本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
这是由罗伯特·法雷斯撰写的客座文章，他是德克萨斯大学奥斯汀分校的研究生，正在研究电网储能的益处，这是Pecan Street Inc.正在进行的智能电网示范项目的一部分。罗伯特正在撰写一系列客座文章，讨论电网储能技术以及储能如何使电网受益。您可以在此处阅读他的系列文章的第一篇。
很多时候，电网储能是在可再生能源的背景下讨论的。储能被认为是解决太阳能和风能昼夜节律性质的必要方案。“我们需要储能，因为太阳晚上不发光。” “风能晚上最强，所以我们需要储能将风能转移到白天。” 虽然这些说法有些道理，但它们并没有反映我们当前电网上对储能的真正需求。
即使是像风能和太阳能这样间歇性的可再生能源，也倾向于遵循可预测的输出计划。例如，风能的可用性自然符合概率性的瑞利分布。通过使用统计分析和其他预测工具，德克萨斯州的电网运营商已经能够将比以往更多的风能整合到电网中，在11月创下了8521兆瓦的瞬时风能记录。此外，风能的时间特性因风力发电场的位置而异。德克萨斯州的经验表明，西德克萨斯平原上的风力发电场在夜间输出最多，而沿海风力发电场在夏季午后输出最多。与此同时，研究表明，朝西的屋顶太阳能电池板在下午晚些时候比朝南的太阳能电池板产生更多的能量。不同可再生能源和配置的不同特性使得电网规划者能够构建一个可再生能源组合，使其大致符合我们的电力需求。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续报道关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事。
那么我们为什么需要储能呢？正如我在上一篇文章中讨论的那样，我们目前的电网完全按需运行。产生的电能量必须在每时每刻都与电力需求相匹配。正因为如此，间歇性形式的可再生能源可能会对电网产生不稳定影响。目前，可再生能源仅占我们发电结构的一小部分，因此其他发电机通常可以补偿可再生能源的间歇性，以平衡电力供需。然而，有时可再生能源的波动性会超过目前的电力发电机。由于传统发电机依赖于缓慢的热力和机械过程，它们有时无法跟上可再生能源波动的步伐。德克萨斯州风力发电量大的电网上已经发生了一些此类不稳定事件。因此，联邦能源监管委员会（FERC）发布了第755号命令，该命令促使有组织的电力市场能够整合新型、快速响应的资源，从而能够严格调节电力供需之间的平衡。
像飞轮和电池这样的小型储能技术填补了FERC第755号命令所创造的利基市场。由于飞轮储能装置通过连续旋转发电机的轴来运行，它可以几乎瞬间补偿可再生能源的不足。Beacon Power制造的飞轮系统已在加利福尼亚州部署，以展示飞轮储能装置的快速爬坡能力。
像飞轮一样，电池可以快速产生电力，以补偿可再生能源的不足。电池通过化学反应运行，因此它可以以毫秒到秒为单位调整其功率输出，而发电机则需要几分钟到几小时。此外，电池只需要少量存储容量即可有效地支持可再生能源。例如，Xtreme Power最近发布的专用电池仅能储存足够放电十五分钟的能量。这意味着什么？更小、更便宜的电池系统可以在我们目前的电网中填补一个利基市场。
通过在我们转型电网的早期阶段补充可再生能源，储能确立了其作为未来关键电网技术的地位。对于像氧化还原液流电池这样高度可扩展的技术，第755号命令所创造的空间可能为未来大规模储电铺平道路。这一发展可能会从根本上使电力供需在时间上脱钩，使电网更加稳健，并实现可再生能源的广泛使用。
图片来源：本文中的图表来自美国能源部能源效率和可再生能源办公室的太阳能技术计划。它可以在这份文件中找到，该文件更详细地解释了本文背后的思想。
罗伯特·法雷斯是德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系的博士生。作为Pecan Street Inc.正在进行的智能电网示范项目的一部分，罗伯特的研究着眼于如何将储能模型与大规模数据和优化相结合，以实现电池储能的经济运营管理。罗伯特希望开发新颖的运营方法和商业模式，以帮助将分布式能源发电和储能技术与重组的电力市场和零售电价相结合。通过他的研究，他希望证明这些新技术的市场性和技术兼容性。