yīng)用所需的交流電。

　　電能管理系統(tǒng) （EMS）

　　EMS 是電池儲能系統(tǒng)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(shù)量積累或釋放電力。EMS 組合 BESS 的各個元件，并優(yōu)化其整體性能。

　　安全系統(tǒng)

　　可以有一系列的安全系統(tǒng)，每個系統(tǒng)負(fù)責(zé)一個特定的任務(wù)。例如，HVAC 系統(tǒng)使 BESS 通過暖通空調(diào)保持所需的溫度和濕度。消防系統(tǒng)可以檢測煙霧并防止火災(zāi)事故。

　　圖 1：典型的 BESS 結(jié)構(gòu)。（圖片來源：Integra Sources LLC）

　　BESS 能做什么？

　　每年，電池儲能系統(tǒng)為全世界成千上萬個家庭、企業(yè)、工廠和社區(qū)提供電力。這些系統(tǒng)的規(guī)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(shè)備，可為一個家庭提供不間斷的電力。而 Vistra Moss Landing Energy Storage Facility 的總?cè)萘窟_(dá)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(xiàn)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(fēng)能。充電電池可以存儲由間歇性可再生能源產(chǎn)生的多余能量。之后，可以根據(jù)用戶的需求調(diào)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(yīng)用提供廉價和清潔的能源?？稍偕茉凑媳粡V泛用于：

• 　　太陽能和風(fēng)力發(fā)電場
• 　　離網(wǎng)和孤立的社區(qū)（島嶼和難以到達(dá)的地區(qū)）。
• 　　與太陽能板相結(jié)合的家庭儲能設(shè)備（如 Powerwall）。
• 　　除了支持離網(wǎng)系統(tǒng)，BESS 還可以大幅支持住宅、商業(yè)和工業(yè)使用的并網(wǎng)和混合解決方案。
• 　　能源套利

　　電力需求與其成本之間存在正相關(guān)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(fèi)者可以使用電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行能源套利（又稱時間移轉(zhuǎn)）。

　　消費(fèi)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?qū)⑵涑鍪劢o電網(wǎng)。

　　因此，家庭和企業(yè)可以有效地管理電力資源，削減其成本。

　　負(fù)載管理

　　電力在一天當(dāng)中的消耗量各異，也會因季節(jié)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(diào)整電力消耗，節(jié)省電力成本。

　　電力調(diào)峰是 BESS 負(fù)載管理中最常見的使用案例之一，其重點(diǎn)在于減少高峰時段的電力消耗。除此之外，消費(fèi)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(wǎng)的峰值負(fù)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(wǎng)的負(fù)荷并且使供電不間斷。

　　黑啟動

　　BESS 可協(xié)助發(fā)電站和電網(wǎng)在停電后快速恢復(fù)供電。消費(fèi)者可使用電池儲能系統(tǒng)而不是使用柴油發(fā)電機(jī)，這種系統(tǒng)是成本更低也更節(jié)能的黑啟動解決方案。BESS 能獨(dú)立于電網(wǎng)輸電線路運(yùn)作，并按所需的時間（從數(shù)分鐘到數(shù)小時）供應(yīng)電力。

　　備用電力

　　BESS 可為家庭、企業(yè)和其他設(shè)施提供電力，確保其持續(xù)運(yùn)行。對于醫(yī)療機(jī)構(gòu)和其他提供健康和安全相關(guān)服務(wù)的組織來說，這點(diǎn)至關(guān)重要。根據(jù)儲能容量，BESS 可按所需時間長度提供備用電力，即使是電網(wǎng)嚴(yán)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(dǎo)致失去電力和停電。BESS 可透過調(diào)節(jié)電壓及頻率，確保電網(wǎng)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于電池儲能系統(tǒng)的反應(yīng)時間快速，因此可以成為有效的電網(wǎng)平衡解決方案。

　　微電網(wǎng)

　　這類小型電網(wǎng)在連接到較大的電網(wǎng)時，可供應(yīng)電力給商業(yè)大樓、制造工廠或社區(qū)。自主性微電網(wǎng)可供電給島嶼等偏遠(yuǎn)地區(qū)和社區(qū)。結(jié)合 BESS 并整合可再生能源時，微電網(wǎng)可作為彈性電力系統(tǒng)供多個用戶使用。

　　輸電和配電延遲

　　輸電和配電 （T&D） 線路因高峰負(fù)荷和擁堵而易于老化和折舊。電池儲能解決方案可擔(dān)當(dāng) T&D 資產(chǎn)的角色，來解決此問題。BESS 可提供額外的儲能容量并平衡負(fù)荷，因而能推遲現(xiàn)有 T&D 線路升級和構(gòu)建新基礎(chǔ)設(shè)施的時間，從而節(jié)省大量的資金。

　　最適合使用 BESS 的應(yīng)用

　　BESS 依賴于經(jīng)濟(jì)實惠的技術(shù)，例如，鋰離子電池的價格在過去 10 年下降了近 90%，并將進(jìn)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(yè)和應(yīng)用。

　　這些應(yīng)用可分為電表前 （FTM） 應(yīng)用，即公用事業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)（消耗的電力由電表測量）；以及電表后 （BTM） 應(yīng)用，即提供可在現(xiàn)場使用的電力（消耗的電力無法連接到電網(wǎng)，因而無法由電表測量）。以下是 FTM 和 BTM 的 BESS 應(yīng)用清單（很顯然不是完整的清單）。

　　電表前應(yīng)用

　　對于公用事業(yè)規(guī)模的設(shè)施和設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)，電池儲能系統(tǒng)可帶來相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。BESS 可提供儲備的容量和黑啟動服務(wù)，實現(xiàn)電壓和頻率穩(wěn)定性，并通過推遲維護(hù)來節(jié)省資金。FTM BESS 應(yīng)用包括：

• 　　公用電網(wǎng)
• 　　變電站
• 　　輸電和配電線路
• 　　發(fā)電站
• 　　電表后應(yīng)用

　　BTM 系統(tǒng)能繞過電網(wǎng)供電給消費(fèi)者。BESS 與綠色能源一起可持續(xù)支持獨(dú)立的電力系統(tǒng)或微電網(wǎng)。制造商可以使用電池儲能來儲存?zhèn)溆秒娏?，以避免生產(chǎn)設(shè)施停機(jī)。公司和家庭可以使用 BESS，通過能源時間轉(zhuǎn)移大幅降低電費(fèi)開銷。BTM 電池儲能系統(tǒng)可用于以下用途：

• 　　工業(yè)和制造工廠
• 　　企業(yè)
• 　　家庭
• 　　電動汽車
• 　　海洋系統(tǒng)

　　圖 ：BESS 應(yīng)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(xì)回答，則需要進(jìn)行一些澄清。

　　毫無疑問，購買現(xiàn)成的 BESS 能節(jié)省許多時間，有時還能節(jié)省大量資金。如果對系統(tǒng)沒有特殊要求，可以從市場上大量的儲能產(chǎn)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(fèi)者購買，包括：

• 　　具體的客戶要求，包括業(yè)務(wù)細(xì)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(tǒng)的成本
• 　　系統(tǒng)不完整，缺乏配套設(shè)備
• 　　軟件質(zhì)量低下
• 　　沒有保修和保修后的維護(hù)

　　建立電池儲能系統(tǒng)可能是一個繁瑣的過程，需要時間、金錢和專業(yè)知識。但這樣便有機(jī)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(wǎng)絡(luò)安全。實施先進(jìn)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(fā)定制的解決方案，可以優(yōu)化技術(shù)支持、客戶服務(wù)，以及最終用戶或 BESS 供應(yīng)商所需的其他服務(wù)。

　　要設(shè)計高質(zhì)量的 BESS，需要一個精通電池技術(shù)、電力電子技術(shù)、嵌入式軟件和硬件開發(fā)的專業(yè)團(tuán)隊。安排并協(xié)調(diào)產(chǎn)品從設(shè)計到認(rèn)證及制造的每個階段至關(guān)重要。雇用具有相關(guān)專業(yè)知識和經(jīng)驗的工程師，有助于打造出能達(dá)到客戶期望的成熟電池儲能系統(tǒng)。

　　雖然如此，但是定制產(chǎn)品并不是靈丹妙藥。應(yīng)根據(jù)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(xiàn)成即用 BESS 產(chǎn)品的比較信息，可閱讀 Integra Sources LLC 博客頁面中關(guān)于電池儲能系統(tǒng)的長篇文章。讀者可從此文章中了解各種電池技術(shù)和特性、主要的 BESS 制造商、替代的儲能系統(tǒng)，以及其他相關(guān)細(xì)節(jié)。