要想利用可再生能源，就得能靈敏地調(diào)控其發(fā)電量。這是保持電網(wǎng)穩(wěn)定，以及確保在斷電后快速恢復供電的唯*途徑。西門子*新研制的蓄電系統(tǒng)Siestorage有可能解決這個問題——西門子與供電企業(yè)Enel公司正在意大利開展試點項目。
在意大利，西門子和供電企業(yè)Enel公司正在試驗利用鋰離子蓄電裝置來儲存光伏電站生產(chǎn)的過剩電力。
意大利擁有得天獨厚的充沛日照，因此，這個國家的光伏發(fā)電（PV）產(chǎn)業(yè)正欣欣向榮便也不足為怪了。譬如，供電企業(yè)Enel公司運營的電網(wǎng)，包含了總輸出功率逾1100萬千瓦的光伏發(fā)電設施，其中大部分都直接向中壓配電網(wǎng)絡輸送電能。
不過，喜人形勢的背后也有堪憂之處：中午日照強烈時，太陽能電池板生產(chǎn)的大量電能將通過電網(wǎng)輸送至千家萬戶，然而這時的電力需求并不大。如果是陰天，發(fā)電量就會急劇下降。一般而言，諸如太陽能電站和風電場等發(fā)電量波動不定的發(fā)電設施并網(wǎng)發(fā)電的數(shù)量越多，就越難以*保*電網(wǎng)穩(wěn)定。必須時刻保持供需平衡。如若不然，所產(chǎn)生的電壓和頻率波動會擾亂甚至毀壞電子設備。
有鑒于此，蓄電系統(tǒng)的重要性顯然會與日俱增。蓄電裝置可以在特定時間將暫時不需要的多余電能儲存起來，當用電需求增長時，再將這些電能送回電網(wǎng)。數(shù)十年來，高效的抽水蓄能電站一直被用于長期儲存電能。西門子電力系統(tǒng)和蓄電裝置高級銷售經(jīng)理Uwe Fuchs指出：“不幸的是，沒有足夠多的場所用于建造這種設施。因此，我們必須開發(fā)替代解決方案，用于穩(wěn)定電網(wǎng)。”
據(jù)德意志銀行發(fā)布的數(shù)據(jù)，從2012年到2025年，德國蓄電裝置市場規(guī)模有望至少增長一倍。今后20年，僅德國的相關投資就將高達300億歐元左右。*晚不超過2040年，經(jīng)常性的蓄電量將達到400億度左右，有時候蓄電持續(xù)時間會長達數(shù)月。這個數(shù)字是當前德國所有抽水蓄能電站蓄電容量總和的1000倍。相比之下，2012年德國所有電廠的總發(fā)電量為6180億度。
目前已有多種技術可用于解決這個問題。譬如，氫能蓄電裝置可以儲存風電場生產(chǎn)的過剩電能。這些裝置采用電解法，將水還原為蘊含高能量的氫氣。這些氫氣可以被臨時貯存到地下洞穴內(nèi)，這種地下洞穴已經(jīng)用于存儲天然氣。如果用電需求增長，那么，這些蘊含高能量的氫氣可用于驅動發(fā)電機組，然后，所生產(chǎn)的電能將被輸送至電網(wǎng)。抑或，可以讓氫氣與二氧化碳發(fā)生化學反應，產(chǎn)生甲烷，然后將這些甲烷送入天然氣管網(wǎng)。還可以將所產(chǎn)生的甲烷用作化工原料或者燃料電池汽車的燃料。
也可以通過壓縮空氣儲存能量。這種方法是將空氣泵入諸如鹽丘等空穴中，然后將之壓縮，直至壓力高達100巴。過后，可將壓縮空氣用于驅動燃氣輪機。換句話說，燃燒仍需使用諸如天然氣等礦物燃料，但助燃空氣不再需要進行壓縮。
*后，有一種眾所周知的蓄電系統(tǒng)：電池。目前，鋰電池是用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的*佳電池，因為它們兼具高蓄電容量和高充放電率雙重優(yōu)勢。倘若電網(wǎng)負載波動不定，那么，這種電池可以在短短數(shù)毫秒之內(nèi)吸納或供應電能。與抽水蓄能電站不同的是，電池只需要在短短幾分鐘時間內(nèi)輸送電能——譬如，當云朵暫時擋住陽光，導致連接至微型電網(wǎng)的光伏電站的發(fā)電量下降時。
借助電池系統(tǒng)穩(wěn)定電網(wǎng)。早在若干年以前，西門子就已開始開發(fā)蓄電裝置。西門子Siestorage蓄電系統(tǒng)是一個模塊化系統(tǒng)，它為高性能鋰離子電池配備了電力電子裝置，以便連接至電網(wǎng)。Fuchs表示，“借助該系統(tǒng)，我們既可以穩(wěn)定400伏低壓電網(wǎng)，也可以穩(wěn)定10-30千伏配電網(wǎng)。這些電池和控制電子裝置均為安裝在機柜中的滑動式單元，可輕松將之集成于可控制溫度和濕度的柜體。”
2012年2月，這樣一個設備機柜落戶意大利莫利塞地區(qū)的Isernia市。該區(qū)擁有大量并入Enel配電網(wǎng)的光伏電站。Fuchs解釋道，“我們的系統(tǒng)是歐洲首套鋰離子蓄電裝置。它是適用于配電網(wǎng)的性能強大的蓄電裝置。其控制電子裝置可持續(xù)測定電網(wǎng)電壓和頻率。Siestorage可隨情況的變化而吸納或供應電能。”意大利的這套系統(tǒng)的蓄電容量為500度，能夠以高達數(shù)百萬瓦的功率儲存和釋放電能。
對于農(nóng)村地區(qū)的微型電網(wǎng)，這足以保持其穩(wěn)定性，哪怕是包含發(fā)電量波動不定的太陽能電池系統(tǒng)的微型電網(wǎng)。在西門子*近發(fā)布的《可持續(xù)發(fā)展報告》中，Enel公司網(wǎng)絡和基礎設施部門的網(wǎng)絡技術主管Paola Petroni表示：“迄今為止的測試結果令我們非常滿意?！盓nel公司是意大利*大的供電企業(yè)，擁有超過3200萬個客戶，運營并維護著100多萬公里的輸電線路。Petroni說：“西門子產(chǎn)品能夠應對電力生產(chǎn)波動以及幾座電動汽車充電站造成的負載起伏。”這個能力主要得益于特制的換流器。這些裝置秉承了西門子SIPlink產(chǎn)品（Power link）的大量技術優(yōu)勢。近十年來，SIPlink產(chǎn)品被用作工廠電網(wǎng)連接和岸船供電的輔助裝置。Fuchs說：“軟件確保Siestorage換流器能夠針對電網(wǎng)變化做出靈活響應，特別是在出現(xiàn)頻率波動時。這個時候，在短短數(shù)秒之內(nèi)會發(fā)生很多情況?！?
獨一無二的電網(wǎng)黑啟動能力。當電網(wǎng)不穩(wěn)定程度達到臨界水平時，供電企業(yè)可以將整個微型電網(wǎng)從主干電網(wǎng)斷開。在這樣的關斷之后重新啟動電網(wǎng)，被稱為“黑啟動”。2012年在意大利執(zhí)行的驗收測試中，當一個農(nóng)村微型電網(wǎng)被從主干電網(wǎng)斷開之后，Siestorage成功地在短短數(shù)毫秒之內(nèi)重啟了這個微型電網(wǎng)及其連接的光伏發(fā)電設施。從重啟那一刻起，該電池蓄電裝置中的換流器便在單機模式下運行，一直保持著50赫茲頻率和穩(wěn)定的20千伏電壓。Fuchs表示，“Siestorage的電網(wǎng)黑啟動能力真的是一個獨一無二的特性。”
在一個將于2014年秋季啟動的項目中，Siestorage也將扮演重要角色。西門子將攜手德國Arcelor Mittal in Eisenhuettenstadt市的鋼鐵制造商Arcelor Mittal公司和當?shù)毓╇娖髽I(yè)VEO公司，共同建造一個用于在斷電時提供電力的備用系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，Siestorage裝置將利用一臺電機來啟動鋼廠自有燃氣電廠中的燃氣輪機，以便確保在發(fā)生斷電事故時，工廠也能依靠自有電網(wǎng)保持正常運轉。Fuchs解釋道：“這種應用場景對能源轉型也有一定的借鑒意義。未來，我們將需要許多能夠在電網(wǎng)發(fā)生故障時靈活快速黑啟動的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，而這正是Siestorage所能做到的。簡而言之，它能用于替代常規(guī)柴油發(fā)動機?！?
Siestorage日趨完善。Fuchs解釋道：“我們的換流器和我們現(xiàn)在使用的電池讓我們得以利用安裝在標準40英尺機柜中的蓄電容量為1000度的蓄電裝置，以*高2000千瓦的功率吸納或供應電能。對于特殊應用，使用性能高得多的電池也是一種值得考慮的方案。譬如，用于集裝箱起重機或輪胎試驗臺的制動能量回收系統(tǒng)。”這樣的應用涉及在短時間內(nèi)處理大量能量。但是，由于Siestorage的充電周期較短，因此這個系統(tǒng)的制動能量回收率尚未達到100%。現(xiàn)在，西門子專家正在努力豐富產(chǎn)品組合，以便客戶*大限度提高蓄電裝置的輸出功率和蓄電容量。這將確保客戶電網(wǎng)盡可能保持穩(wěn)定和高效。
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