隨著像風能這樣的可再生能源以史無前例的速度連接電網，儲能系統也越來越受到人們的歡迎。僅加利福尼亞一個州就計劃在2020年前調試13GW，全球各地也呈現出類似的趨勢。加拿大安大略省政府的長期能源計劃（“LEp”）呼吁實現總計50MW的能量儲存能力。盡管加拿大關注的是能源政策，兩者之間似乎沒有很大的可比性，但能源存儲預計會是促使政策目標取得成功的關鍵，影響著能源脫碳的結果并最終獲得真正的“智能電網”。

據加拿大國家資源委員會（NRC）的數據，盡管加拿大的電網是全世界最好的，但其在未來20年仍需要進行大規模的維護和升級，可能會因此增加能源成本。NRC為電網安全與現代化所倡導的儲能開發技術，，用來幫助緩解輸電和配電的更新成本，穩定自身是間歇性的可再生能源，以及實現高峰調節和贏利。

雖然儲能的媒介形式多樣，包括壓縮空氣、抽水蓄能、重力和飛輪，但基于電池的系統以其先進的設計迅速占有市場份額并得到大家的廣泛認可。在經過適當包裝，其具備很大的運輸與尺寸優勢。電池設計和結構方面的不斷進步使其效率和壽命更佳且安全性更強。

根據電池的配置和系統的設置，儲能能夠為電網質量帶來多種益處。某些配置可用于快速響應瞬間放電（測量單位為毫秒）用來維持電網頻率穩定和電力質量。其他配置則可提供更長時間的輸出，實現負荷平衡和高峰調節，甚至能在微電網上實現能量備份。電力公司和電力供應商都面臨著協調客戶的高峰需求、不可預測的發電資源和基礎設施老化等多種問題，電池儲能系統（BESS）能夠為其提供以下益處：

?頻率調整。由于公共電網公司必須維持一個窄頻率范圍維持，這是pCS（儲能逆變器）/BESS（電池儲能系統）的一個常見應用。大量的需求會造成頻率的輕微降低，尤其是對于容量較低的系統而言。如果電池儲能存在子循環響應時間，則其可通過儲能逆變器采用高能放電彌補高峰負荷。

?斜率控制/容量穩定。這一點對可再生能源尤其重要，如風能和太陽能電廠。在這些應用中，當輸出量由于風能的大幅減少或是云彩遮住太陽能電廠而有所降低時，儲能單元能夠填補出現的這種空隙。

?VAR支持。電抗性負載會降低輸電和配電線路的效率，但恰當設計的電池儲能系統能夠通過輸出可調的有功功率或無功功率對此進行補償。從而能夠更高效地使用電力線路和配電設備。

?替換熱備用。當出現發電機故障或非預期輸電損失需要消費者降低功耗時備用容量能將輸電量維持在一定水平。保持發電機容量空載在線會浪費燃料，并且導致多余的氣體排放。電池儲能系統能夠替代傳統熱備用發電擠并改善其效率。

?黑啟動。有了這一能力，發電廠就能在斷電、電網連接中斷和/或發電機容量丟失時自我恢復。BESS能夠提供重新啟動所需的電力。

?贏利/時間轉移。這是用于存儲低成本電力，將其在之后以較高價格售出。通常來說，其出現在需求較低的時間段。

?輸配電升級推遲。對于許多正經歷著巨大的電力需求增長且不平衡需求的電力公司而言，能夠暫緩對輸配基礎設施的加固升級非常有吸引力。通常來說，其需求特征為較高的尖峰負荷伴隨著漸增的頻率。最終，現有的輸配基礎設施勉強成為電廠和消費者之間的紐帶。可在負荷旁安裝部署一個電網級電池儲能系統以平衡掉功率流并延遲成本巨大的升級。

BESS基礎知識

電池儲能系統由兩個主要部分組成——電池組和用于將電池連接至電網的電力變換系統（pCS）。電池可以是眾多化學物質中的一種，，其中鋰離子在電網級安裝中最受歡迎。單個電池以串聯/并聯的方式連接在一起獲得預期的終端電壓，以達到最高效率和所需的存儲容量。電池組的一個組成部分是電池管理系統（BMS），其能夠監測電池狀況、充電率和其他變量。BMS會向pCS或應急管理系統（EMS）報告，使其能夠在出現相關電池異常時采取行動。

雙向電力轉換系統是電池儲能系統一個重要組成部分，其負責電池的充電與放電、將直流電（DC）轉換為電網使用的交流電（AC）、并保持AC與電網頻率同步。

pCS的核心是并網逆變器，一個用于將DC轉換為AC的裝置。其采用高功率絕緣柵雙極晶體管（IGBT），能夠在毫秒內以任一方向實現高速切換和全功率傳遞。對于DC到AC轉換而言，該脈寬調制（pWM）切換技術能夠自動同步AC電網頻率和零交叉。由于是將pCS看作電網的穩定同步發電機，根據IEEE519標準對總諧波的要求，需要配置積分諧波濾波器從而輸送出純正弦波電。根據IEEE1547標準，在電力丟失時系統能實現自動、有序的關斷和斷開連接，或者是配置成孤島模式，能，為隔離的微電網提供后備電源。

pCS內的其他元件包括監測操作狀況的裝置、監測功率質量的裝置、以及在出現熱或電氣過載時提供保護的裝置。

BESS設計

考慮到有時要在偏遠且崎嶇不平處建立風電場，因此BESS的物理設計就成為需要考慮的重要內容。一般在這些地方沒有大量環境防護型室內空間可用，因此直接的室外設計就顯得尤為關鍵。良好的熱管理是設計并保護逆變器、電池和附件的重要組成部分。傳統并網逆變器內的冷卻系統設計依靠的是空氣或液態水乙二醇。空氣冷卻的熱轉換效率低且能耗大。冷凍的水乙二醇需要通過系統泵出大量的液體，該過程會消耗大量空間和電能，還會帶來腐蝕和其他保養問題。

為彌補這些缺陷，采用了閉環蒸發冷卻方式。在這種冷卻系統內，像R134a這樣的制冷劑通過低壓循環并流經pCS內的熱關鍵組件，包括IGBT、電感器和其他部件。隨著來自部件的熱量傳至制冷劑，其會部分蒸發，形成的蒸汽會送至冷凝器。蒸汽會在冷凝成液態后并返回儲存器，之后會再次將其泵出流經主件。

該冷卻方法利用了兩相系統中“蒸發傳熱”的優點，經證實非常高效，較水/乙二醇系統而言，所需的液體流量更低，因此所需的泵也尺寸更小且功率更低。

智能功能

除了簡單的給電池充電與放電外，許多系統也能夠提供另一重要功能——提供有功功率和無功功率。該功能使得BESS能夠真正支持電網并“容忍”電網的故障。pCS的固件和可編程性使其能夠靈活的進行自主控制與操作。如果pCS內含有功與無功功率管理算法，則能夠去除或減少外部電力公司現場管理的功能。考慮到逆變器對電網干擾的耐受性及其在干擾出現時的行動方案，設計良好的pCS應包含穩健的LVRT（低電壓穿越）、HVRT（高電壓穿越）和FRT（頻率穿越）功能，并能夠在各種操作狀況下出現這類事件時提供無功支持。

目前安裝的設施

安大略的電網企業-獨立電力系統營運公司（IESO），已從五個提供輔助服務的公司選擇了儲能技術，用其支持電網達到更高的可靠性和效率。據IESO稱，通過購買儲能技術，安大略將在新技術測試上取得領先地位，從而幫助管理電力系統出現的各種變化。IESO將從這些新項目（總計34MW）中吸取經驗教訓，了解如何通過電力存儲更好地管理電網的日常操作。

安裝在美國本土和國外的并網電池儲能系統，將提供更多的學習機會。其中包括：

?西弗吉尼亞州埃爾金斯市AES儲能項目：月桂風電場；

?俄羅斯索契市：冬奧會會場；

?俄羅斯圣彼得堡市FSK；

?紐約州約翰遜市：BESS安裝設施；

?智利阿塔卡瑪市AES-Gener：洛斯安第斯設施；

?華盛頓州斯諾克米西pUD：埃弗里特變電站“MESA-1”項目

典型的戶外型儲能逆變器

典型戶外電池集裝箱

模塊化的功率單元-方便服務

人機界面圖利