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這是由羅伯特·法雷斯撰寫的客座文章，他是德克薩斯大學奧斯汀分校的研究生，正在研究電網儲能的益處，這是Pecan Street Inc.正在進行的智慧電網示範專案的一部分。羅伯特正在撰寫一系列客座文章，討論電網儲能技術以及儲能如何使電網受益。您可以在此處閱讀他的系列文章的第一篇。
很多時候，電網儲能是在可再生能源的背景下討論的。儲能被認為是解決太陽能和風能晝夜節律性質的必要方案。“我們需要儲能，因為太陽晚上不發光。” “風能晚上最強，所以我們需要儲能將風能轉移到白天。” 雖然這些說法有些道理，但它們並沒有反映我們當前電網上對儲能的真正需求。
即使是像風能和太陽能這樣間歇性的可再生能源，也傾向於遵循可預測的輸出計劃。例如，風能的可用性自然符合機率性的瑞利分佈。透過使用統計分析和其他預測工具，德克薩斯州的電網運營商已經能夠將比以往更多的風能整合到電網中，在11月創下了8521兆瓦的瞬時風能記錄。此外，風能的時間特性因風力發電場的位置而異。德克薩斯州的經驗表明，西德克薩斯平原上的風力發電場在夜間輸出最多，而沿海風力發電場在夏季午後輸出最多。與此同時，研究表明，朝西的屋頂太陽能電池板在下午晚些時候比朝南的太陽能電池板產生更多的能量。不同可再生能源和配置的不同特性使得電網規劃者能夠構建一個可再生能源組合，使其大致符合我們的電力需求。
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那麼我們為什麼需要儲能呢？正如我在上一篇文章中討論的那樣，我們目前的電網完全按需執行。產生的電能量必須在每時每刻都與電力需求相匹配。正因為如此，間歇性形式的可再生能源可能會對電網產生不穩定影響。目前，可再生能源僅佔我們發電結構的一小部分，因此其他發電機通常可以補償可再生能源的間歇性，以平衡電力供需。然而，有時可再生能源的波動性會超過目前的電力發電機。由於傳統發電機依賴於緩慢的熱力和機械過程，它們有時無法跟上可再生能源波動的步伐。德克薩斯州風力發電量大的電網上已經發生了一些此類不穩定事件。因此，聯邦能源監管委員會（FERC）釋出了第755號命令，該命令促使有組織的電力市場能夠整合新型、快速響應的資源，從而能夠嚴格調節電力供需之間的平衡。
像飛輪和電池這樣的小型儲能技術填補了FERC第755號命令所創造的利基市場。由於飛輪儲能裝置透過連續旋轉發電機的軸來執行，它可以幾乎瞬間補償可再生能源的不足。Beacon Power製造的飛輪系統已在加利福尼亞州部署，以展示飛輪儲能裝置的快速爬坡能力。
像飛輪一樣，電池可以快速產生電力，以補償可再生能源的不足。電池透過化學反應執行，因此它可以以毫秒到秒為單位調整其功率輸出，而發電機則需要幾分鐘到幾小時。此外，電池只需要少量儲存容量即可有效地支援可再生能源。例如，Xtreme Power最近釋出的專用電池僅能儲存足夠放電十五分鐘的能量。這意味著什麼？更小、更便宜的電池系統可以在我們目前的電網中填補一個利基市場。
透過在我們轉型電網的早期階段補充可再生能源，儲能確立了其作為未來關鍵電網技術的地位。對於像氧化還原液流電池這樣高度可擴充套件的技術，第755號命令所創造的空間可能為未來大規模儲電鋪平道路。這一發展可能會從根本上使電力供需在時間上脫鉤，使電網更加穩健，並實現可再生能源的廣泛使用。
圖片來源：本文中的圖表來自美國能源部能源效率和可再生能源辦公室的太陽能技術計劃。它可以在這份檔案中找到，該檔案更詳細地解釋了本文背後的思想。
羅伯特·法雷斯是德克薩斯大學奧斯汀分校機械工程系的博士生。作為Pecan Street Inc.正在進行的智慧電網示範專案的一部分，羅伯特的研究著眼於如何將儲能模型與大規模資料和最佳化相結合，以實現電池儲能的經濟運營管理。羅伯特希望開發新穎的運營方法和商業模式，以幫助將分散式能源發電和儲能技術與重組的電力市場和零售電價相結合。透過他的研究，他希望證明這些新技術的市場性和技術相容性。