Worry表示,电力公司添加大型能源储存系统系统,可供单日20、30或40次的充放电;Nuvation曾观察采用电池的这类应用,但发现只四个月就会耗尽电池寿命,不具经济效益。而超级电容搭配电池备援的方案,确实是这类应用的理想选择,而其支持水平可媲美发电机或是尖峰负载电厂(PeakerPlants,如图6)等一系列能源设施。
以超级电容结合电池能源储存系统来取代尖峰负载电厂,可以省下不少钱。(图片来源:CALMAC)
在全美约有300座尖峰负载电厂,一年只会运转几天;这些电厂需要完整的人员与装备,以因应一年少数几天用电需求飙升的状况。如果以超级电容搭配电池能源储存系统来取代这些尖峰负载电厂,可以想见能节省多大的成本。
这么做的另一个好处,是能因应难以预测的多变负载波动,备转容量(SpinningReserve)估计为30%;也就是说,需要有比实时需求多30%的能源被产生。如果我们能将那些过量能源撷取至能源储存系统,并用以管理负载变动,可望大幅降低运转发电机所需的石化燃料用量,但仍然能支持那30%的备援电力,这是很大的比例。
Maxwell的Mills表示,大多数人会寻求的替代方案是添加更多的电池,以补充系统的电力需求;他们这么做的原因是他们往往对相关技术或超级电容的使用不太熟悉,或是不懂它们能如何恰当地在系统中运用混合方案。
不过在对功率与能量都有要求的组合式使用案例中,混合使用超级电容与高能量的液流电池(aqueous/flowbatteries),通常在资本支出与运转成本方面更具经济效益;举例来说,在组合式使用案例中,可能会在单一能源储存系统中提供太阳能稳压(solarsmoothing)、尖峰用电调节(peakshaving)、时移(timeshifting)等服务,如美国电力公司DukeEnergy最近布建的一套系统。
Maxwell在交通市场对超级电容的运用也非常成功,例如柴油/电混合动力巴士的能源再生,以及欧洲、北美的汽车怠速系统(Start-Stopsystems)。在EDN姊妹网站PlanetAnalog刊登过一篇Maxwell的ShawLynds撰写之部落格文章,则提及DukeEnergy与中国电力业者国电集团合作推动的新一代超级电容电网能源储存计划(图7)。
特定的电网能源储存技术与超级电容储存方案的生命周期比较。(图片来源:Maxwell)
能源服务供货商AlevoAnalytics则是为电网能源储存推出了GridBank方案;这些货柜式的机箱内含区域控制器(AreaController),能优化能源储存设备的使用、组合各种服务,以及厘清电池何时应该要充/放电以稳定电力分配。
能源储存系统是稳定电网的基础
Nuvation的Worry表示,电动车的普及化对电网可能产生的冲击引起产业界很多注意,不过这个问题或许被过度夸大,因为电动车的耗电量其实与你家的冷暖气空调系统差不多,但你应该没听过有人担心空调系统过多对电网供电的稳定性产生威胁。
Worry指出,空调系统通常在白天使用量比较大,在某些区域晚上也会运作;他住在美国加州,晚上会关闭空调、为电动车充电,因此他的电力输送需求其实没有什么差别。但笔者的看法是,空调系统是一种成熟技术,其使用情况电力公司已充分掌握;电动车则是仍在发展初期。
对此Worry响应,有些人对于电动车将消耗大量电力太过激动,但实际上这可以通过一个连网开关控制器远程调节;他无法从家里的空调系统内部调整其电力消耗,但确定可以进入他的Tesla电动车,并调节电力使用费率。总之Worry认为电动车不会瘫痪电网。
那电池与超级电容在频率调节方面能扮演什么样的角色?Worry指出,电池与超级电容实际上是发展多元化可再生能源的必备解决方案,并且能因应当电动车逐渐普及化而增加的负载变动风险;我们需要有更多的能力在电网频率调节、负载调节方面提供稳定性,因此能快速反应的能源储存设备非常重要。
除非有能源储存系统采用,内含超级电容与电池的混合式方案也无用武之地;如同美国加州对再生能源的采用情况。身为能源储存产业生态系统的一员,Worry乐见加州继续布建更多的太阳能发电系统,因为这将对能源储存有更多需求,同时也需要频率调节软件以支持再生能源的整合;因此关于电池/超级电容技术的议题已经超越其帮助,那实际上是有需求的方案。
在过去8年,Nuvation打造了一套电池管理系统(BMS)并可提供现场使用的电力公司等级产品;该公司持续看到在电网层级有对于电压以及尺寸方面的需求。目前的Nuvation电池管理系统可以支持最高1,250VDC并扩展至50个电池组并联(图8)。
Nuvation的电池管理系统所支持的多组电池能源储存系统电路图。(图片来源:Nuvation)