【導(dǎo)讀】集中式能源網(wǎng)是由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能源、高壓輸電線和低壓輸電線組成的網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)距離輸送電力，為國(guó)家的命脈和經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力。
隨著世界越來(lái)越依賴電氣化，老化的電網(wǎng)面臨著巨大的壓力。需求高峰時(shí)段的用電高峰越來(lái)越普遍，印度和非洲由于容量不足和基礎(chǔ)設(shè)施故障而導(dǎo)致的限電也是如此1。
儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)通過捕獲并儲(chǔ)存可再生能源（如風(fēng)能和太陽(yáng)能）來(lái)保持現(xiàn)代電網(wǎng)穩(wěn)定。通過緩解可再生能源面臨的間歇性問題，儲(chǔ)能技術(shù)有助于消除歷史上阻礙加大采用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的障礙。這樣就可以隨時(shí)向所有用戶和應(yīng)用供電，包括為電動(dòng)汽車充電及為樓宇、醫(yī)院和學(xué)校供電。ESS不僅可以支持高峰時(shí)段運(yùn)行的電網(wǎng)，還可以保持現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，而不存在電網(wǎng)過載和崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。
近年來(lái)，受電動(dòng)汽車(EV)和其他電氣化技術(shù)預(yù)期普及率的影響 ，儲(chǔ)能和ESS已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。ESS將支持電動(dòng)汽車的增長(zhǎng)，同時(shí)也作為電池二次壽命的主要應(yīng)用。
支持可持續(xù)能源使用
ESS捕獲并存儲(chǔ)主要由分布式可變可再生能源提供的能源，不僅有利于環(huán)境，也對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家的人口有益，在這些國(guó)家，電氣化用于推動(dòng)商業(yè)發(fā)展和維持生命。儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅在能源需求低時(shí)存儲(chǔ)能量以供高峰負(fù)荷時(shí)使用，并使未來(lái)的電網(wǎng)運(yùn)行成為可能，無(wú)需投資數(shù)萬(wàn)億美元來(lái)擴(kuò)展輸電線，或新建污染大氣的化石燃料發(fā)電廠。
用可再生能源為未來(lái)提供動(dòng)力
2017年和2018年，可再生能源對(duì)世界能源消耗和發(fā)電量分別貢獻(xiàn)18.1%和26%。在這部分能源消耗中，7.5%來(lái)自傳統(tǒng)生物質(zhì)，4.2%來(lái)自熱能（非生物質(zhì)），1%生物燃料用于交通，3.6%水力發(fā)電，2%電力來(lái)自風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)、地?zé)岷秃Ｑ竽茉?。
對(duì)可持續(xù)能源未來(lái)的需求正在推動(dòng)更多可變可再生能源接入電網(wǎng)，這反過來(lái)又加速了儲(chǔ)能技術(shù)的普及，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)彈性最大化。預(yù)測(cè)在電動(dòng)汽車(EV)和其他電氣化技術(shù)預(yù)期普及率的推動(dòng)下，儲(chǔ)能市場(chǎng)將在未來(lái)幾十年迅速增長(zhǎng)。在接下來(lái)的二十年里，對(duì)新儲(chǔ)能的投資預(yù)計(jì)將猛增6200億美元3。
到2030年新增電網(wǎng)存儲(chǔ)容量將用于整合各種可再生能源
到2030年，預(yù)計(jì)新增存儲(chǔ)容量的65%將用于將各種可再生能源接入電網(wǎng)，并提供各種電網(wǎng)服務(wù)，30%用于支持住宅、商業(yè)及工業(yè)設(shè)施，5%用于支持EV基礎(chǔ)設(shè)施。
預(yù)測(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng)增長(zhǎng)(2020-2025)4
● 從2020年到2025年，儲(chǔ)能市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以24%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)。
● 預(yù)計(jì)住宅市場(chǎng)將占儲(chǔ)能市場(chǎng)的最大份額。
● 增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)：中東和非洲。最大的市場(chǎng)：亞太地區(qū)。
電氣化、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車預(yù)測(cè)5
● 據(jù)估計(jì)，到2050年，全球發(fā)電量的激增將由可再生能源提供動(dòng)力，占全球發(fā)電量的80%。
● 全球儲(chǔ)能容量將從目前的650 GWh擴(kuò)大到31 TWh，其中電池占最大份額。
● 電動(dòng)汽車的用電需求將從2017年的0.3 PWh大幅提高到2050年的9.1 PWh。
邁向分布式能源網(wǎng)
通過太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源的分布式發(fā)電，允許根據(jù)自身需求生產(chǎn)清潔電力的消費(fèi)者將多余的電力送回電網(wǎng)。
盡管分布式能源網(wǎng)仍存在許多實(shí)際障礙，但在過去十年中，隨著地方性太陽(yáng)能發(fā)電廠、小型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和電池儲(chǔ)能設(shè)施的發(fā)展，小規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益已大大提高，可再生能源技術(shù)的成本已大幅下降。
ADI公司能源與工業(yè)系統(tǒng)總經(jīng)理Mario Battello表示：“電網(wǎng)正在從集中式發(fā)電向分布式可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)變，為儲(chǔ)能創(chuàng)造了巨大的機(jī)遇。”存在兩種基本類型的儲(chǔ)能：在電表的前面，稱為電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能，專為主要能源生產(chǎn)商設(shè)計(jì)；在電表的后面，住宅業(yè)主和企業(yè)可以利用安裝在其房屋上的各種儲(chǔ)能選項(xiàng)。去年，商業(yè)服務(wù)公司Lloyd’s Register表示，預(yù)計(jì)到2025年，分布式可再生能源將比電網(wǎng)供電更便宜6。
一場(chǎng)完美的風(fēng)暴創(chuàng)造了一個(gè)完美的機(jī)會(huì)
快速變化的電氣化環(huán)境和相對(duì)不成熟的儲(chǔ)能市場(chǎng)帶來(lái)了一場(chǎng)完美風(fēng)暴，一家具有前瞻性的全球儲(chǔ)能公司作為先行者進(jìn)入ESS領(lǐng)域，占領(lǐng)市場(chǎng)份額并捕獲需求，成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
為了迎接這一挑戰(zhàn)，該公司與ADI公司合作，利用ADI廣泛的硬件系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)、行業(yè)領(lǐng)先的電池管理系統(tǒng)(BMS)技術(shù)以及著名的全面現(xiàn)場(chǎng)支持。首先，該公司要求合作者有共同的雄心壯志、旺盛的創(chuàng)新動(dòng)力，并提供下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案。雙方將共同迅速開發(fā)和工業(yè)化一種精確、高性能、功能安全認(rèn)證的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
概覽
公司
全球儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)的先驅(qū)，可促進(jìn)未來(lái)能源的生產(chǎn)、傳輸和使用，加強(qiáng)其在電化學(xué)、電力電子和系統(tǒng)集成方面的專業(yè)知識(shí)，以開發(fā)價(jià)格實(shí)惠的ESS。
應(yīng)用
用于住宅、工業(yè)和可再生能源應(yīng)用的ESS。
挑戰(zhàn)
以具成本效益且高效的方式升級(jí)現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以便能夠支持未來(lái)的電力消費(fèi)需求。制定經(jīng)過認(rèn)證的精確ESS解決方案，準(zhǔn)備投入生產(chǎn)。協(xié)助滿足對(duì)應(yīng)用支持、上市速度和獲利時(shí)效的迫切需求。
目標(biāo)
通過專注于開發(fā)先進(jìn)的BMS軟件和優(yōu)質(zhì)的ESS產(chǎn)品以成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，從而在市場(chǎng)中脫穎而出。
<圖：Battery Room in Power Plant>
自2013年以來(lái)，這家全球ESS公司一直致力于在住宅和商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)以及更大型的并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸和使用，在全球部署了2 GWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)。憑借自主研發(fā)的陰極材料、電池單元和BMS技術(shù)，該公司現(xiàn)在是磷酸鐵鋰電池的領(lǐng)先制造商，并提供離網(wǎng)供電電池和充電器。
通過協(xié)作創(chuàng)造出色的產(chǎn)品
在長(zhǎng)期合作的基礎(chǔ)上，ADI和這家全球ESS公司在2018年啟動(dòng)了一個(gè)快速實(shí)現(xiàn)功能安全認(rèn)證儲(chǔ)能系統(tǒng)工業(yè)化的項(xiàng)目。ADI公司自動(dòng)化與能源事業(yè)部能源總監(jiān)Conor Power表示：“上市速度和獲利時(shí)效以及以可接受的成本提供高性能是這家ESS公司面臨的挑戰(zhàn)。他們不是在尋找器件，而是在尋求合作伙伴，以便獲取集成、電源和完整系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)方面的幫助和指導(dǎo)。”
半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，ADI的目標(biāo)一直是且將繼續(xù)是幫助創(chuàng)建和解鎖各種技術(shù)，解決工程領(lǐng)域的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，分享見解，并支持合作伙伴和客戶設(shè)計(jì)正確的解決方案，從而助力全球人口，同時(shí)發(fā)揮人類的潛力。
ADI的ESS合作伙伴身處一個(gè)充滿競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的激烈環(huán)境中。要在市場(chǎng)上取得成功，他們的解決方案需要具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，從競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品中脫穎而出。因此，他們著眼于其核心優(yōu)勢(shì)——軟件及ADI的高精度BMS技術(shù)。
BMS精度至關(guān)重要
Conor Power說(shuō)：“采用ADI的BMS技術(shù)，提高的精度可以額外提供15%到20%的車輛充電續(xù)航里程和更長(zhǎng)的電池使用壽命。更高的充電測(cè)量精度也可以轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的電池有效時(shí)間。在花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的大型ESS系統(tǒng)中，節(jié)省的成本非常可觀。”
ADI的專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師(FAE)團(tuán)隊(duì)利用其廣泛的硬件系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)和行業(yè)領(lǐng)先的BMS技術(shù)與合作伙伴的軟件知識(shí)緊密配合。ADI為ESS合作伙伴提供LTC6813來(lái)測(cè)量和監(jiān)控電池單元，并提供精確的電壓和電流信息。Mario Battello表示：“LTC6813是目前市場(chǎng)上的最高精度器件 ，讓我們合作伙伴的工程師能夠利用微控制器非常精確地計(jì)算電池的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)。”
<圖：Electric Car Charging at Public Station〉
要確定精確的電池放電率，并實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程，需要更高的BMS精度。我們需要確切地知道剩余多少電量（20%、15%或10%？），以便了解還能行駛多遠(yuǎn)（50、37或25英里？）。一定要知道要給電池充多少電以及何時(shí)停止放電，否則會(huì)損害電池性能或電池本身。Conor Power表示：“測(cè)量精度更高，電動(dòng)汽車的電池使用壽命就一定會(huì)比測(cè)量精度不高的更長(zhǎng)。住宅或商業(yè)用途的儲(chǔ)能系統(tǒng)也是同樣的原理。”
與ADI的現(xiàn)場(chǎng)工程師攜手合作
ADI的FAE與儲(chǔ)能合作伙伴攜手參與創(chuàng)建參考設(shè)計(jì)并最終完成這些設(shè)計(jì)。Mario Battello說(shuō)：“我們將在系統(tǒng)層面創(chuàng)建參考設(shè)計(jì)。我們?yōu)楹献骰锇樘峁﹥蓚€(gè)IC、BMS和隔離通信通道。”Conor Power說(shuō)：“ADI的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不會(huì)到您的現(xiàn)場(chǎng)去。他們的評(píng)估過程旨在評(píng)估，并不提供解決方案。而我們提供的就是最終解決方案。在BMS合作關(guān)系中，我們的現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)提供支持是很常見的。”
同時(shí)，合作伙伴開發(fā)并改進(jìn)了一種儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以比競(jìng)爭(zhēng)解決方案更低的成本提供更高的系統(tǒng)精度和更好的功能。此外，還開發(fā)了一種高能量存儲(chǔ)解決方案，通過同時(shí)利用ESS和電網(wǎng)的電力，使充電速度更快。
<圖：Worker in Energy Storage Area>
簡(jiǎn)單與復(fù)雜的美
Mario Battello表示：“ADI的BMS器件在芯片內(nèi)部很復(fù)雜，但由于我們提供的資料，客戶設(shè)計(jì)起來(lái)很輕松?，F(xiàn)在，合作伙伴正在使用(BMS) LTC6813和LTC6820開始批量生產(chǎn)。他們一直在與ADI配合，看能否在他們的設(shè)備中使用我們的新器件，以保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”目前，該公司和ADI正在討論新一代設(shè)計(jì)。
<圖：House with Solar Panels in Summer>
協(xié)作優(yōu)勢(shì)和關(guān)鍵上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)
該全球ESS公司發(fā)現(xiàn)ADI遠(yuǎn)不只是一個(gè)元器提供商，而是真正的合作伙伴，擁有豐富的系統(tǒng)級(jí)知識(shí)、深厚的領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)和重要的ESS經(jīng)驗(yàn)及見解。
ADI為該公司的本地團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)支持，并提供專家級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。它不僅為BMS、電源和監(jiān)控系統(tǒng)提供器件，還保證了關(guān)鍵時(shí)刻的高精度、性能、可靠性和上市速度，這樣公司就可以在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)獲得新客戶，同時(shí)增強(qiáng)獲利時(shí)效。
向更健康的人類和全球環(huán)境轉(zhuǎn)變
隨著能源需求和消費(fèi)者角色的不斷轉(zhuǎn)變，儲(chǔ)能解決方案將在為世界提供動(dòng)力方面發(fā)揮更加突出的作用。這一轉(zhuǎn)變將為從破壞環(huán)境的化石燃料轉(zhuǎn)向更清潔、更可持續(xù)的電力應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
ESS支持可再生能源與電網(wǎng)有效連接，由此促進(jìn)更大規(guī)模地使用可再生能源，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)高效的升級(jí)，從而有可能節(jié)省數(shù)萬(wàn)億美元。
<圖：Solar Panel Fields on Green Hills>
向電氣化過渡的一個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素是消費(fèi)者采用電動(dòng)汽車。成本、續(xù)航里程和緩慢的充電時(shí)間仍然是障礙。但是，目前有一個(gè)障礙已經(jīng)打破了：暨ADI公司和全球儲(chǔ)能公司合作使得充電速度更快。通過消除這個(gè)障礙并開發(fā)準(zhǔn)確、安全且經(jīng)濟(jì)高效的ESS解決方案，ADI及其合作伙伴正在為實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立、更可持續(xù)的電氣化未來(lái)以及更健康的人類環(huán)境和全球生態(tài)系統(tǒng)鋪平道路。
1 Quratz Africa，“非洲電力不足的代價(jià)不僅僅是獲取電力的問題。”2018年10月21日
2 21世紀(jì)可再生能源政策網(wǎng)絡(luò)
3 美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì)，“儲(chǔ)能市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，增長(zhǎng)前景看好”
4 Mordor Intelligence，儲(chǔ)能市場(chǎng) - 增長(zhǎng)、趨勢(shì)和預(yù)測(cè)(2020 - 2025)
5 DVN-GL 2019能源轉(zhuǎn)換展望、電源和使用報(bào)告
6 Raconteur，“走向分布式電網(wǎng)”，2019
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