如果公用事業(yè)公司為他們的客戶提供太陽能并利用超級電容器進行儲能，那么可以顯著地減少溫室氣體排放。而這是KilowattLabs公司首席執(zhí)行官兼聯合創(chuàng)始人OmerGhani對于儲能系統的觀點。該公司推出的基于超級電容器的儲能設備SiriusEnergyStorage和CentauriEnergyServer，旨在管理分布式能源。

“我認為從公用事業(yè)部門減少溫室氣體排放量一個過渡過程就是采用微電網的方式。”Ghani說。

Ghani認為，公用事業(yè)公司應該為他們的客戶提供住宅太陽能發(fā)電或其他形式的太陽能發(fā)電，并配備超級電容儲能器，另外還配備一個獨特的能源服務器，可以對太陽能發(fā)電和存儲系統進行管理。實質上，每個家庭都可以部署自己的微電網。

他說：“這可以更好地采用可再生能源，而采用住宅太陽能發(fā)電的真正方法是使其成為客戶采用電網電力的替代品。”

他說，這一戰(zhàn)略將幫助公用事業(yè)部門達到可再生能源組合標準，并避免需求響應計劃和關于凈計量的爭論。

公用事業(yè)部門將從儲能系統中獲得收入。他說：“通過經濟運行的方式，公用事業(yè)部門可以收取一定的費用，并獲得安裝在住宅中儲能系統的電能。”

公用事業(yè)公司將在適當的住宅安裝并運行太陽能發(fā)電系統，并向客戶收取一定數額的電費，例如25美分/千瓦時。或者他們可能會提供月度固定支付計劃。Ghani說，“有很多財務結構既適用于公用事業(yè)，也適用于住宅用戶。”

該系統將設計用于生成太陽能光伏所需的大部分電力，因此可以減少對公用事業(yè)需求響應和凈計量的需求。

太陽能發(fā)電可以直接或從電容儲能器輸出電力滿足家庭的高峰需求，如果峰值出現在晚上，那么能源服務器能夠在沒有支持的情況下處理住宅的所有即時浪涌、峰值、啟動電源等問題。

Ghani說，人們如果想理解儲能系統將如何工作，那么就需要了解超級電容器的儲能系統(一種經過測試和應用的儲能系統)。KilowattLabs公司現在已經有多個儲能系統投入運行，并且通過其全球分銷商網絡出售了1.5兆瓦時的儲能設備。

更重要的是，聯合國的一個人道主義援助機構正在研究該公司在其350個可能的微電網站點的儲能和服務器提案，以取代目前使用柴油發(fā)電機的“不良電網和無電網”系統。KilowattLabs公司一直積極參與該項目的開發(fā)和設計。

“我們幫助設計了這個概念。雖然不能說我們就會中標，但我們很強的市場定位。”Ghani說。該公司還被要求在加利福尼亞的自發(fā)激勵計劃下增加基于超級電容器的儲能作為儲能選項。

該公司正在為南非的一座礦山開發(fā)微電網，該礦井位于海拔3000的米高度，并面臨電源可靠性方面的挑戰(zhàn)。頻繁的雷擊使電源開關脫扣，并影響一些礦井設備的運行。

Ghani說，此外在幾個小型試點項目中，幾家美國公用事業(yè)公司已經為KilowattLabs公司的微電網使用或測試提交了訂單。

KilowattLabs公司基于超級電容器的儲能系統是獨一無二的，因為它不使用鉛酸蓄電池和鋰離子等化學電池，因此避免了與電池相關的挑戰(zhàn)。“蓄電池通過化學電解質儲存能量。當充電時，可以將電能轉化為化學能，并儲存在電池的電解液中，而電池放電涉及反向化學反應。”他解釋說。

但蓄電池的化學反應會產生問題，其中包括電池容量隨著時間的推移而降低，并且有時會產生過多的熱量，這可能會降低電池的性能，并導致熱失控。而且蓄電池的放電次數和生命周期都存在一定的限制，這使得公用事業(yè)公司很難將其視為客戶現場發(fā)電的一種長期資產。

另一方面，基于超級電容器的儲能器要簡單得多。這項技術將電能儲存在電容器表面，這意味著不會產生化學反應。“接入電源并為儲能器存儲電能。它在放電時釋放出電能。”Ghani解釋說。

面臨的技術挑戰(zhàn)

Ghani表示KilowattLabs公司已經克服了以前還沒有使用的超級電容器儲能技術，因為這種技術也面臨自己的挑戰(zhàn)：每個電池單體都是2.4伏的低電壓，這意味著電池必須串聯連接用于商業(yè)應用。而電池組需要進行平衡，其過程很復雜。其次，基于超級電容器的儲能傾向于快速放電和放電。此外，它們的能量密度很低。

然而，KilowattLabs公司開發(fā)了一種平衡基于超級電容器的儲能系統并使用電子電路控制其放電率的方法。該公司還與供應商合作開發(fā)石墨烯超級電容器。Ghani說，“這可以提高產品的能量密度，并讓它在市場上可以接受，這款產品具備非常高的能量密度，比任何其他產品都高。”

他說，基于超級電容器的儲能器的循環(huán)壽命為100萬次，而電池循環(huán)壽命為4，000次至5，000次。

“我們開發(fā)的基于超級電容器的儲能器在運行時沒有化學反應，并且具有極高的充放電效率，并在整個充放電循環(huán)周期內保持性能不變。所有的電子元件都在表面，而且沒有化學反應。另外，儲能設備的容量不會隨著時間的推移而降低。現在解決了這些問題之后，我們可以使用超級電容器作為儲能介質，提供與電池相同的儲能屬性，但比電池具有更多的優(yōu)勢。”Ghani說。

Ghani表示，基于超級電容器的儲能成本稍高于鋰離子電池的成本。該公司預計其產品的價格將很快與鋰離子電池競爭。而基于超級電容器的儲能器比鋰離子電池的優(yōu)勢意味著它更具成本效益。

“我們不需要體積超大的超級電容儲能器。”Ghani說。他指出，蓄電池會因為多年的使用而降低容量，并且電池組的體積龐大。

一切采用服務器控制

基于超級電容器的儲能系統可以幫助公用事業(yè)公司滿足KilowattLabs公司為客戶安裝和運營太陽能發(fā)電的愿景。KilowattLabs的能源服務器也是如此，該服務器旨在整合分布式能源。它可以被眾多公司所使用，其中包括由他們的公用事業(yè)公司配備太陽能和超級電容器儲能的客戶。

通常，分布式能源集成涉及硬件系統，例如逆變器、充電控制器和發(fā)電機。而軟件也很重要。“這采用了一個軟件層，微電網控制器，開關設備以及將它們組合在一起的各種方式。”Ghani解釋道。

KilowattLabs公司的能源服務器是一種內置軟件的電力電子硬件平臺。“用戶把所有東西都放到服務器上，其內置了軟件，并在同一臺機器上提供輸出。”他說。

能源服務器由KilowattLabs公司開發(fā)，以解決與集成分布式能源相關的諸多挑戰(zhàn)。

Ghani解釋說，雖然太陽能發(fā)電系統可以安裝在任何地方，并且不需要輸電線路，特別是與儲能系統配套使用時，但其應用仍會受到電力電子設備的限制。

Ghani說：“當用戶使用太陽能發(fā)電系統產生電能，并且使用這種電能為家庭、工廠、辦公室供電時，電力電子設備必須處理很多事情。”

這些事項包括在電路上運行的電動機、壓縮機、冰箱，以及啟動和停止的水泵，并在每次啟動時吸收浪涌電流，即最大瞬時輸入電流。它們的浪涌電流可能差別很大，范圍從其額定容量的100%到1000%，持續(xù)幾毫秒到幾秒鐘。

不需要過大的體積

采用功率電子器件能夠處理這些浪涌電流。解決這個問題的一個方法采用體積龐大的設備，而這是低效和不經濟的做法。

“我們服務器的內部架構使其能夠在兩秒內處理其額定容量的10倍的負載，而不會過載，從而有效且經濟地處理這些瞬時負載。”他說。

更重要的是，太陽能發(fā)電系統通常每天可用約五個小時的時間，但為了提供24小時的電力，在沒有電網或柴油發(fā)電機供電的情況下，太陽能發(fā)電系統必須在5小時內產生足夠用戶使用24小時的電能。

“為了做到這一點，電力電子設備需要處理高水平的太陽能發(fā)電的電源輸入。在以往，通常采用增加柴油發(fā)電機的方式，但其效率低下，并且成本高昂。我們的服務器可以處理太陽能發(fā)電的5到8倍的容量而不會過載。”Ghani說。

“假設用戶有一臺100kW的服務器，并由負載率決定，但需要500kW的設備才能在一整天內產生足夠的太陽能發(fā)電。用戶可以將500kW的設備連接到100kW服務器。現在，可以在24小時內產生足夠的電力，并可在不過載的情況下處理浪涌電流。”他解釋說。

Ghani說，其能源服務器可以連接到太陽能發(fā)電和儲能設備。他說，“因此，現在用戶擁有可獨立處理負載的即插即用系統，從太陽能發(fā)電到為儲能器充電，處理電源間歇性問題，并為客戶提供24小時穩(wěn)定靈活的電源。能源服務器做的第一件事就是管理負載，如果還有多余的電能，它會在運行負載時向儲能設備充電。能源服務器通過無縫切換功能，在需要時使用太陽能發(fā)電或儲能系統來解決電力間歇性問題。通過能源服務器，太陽能發(fā)電系統可以使用電網作為電源備份。”

電網將作為一種電力輸入源連接到服務器。能源服務器會在日照不良的情況下從電網獲取電力為儲能設備充電。他表示，根據位置和日照的不同，獲取的電能將是5%到15%不等。

他指出，能源服務器還有能力為電網提供電力，例如，如果住戶外出度假，其太陽能發(fā)電系統可以向電網提供電力，并獲得收入。

Ghani表示，這些技術可以幫助更快、更有效地擴大太陽能發(fā)電的使用，特別是如果公用事業(yè)公司為他們的客戶提供太陽能的話。

“美國太陽能發(fā)電的最大的成本之一就是客戶的購置成本。公用事業(yè)部門有大量的客戶，而這就是為什么與客戶開展合作的原因。”他說。