電力市場鏈的銜接
傳統(tǒng)上，電力市場可分為五個(gè)部分：
1. 燃料或能源
用來發(fā)電的資源包括非可再生能源如煤炭、石油、天然氣和核能使
用鈾，以及如太陽能、水能、風(fēng)能和氫氣等可再生資源。
2．發(fā)電
目前，工業(yè)化國家產(chǎn)生的電力大部分來自于大型的集中設(shè)施。這些產(chǎn)家具有良好的經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)，但通常電力通過長途傳輸，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。電能質(zhì)量也會(huì)受到影響。分布式發(fā)電是另一種方法。定義為發(fā)電廠靠近電力使用的地方，它減少了輸電過程中的能量損失。采用先進(jìn)的電池技術(shù)，公共事業(yè)公司目前可以在變電站裝置大容量的蓄電池 –在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就有存儲(chǔ)幾個(gè)兆瓦的能力。
3．輸電
電力傳輸是大量的電能傳輸。典型的輸電網(wǎng)連接發(fā)電設(shè)施和居民區(qū)附近的多個(gè)變電站。網(wǎng)格互連發(fā)電機(jī)和負(fù)荷并在一般情況下能提供多條路徑。電力傳輸允許遙遠(yuǎn)的能源連接到消費(fèi)者居住的人口集中地。
在網(wǎng)絡(luò)上點(diǎn)與點(diǎn)之間有多條線路 - 冗余路徑 – 可以讓能量根據(jù)傳輸途徑的經(jīng)濟(jì)學(xué)和電力的成本通過種種途徑從任何電廠傳輸?shù)饺魏呜?fù)荷中心。電力在變電站離開輸電網(wǎng)，那里的變壓器可以把電壓降低到一個(gè)較低的水平，以便分配給商業(yè)和住宅用戶使用。
4． 分配
現(xiàn)代分配系統(tǒng)作為主回路開始離開分站和作為輔助服務(wù)結(jié)束進(jìn)入客戶的電表。如上所述，分布式發(fā)電可以減少必須建造的電源線規(guī)模和數(shù)量。對(duì)于那些住在離配電系統(tǒng)很遠(yuǎn)地區(qū)的許多人來說將配電線路延伸燃料、發(fā)電、輸電、分配和交付之后，儲(chǔ)能做為第六因素在市場鏈中起很重要的作用。到每個(gè)結(jié)構(gòu)是非常昂貴的 - 分布式發(fā)電往往是最好的和唯一的選擇。
5．交付
交付最終用戶（客戶）和當(dāng)?shù)氐墓彩聵I(yè)公司相互之間的聯(lián)系。電力服務(wù)定價(jià)依據(jù)是公共事業(yè)的費(fèi)用。用戶是按用電量的多少（通常是一個(gè)固定電費(fèi)價(jià)格）收取的?，F(xiàn)行制度缺乏的是一個(gè)雙向的信息流動(dòng)。公用事業(yè)知道什么時(shí)候用電將最昂貴，反過來什么時(shí)候用電最便宜，但沒有把這方面的信息給予客戶的簡單途徑。而且，由于電力價(jià)格可以按天、小時(shí)、甚至
分鐘波動(dòng)，星期一下午的信息到星期五上午就沒有用處了。那么，能量存儲(chǔ)怎么連接到該價(jià)值鏈中？很多專家認(rèn)為，存儲(chǔ)是電力市場第六個(gè)重要組成部分。存儲(chǔ)的容量將提高電力供應(yīng)的可靠性，提高現(xiàn)有發(fā)電和輸電設(shè)施的效率，減少新的和現(xiàn)有設(shè)施的投資。在他的能量存儲(chǔ)書中，理查德?巴克斯特說，“能量存儲(chǔ)技術(shù)突破電力生產(chǎn)之間的聯(lián)系和需求，允許存儲(chǔ)電力供以后使用。
電力市場鏈與儲(chǔ)能
儲(chǔ)能有助于同步的能源供應(yīng)和需求?？蛻粢院侠淼膬r(jià)格得到他們希望、需要的電力- 而公用事業(yè)可以更容易預(yù)測用電量，減少自己的成本和增加利潤的可能性。由于自然環(huán)境而引起的能源來源波動(dòng)也可以成功地整合到這網(wǎng)絡(luò)。
電力公共事業(yè)產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)
電力公共事業(yè)產(chǎn)業(yè)主要面臨5大挑戰(zhàn)：
1. 波動(dòng)性（指能源供應(yīng)和價(jià)格）電力短缺和過剩造成價(jià)格和可用性大幅波動(dòng)。在大量需要電力的時(shí)候，成本高峰期的電廠必須按照相應(yīng)的高燃料成本，常常是天然氣，周期性地開啟和關(guān)閉發(fā)電設(shè)備。而電力需求低的時(shí)候，發(fā)電廠必須繼續(xù)運(yùn)行，往往比他們的最大發(fā)電能量小的多。
2． 發(fā)電設(shè)備的低使用率
由于電網(wǎng)的運(yùn)行與一個(gè)大型的及時(shí)電力生產(chǎn)和傳輸系統(tǒng)非常相似，傳輸和分配系統(tǒng)必須調(diào)整以適應(yīng)最大或“高峰期”，而不是一個(gè)經(jīng)計(jì)算的平均值。這保證了電力設(shè)施會(huì)被充分利用。據(jù)
專家估計(jì)，高峰負(fù)荷一年只出現(xiàn)400小時(shí)。而滿足高峰需求所需的資本投資往往是最昂貴的建設(shè)。
3. “臟”電
政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)一份報(bào)告已經(jīng)明確地指出，在過去50年間所發(fā)生的全球氣候變暖是由人類活動(dòng)引起的溫室氣體（GHGs），如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）濃度升高造成的。4 發(fā)電是世界上溫室氣體最大的排放源。
沒有單一的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。通過提高整體系統(tǒng)的效率和與能量存儲(chǔ)結(jié)合的再生資源使用，業(yè)界專業(yè)人士可以對(duì)未來的碳排放限制做出計(jì)劃并作出反應(yīng)。
4．輸電阻塞
電力傳輸系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的平衡系統(tǒng)。隨著電力從發(fā)電廠流向最終用戶，輸電網(wǎng)上的情況總是在變化。荷載打開和關(guān)閉、中斷發(fā)生、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電力批發(fā)在轉(zhuǎn)移。為了抵消這些變化，公用事業(yè)時(shí)時(shí)刻刻啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)電系統(tǒng)，以便遵循負(fù)載以應(yīng)付需求。電力需求的增加導(dǎo)致更多的擠塞情況，要求公用事業(yè)單位增加對(duì)穩(wěn)定設(shè)備的投資。而這些全球性電力需求只會(huì)繼續(xù)上升。
5．安全
基于全國和全世界事件基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)安全因素困擾著電力行業(yè)。全球的燃料供應(yīng)降低、對(duì)不穩(wěn)定的國家供應(yīng)依賴和燃料成本的上升使許多國家出現(xiàn)了的問題比獲得的答案多的多。供電
網(wǎng)局部的問題可以在幾秒鐘內(nèi)蔓延。缺乏備份系統(tǒng)使意外的中斷有更多的機(jī)會(huì)發(fā)生。當(dāng)能量存儲(chǔ)技術(shù)與當(dāng)前的公用事業(yè)實(shí)施做法結(jié)合在一起的時(shí)候可以減少這些問題所造成的每一個(gè)威脅。供應(yīng)短缺的時(shí)候有可用的電源和供應(yīng)過量的時(shí)候能夠吸收和存儲(chǔ)可以讓價(jià)格和實(shí)際供應(yīng)的高峰期變得平緩。更多地利用現(xiàn)有資產(chǎn)將促進(jìn)私人投資，反過來會(huì)提高質(zhì)量和電源供應(yīng)?？稍偕茉磁c溫室氣體的生產(chǎn)做斗爭并滿足對(duì)碳的限制。分布式發(fā)電可以通過使用可再生能源減少對(duì)全球燃料供應(yīng)的依賴和在電力使用的地方找到發(fā)電燃料解決擠塞和安全方面二個(gè)問題。
9個(gè)對(duì)電網(wǎng)最有前途的儲(chǔ)能技術(shù)
根據(jù)公共事業(yè)的應(yīng)用，存儲(chǔ)技術(shù)一般分為三大類。能源管理提供了一種將來在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)移能源消耗的方式。通常這被稱為負(fù)載均衡，在能源成本低、消費(fèi)價(jià)格高的時(shí)候發(fā)電。橋接電源用來確保服務(wù)的連續(xù)性，尤其是從一個(gè)發(fā)電廠變化到另外一個(gè)發(fā)電廠。這些存儲(chǔ)應(yīng)用從幾秒鐘到幾分鐘時(shí)間里在任何地方都需要。高質(zhì)量的電力存儲(chǔ)工具時(shí)時(shí)刻刻都需要，以便保持電力的質(zhì)量。
大多數(shù)存儲(chǔ)技術(shù)只能在一個(gè)類別中能夠提供最佳的性能。其他考慮因素包括能量密度（根據(jù)規(guī)模和重量），所有權(quán)總成本（包括設(shè)備的使用壽命、操作和維護(hù)成本）、數(shù)以百計(jì)或數(shù)以千計(jì)的充電和放電周期中得出的設(shè)備效率和循環(huán)壽命（收益率為每周期成本）。
下面是各種存儲(chǔ)工具容量范圍的例子。
下面的存儲(chǔ)方法顯示最有希望、在大多數(shù)情況下已經(jīng)被證明在全球各地能被應(yīng)用。
壓縮空氣能量存儲(chǔ)（CAES），技術(shù)上考慮混合存儲(chǔ)/電力生產(chǎn)系統(tǒng)，使用非高峰期的電力馬達(dá)或發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)迫使空氣進(jìn)入地下蓄池，如含水層、鹽的洞穴或廢棄礦井堅(jiān)硬的巖石。當(dāng)電力需求達(dá)到高峰時(shí)，這個(gè)過程正好相反。那個(gè)壓縮空氣返回到地面，使用天然氣加熱和讓其高速運(yùn)行，通過高壓和低壓擴(kuò)展到馬達(dá)或發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。
在傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)上，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的空氣是壓縮的并使用天然氣加熱。壓縮空氣能量存儲(chǔ)技術(shù)需要更少的天然氣生產(chǎn)電力，因?yàn)樗褂靡驯粔嚎s的空氣。這些高峰期電廠生產(chǎn)相同數(shù)量的電力比常規(guī)天然氣渦輪機(jī)節(jié)省40%的天然氣。 在德國有一個(gè)290兆瓦的發(fā)電設(shè)施和在美國有110兆瓦的工廠。這兩家工廠已運(yùn)作了近30年。
按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，泵力存儲(chǔ)有兩個(gè)海拔明顯不同的大型水庫。使用非高峰電力，水從海拔低的水庫抽到海拔高的水庫，并存儲(chǔ)在那里。當(dāng)需要的時(shí)候，從海拔高的水庫放水帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。這是最成熟的、規(guī)模最大的能量存儲(chǔ)，這些設(shè)施需要最佳的地理特征、大幅土地并有高昂的建筑成本和需要長期的建設(shè)時(shí)間。
抽水蓄能水電設(shè)備給企業(yè)的生產(chǎn)和停產(chǎn)提供了更大的靈活性，并對(duì)設(shè)備使用壽命沒有明顯的有害影響，而且零燃料費(fèi)用，沒有溫室氣體的排放，可以在較低的最低負(fù)荷運(yùn)行工作 - 通常低于額定容量的10％。這些工廠還有較高的負(fù)載變化速度，這意味著電力輸出的差異每分鐘可高達(dá)100%。6全球的抽水蓄能電站列表很長，僅在中國正在使用或在未來10年內(nèi)計(jì)劃建設(shè)的就有超過50家工廠。
飛輪通過加快轉(zhuǎn)子的速度和象慣性能量一樣把能量存儲(chǔ)在系統(tǒng)里來存儲(chǔ)能量。通過相反過程把能量從存儲(chǔ)設(shè)備中釋放出來，并使用馬達(dá)發(fā)電。隨著飛輪釋放其能量，轉(zhuǎn)子速度減慢直至全部的能量被釋放。
飛輪轉(zhuǎn)子可以通過使用先進(jìn)的復(fù)合材料制造出來，降低了轉(zhuǎn)子的重量及允許極高的速度。大部分的飛輪技術(shù)是為汽車和航空應(yīng)用開發(fā)的。這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，具有較比電池系統(tǒng)更低的維護(hù)成本。電力輸送能力下降到150千瓦至1兆瓦?？萍及l(fā)展的重點(diǎn)是市場需要更好的電力質(zhì)量和可靠性。
超高電容器是電化學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備，它像普通版本的電容器一樣工作。也稱為超級(jí)電容器，它們?cè)陟o電場而不是在化學(xué)形態(tài)下存儲(chǔ)能量。
超高電容器可以迅速解決電力的緊張并能承受幾十萬次周期的充放電循環(huán)，而電池只能承受幾百次或幾千次。缺點(diǎn)是他們的價(jià)格比電池高和使用的技術(shù)不夠成熟。在電力系統(tǒng)，他們最有可能被做為電源不間斷供應(yīng)的橋梁來使用，就像飛輪一樣。
電池以化學(xué)方式存儲(chǔ)能量，并使用一個(gè)封閉的能源體系。所有電池都是電化學(xué)電池。它們可以以有限的數(shù)目充電和使用。目前，電池是唯一能存儲(chǔ)太陽能的方式。
機(jī)遇在于使用聯(lián)合使用超高電容器和電池，發(fā)揮他們兩種技術(shù)的優(yōu)勢。把超高電容器作為功率器件，把電池作為能源器件，聯(lián)合提供更有效的能量存儲(chǔ)，并在取代大型、昂貴的電池時(shí)候，減輕對(duì)保修問題的擔(dān)憂。
鉛酸電池是最常見的電池類型。公用事業(yè)和電力用戶在急需關(guān)鍵電力的時(shí)候把它當(dāng)作備份能源來使用。通常情況下，鉛酸電池由板、鉛、35％硫酸溶液和65％水浸泡而成的氧化鉛組成。這個(gè)解決方案被稱為“電解質(zhì)”，并導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電子。各種其他因素也用來改變密度、硬度以及板孔隙度。
最近，兩種新型鉛酸電池已經(jīng)出現(xiàn)。 調(diào)節(jié)閥鉛酸（閥控式鉛酸）電池是密封的，不需要用水和比普通鉛酸電池需要較少的維護(hù)。凝膠型鉛酸電池用凝膠，而不是充滿液體，使之不太可能泄漏。
流體電池的工作方式與牽頭鉛酸蓄電池一樣，但電解質(zhì)存儲(chǔ)在外部容器，并通過電池分發(fā)棧需要。這種充電電解質(zhì)外部水庫要多大就可以有多大，也可以隨便放在一個(gè)地方。有些流體電池使用兩個(gè)不同類型的電解質(zhì)，分開存儲(chǔ)。
流體電池的電容量只受電解質(zhì)水庫容量的限制。它們?yōu)殡娏W(wǎng)上的負(fù)載均衡應(yīng)用提供了非常高的功率和非常的的高容量電池。鋅溴（ZnBr）流體電池在美國通常被使用。無論是鈉硫電池還是鋰離子電池被認(rèn)為是先進(jìn)的電池技術(shù)，但它們目前對(duì)于大型公共事業(yè)應(yīng)用來說太貴了，但在制造工廠，它們被當(dāng)作高電力質(zhì)量和備份使用。
鈉硫（NAS）電池可以在高溫下工作，并已經(jīng)被證明在極端條件下可以安全使用。在日本，這種電池被公共事業(yè)部門廣泛使用，7 這種技術(shù)在190多個(gè)站點(diǎn)上被使用，總量超過270兆瓦。最大的裝置是日本北部的34兆瓦、245兆瓦小時(shí)站點(diǎn)，用于風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性。
鋰離子電池在50％以上的小便攜式電子市場上被使用，它提供的運(yùn)行時(shí)間是傳統(tǒng)電池的兩倍。估計(jì)超過$ 600/kWh的昂貴費(fèi)用是目前限制大規(guī)模生成的主要原因，但一些公司正在努力降低生產(chǎn)成本。
再生燃料電池，也稱為氧化還原流體電池，通過兩個(gè)鹽溶液（電解質(zhì)）之間的逆轉(zhuǎn)電化反應(yīng)來存儲(chǔ)和釋放能量。無論是溴化鋅（ZnBr）還是溴化鈉（溴化）都被當(dāng)作電解質(zhì)使用。一個(gè)例子是熔鹽被當(dāng)作太陽能集中電源熱存儲(chǔ)介質(zhì)使用。熔鹽在大氣壓力下呈現(xiàn)液體狀態(tài)，是高效、低成本的解決方案。
儲(chǔ)能技術(shù)的4個(gè)主要益處
存儲(chǔ)技術(shù)作為一個(gè)整體在容量和應(yīng)用上差異非常大。雖然能量存儲(chǔ)被形容為電力市場的一個(gè)“令人震驚的創(chuàng)舉”，但能量存儲(chǔ)被許多公共事業(yè)公司認(rèn)為是微不足道的工具，但當(dāng)它被接入系統(tǒng)的時(shí)候，可以提供增量和有利影響。當(dāng)實(shí)施先進(jìn)的能量存儲(chǔ)技術(shù)的時(shí)候，主要有四個(gè)方面的益處：
1．提高電力質(zhì)量
目前，電網(wǎng)經(jīng)營者更關(guān)心的是如何防止中斷而不是考慮電力質(zhì)量。電力質(zhì)量是指一整套指標(biāo)，使電器及系統(tǒng)功能按其預(yù)定的方式運(yùn)營，并不造成性能的重大浪費(fèi)。9 21世紀(jì)的電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)趨勢指的是提供沒有凹陷、尖峰、混亂和中斷的電力。電力質(zhì)量差可導(dǎo)致失靈、過早故障或設(shè)備無法運(yùn)行。如在醫(yī)院和緊急服務(wù)部門的關(guān)鍵應(yīng)用需要高度安全。一些專家甚至預(yù)測，消費(fèi)者將按不同的價(jià)格提供不同檔次質(zhì)量的電力。
2． 提高穩(wěn)定性和可用性
一個(gè)穩(wěn)定的電網(wǎng)保護(hù)敏感的制造業(yè)和計(jì)算機(jī)裝備不受不可預(yù)測電壓和頻率變化的影響。經(jīng)常以毫秒為計(jì)算單位，這些變化可能破壞脆弱的設(shè)備。停電和電壓過低提高了設(shè)備的停機(jī)時(shí)間和降低了工人的生產(chǎn)力，每年給美國造成約1500億美元的國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）損
失。存儲(chǔ)應(yīng)用還可以以不間斷電源（UPS）的方式提供“橋梁”電力。這使消費(fèi)者能夠避免短期電力中斷而造成的負(fù)面影響。
3． 資產(chǎn)的更高利用
在大多數(shù)行業(yè)，供應(yīng)和需求幾乎同等重要。然而在電力行業(yè)，需求仍然是國王。公用事業(yè)必須提供電力之前能夠預(yù)測剛剛顯露的需求。不知道什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)用量“高峰”和高峰有多高，共同事業(yè)必須時(shí)刻保持“高峰”并隨時(shí)提供用量，雖然他們知道高峰時(shí)間不超過5％。
存儲(chǔ)技術(shù)在滿足需求的同時(shí)可同時(shí)提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)緩沖和安全因素。
由于電力批發(fā)價(jià)格全天各不相同，什么時(shí)候電力售出與出售了多少電力同樣重要。在非高峰期生產(chǎn)的電力存儲(chǔ)費(fèi)用可以輕而易舉地被高峰時(shí)間段的價(jià)值所抵消。在新設(shè)備的新資本投資可能會(huì)被減少。
4．增強(qiáng)的可再生能源
象風(fēng)力和太陽能這些可再生能源具有易變性和很難被預(yù)測。儲(chǔ)能幫助解決與可再生能源相關(guān)的問題，將有助于這些技術(shù)更快發(fā)展，達(dá)到更大的市場規(guī)模。
通過存儲(chǔ)來自可再生能源的電力資源，他們從低價(jià)值、計(jì)劃外的電源轉(zhuǎn)向高價(jià)值的、可靠的產(chǎn)品。存儲(chǔ)可再生能源并用合約形式釋放，使電力更有價(jià)值。離網(wǎng)電力系統(tǒng)是全球能力的一小部分，可以
通過一個(gè)更大范圍的發(fā)電來源獲得，并使之更有價(jià)值。
