在英國(guó)有100輛NissanLEAF電動(dòng)車(chē)的主人將采用特制的雙向充電站，在用電尖峰時(shí)刻把電動(dòng)車(chē)儲(chǔ)存的電力賣(mài)回給電網(wǎng)。
在一個(gè)潮濕夏季的炎熱午后，某個(gè)大都市無(wú)預(yù)警停電；在那之后不久，同樣的那個(gè)傍晚，在電力公司的電網(wǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)深處，響起一個(gè)通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)送的區(qū)域性警報(bào)，對(duì)象是數(shù)不清的TeslaModelS電動(dòng)車(chē)，它們的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)立即通過(guò)GPS設(shè)定行駛路線，目標(biāo)是受停電影響的變電站。
在此同時(shí)，一個(gè)個(gè)車(chē)庫(kù)門(mén)被打開(kāi)，啟動(dòng)了自動(dòng)駕駛功能的電動(dòng)車(chē)紛紛涌現(xiàn)、轉(zhuǎn)向郊區(qū)的道路，看似在夢(mèng)游、其實(shí)全神貫注于周遭情況；它們進(jìn)入高速公路網(wǎng)關(guān)，開(kāi)始一段通過(guò)電源逆變器組支持停電區(qū)域電源的旅程。每一臺(tái)電動(dòng)車(chē)的電量可達(dá)85千瓦小時(shí)(kW-hr)，可提供停電區(qū)域醫(yī)療院所、商業(yè)機(jī)構(gòu)以及一般住家緊急電源，直到電力公司恢復(fù)供電。
而那些電動(dòng)車(chē)的主人還可以獲得額外獎(jiǎng)金：他們將能源賣(mài)回給電力公司，跟在夜間為電動(dòng)車(chē)充電所花費(fèi)的成本相比，利潤(rùn)很不錯(cuò)─投資報(bào)酬率最高可達(dá)六倍──其他地方很難有這么好的賺錢(qián)機(jī)會(huì)。
以上是美國(guó)電子設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)者Nuvation共同創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長(zhǎng)MikeWorry所構(gòu)想的、有如好萊塢電影或科幻小說(shuō)情節(jié)一般的未來(lái)，或許在未來(lái)五年就會(huì)成真；你以為那只是幻想？事實(shí)上，汽車(chē)大廠Nissan在5月才宣布一項(xiàng)新試驗(yàn)計(jì)劃，能讓英國(guó)的電動(dòng)車(chē)擁有者將自家電動(dòng)車(chē)的電力賣(mài)回給電力公司。
這項(xiàng)V2G(vehicle-to-grid)計(jì)劃是Nissan與意大利電力公司Enel以及英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)(NationalGrid)合作開(kāi)發(fā)，在英國(guó)有100輛NissanLEAF電動(dòng)車(chē)的主人將采用特制的雙向充電站，在用電尖峰時(shí)刻把電動(dòng)車(chē)儲(chǔ)存的電力賣(mài)回給電網(wǎng)。目前在英國(guó)有大約1萬(wàn)8,000輛LEAF電動(dòng)車(chē)，如果那些車(chē)通通都聯(lián)機(jī)，總計(jì)可提供180MW的電量。
聽(tīng)聽(tīng)專(zhuān)家們的說(shuō)法
為了讓EDN的讀者們對(duì)于目前的大規(guī)模能源儲(chǔ)存方案以及超級(jí)電容(ultracapacitor)等技術(shù)有更清楚的了解，筆者最近訪問(wèn)了Nuvation的Worry以及電源解決方案供貨商MaxwellTechnologies區(qū)域銷(xiāo)售經(jīng)理MartinMills。
我們的討論以與時(shí)俱進(jìn)的電池和超級(jí)電容技術(shù)，如何解決太陽(yáng)能與風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)能波動(dòng)為出發(fā)點(diǎn)。Worry表示，這是結(jié)合高功率超級(jí)電容與高能量電池混合應(yīng)用的良好案例，在這類(lèi)應(yīng)用中，對(duì)大量能源的需求，能結(jié)合提供數(shù)小時(shí)電力的電池與具備優(yōu)異反應(yīng)時(shí)間及循環(huán)壽命的超級(jí)電容來(lái)因應(yīng)。電池的循環(huán)壽命為數(shù)千次，超級(jí)電容的循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)百萬(wàn)次。
也就是說(shuō)，如果每天有十幾次陣風(fēng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一年內(nèi)就可能耗盡一顆電池的壽命；而如果混合使用超級(jí)電容，就可以建構(gòu)一個(gè)利用超級(jí)電容處理頻繁高度電源波動(dòng)的質(zhì)量系統(tǒng)，減緩電池的耗損。Worry指出，這對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)作與成本都有好處；Nuvation發(fā)現(xiàn)，那些能源儲(chǔ)存系統(tǒng)得為了某個(gè)問(wèn)題的各個(gè)部分打造不同的解決方案，超級(jí)電容與電池能妥善因應(yīng)這類(lèi)情況。
Mill補(bǔ)充指出，以Maxwell的觀點(diǎn)來(lái)看，超級(jí)電容在這類(lèi)混合式系統(tǒng)中確實(shí)是電池的好幫手，能有助于延長(zhǎng)電池壽命，也可能降低對(duì)電池規(guī)模的需求；運(yùn)作溫度范圍也是超級(jí)電容的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，盡管這類(lèi)系統(tǒng)大多數(shù)都配備某種溫度管理功能。比起電池，超級(jí)電容具備優(yōu)異的超低溫耐受能力，因此如果系統(tǒng)布建了超級(jí)電容，就不需要采用太復(fù)雜或太昂貴的溫度管理設(shè)計(jì)。
筆者先前有一篇文章，曾探討過(guò)超級(jí)電容與電池在超級(jí)炎熱的美國(guó)亞利桑那州輕軌交通系統(tǒng)之應(yīng)用；Mills表示，超級(jí)電容在交通與電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用主要有兩種，如果是布建于輕軌車(chē)輛本身就算是交通應(yīng)用，而如果是應(yīng)用于通過(guò)再生制動(dòng)(recuperative/regenerativebraking)擷取能量的軌道旁(wayside)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，則算是電網(wǎng)應(yīng)用。
為電力用戶(hù)節(jié)省電費(fèi)
另一個(gè)問(wèn)題是，如何利用智能儲(chǔ)存電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)組合式(stacked)的電力公司服務(wù)？例如在離峰時(shí)間用電、并在尖峰時(shí)刻將能源賣(mài)回給電網(wǎng)，好讓電費(fèi)支付者省錢(qián)的需量電費(fèi)(demandge)減免服務(wù)；還有超級(jí)電容如何因應(yīng)這類(lèi)使用情境？
對(duì)此Worry感嘆，新興能源儲(chǔ)存產(chǎn)業(yè)最迷人的部份，就是我們正在采用的能源只是瞬間、交易型(transactional)的，我們卻正在發(fā)明一個(gè)概念，讓能源能被儲(chǔ)存，然后利用能源管理軟件來(lái)應(yīng)用那些被儲(chǔ)存的能源。也就是說(shuō)，想象在過(guò)去我們能把錢(qián)儲(chǔ)存在銀行、或是能以書(shū)寫(xiě)的形式來(lái)儲(chǔ)存信息，但現(xiàn)在我們是把能源儲(chǔ)存起來(lái)，并因此衍生出全新的經(jīng)濟(jì)模式。
把那些服務(wù)組合起來(lái)的功能實(shí)際上是在軟件層面，而那些諸如需量電費(fèi)減免、負(fù)載轉(zhuǎn)移(loadshifting)或是電表后端(behind-the-meter)等能快速回收利潤(rùn)、證明投資報(bào)酬率(ROI)的應(yīng)用，則是都與電力公司如何為電力訂價(jià)有關(guān)。
如果電力公司以你最高用電量來(lái)收取溢價(jià)，當(dāng)然這就會(huì)激勵(lì)產(chǎn)業(yè)找出他們可以扮演什么樣的角色，以能量?jī)?chǔ)存的方式協(xié)助降低需量電費(fèi)；相同的，如果電力公司在一天之內(nèi)針對(duì)不同時(shí)段有不同收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)激勵(lì)產(chǎn)業(yè)以改變使用時(shí)間的方式來(lái)利用能源。Worry認(rèn)為，我們將會(huì)看到新興的住宅能源儲(chǔ)存系統(tǒng)，基本上可以做決策、組合那些不同型態(tài)的算法以找出最佳的能源儲(chǔ)存利用方式，為使用者節(jié)省電費(fèi)。
然后在電力公司的電表這一端，我們也會(huì)看到組合式服務(wù)做出不同的決策；因?yàn)樵陔娏镜膶蛹?jí)，有一些諸如可再生能源整合、頻率調(diào)節(jié)等在較大層面執(zhí)行且需要做不同決策的事情，這會(huì)是在電網(wǎng)層級(jí)執(zhí)行的另一套算法組合服務(wù)。
筆者居住在美國(guó)亞利桑那州，利用沙漠地帶日照充足的優(yōu)勢(shì)，本地有很多居民安裝住宅用太陽(yáng)能發(fā)電裝置，因此有不少住戶(hù)認(rèn)為他們可以輕松地?cái)[脫公用電網(wǎng)；但實(shí)際上如果沒(méi)有能源儲(chǔ)存設(shè)備會(huì)是很困難的，因?yàn)檫@里在雨季或是一年內(nèi)的某些時(shí)候仍然有陰天。這類(lèi)住宅用太陽(yáng)能發(fā)電裝置平均是十年左右才能回收初始投資；因此組合式使用有助于減輕屋主電費(fèi)負(fù)擔(dān)。
Worry認(rèn)為，我們將會(huì)看到一些能源儲(chǔ)存設(shè)備以大量、小型化家用系統(tǒng)的形式問(wèn)世，讓民眾能改善其電費(fèi)賬單；不過(guò)能源儲(chǔ)存設(shè)備的最大推動(dòng)力還是在于電力公司規(guī)模，而他也認(rèn)為，許多電力公司都有很高的再生能源配額制度(RenewablePortfolioStandards，RPS)目標(biāo)，如圖。
美國(guó)29個(gè)州以及華盛頓特區(qū)的再生能源配額制度(RPS)策略。(圖片來(lái)源：BerkeleyLab)
當(dāng)再生能源發(fā)電量超出電力公司負(fù)擔(dān)
Worry住在美國(guó)加州，目前有42%的公用電力是采用可再生能源；這已經(jīng)導(dǎo)致了例如在夏日午后會(huì)發(fā)生的太陽(yáng)能縮減(solarcurtailment)情況；因?yàn)榭梢曰仞伣o電網(wǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電量過(guò)多，超出了電力公司可吸收量。這是一個(gè)值得探討的課題，德國(guó)最近也曾發(fā)生太陽(yáng)能縮減情況。
我們可能會(huì)開(kāi)始看到一個(gè)“負(fù)費(fèi)率(negativerate)表”的情況，也就是說(shuō)如果電網(wǎng)是舊有系統(tǒng)，在發(fā)電量不足時(shí)有很多處理額外能源的能力，例如過(guò)度負(fù)載(anexcessofload)；不過(guò)，如果有太多再生能源回饋到電網(wǎng)時(shí)，電力公司就無(wú)法處理。Worry指出，再生能源過(guò)度負(fù)載的解決方案，就是大幅提高能源儲(chǔ)存量。
加州為此上呈聯(lián)邦政府，表示面臨太陽(yáng)能過(guò)量的問(wèn)題，而因?yàn)闆](méi)有足夠的負(fù)載能利用在夏日午后產(chǎn)生的過(guò)量太陽(yáng)能，是否該暫緩實(shí)施太陽(yáng)能收入津貼(SolarIncomeCredits)；聯(lián)邦政府的回復(fù)當(dāng)然是“不行”，必須維持發(fā)放津貼，因?yàn)檫@是美國(guó)全國(guó)性政策，加州需要想辦法解決。
于是，加州真的想了辦法解決，表示將布署1.36GW-hrs的能源儲(chǔ)存設(shè)備；這會(huì)是數(shù)10億美元的投資，不過(guò)將分配給多家供貨商。當(dāng)然，這方面的努力會(huì)是由電力公司主導(dǎo)，而知名市場(chǎng)以及政府指令在其中扮演主要推手。
Nuvation實(shí)際上才剛宣布其公用事業(yè)等級(jí)(支持高達(dá)1,250VDC，可擴(kuò)充為50個(gè)電池組配置、裝載于ISO機(jī)箱的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng))電池管理系統(tǒng)，能符合MESA能量?jī)?chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)(圖4)。Nuvation符合Draft3版本標(biāo)準(zhǔn)的成就，簡(jiǎn)化了其電池管理系統(tǒng)與設(shè)備業(yè)者ParkerHannifin的MESA規(guī)格逆變器，以及Alevo的GridBank能源儲(chǔ)存裝置計(jì)劃上的第三方站點(diǎn)控制器之整合(下圖)。
圖右黑盒子就是Nuvation的電網(wǎng)電池控制器(GridBatteryController)，能控制數(shù)個(gè)電池組，實(shí)現(xiàn)MW等級(jí)的電池管理。
2016081000016圖5Nuvation執(zhí)行長(zhǎng)MichaelWorry(左三面朝前方)在美國(guó)北卡羅萊納州ParkerHannifin旗下的GridTieDivision事業(yè)部門(mén)，為能源儲(chǔ)存產(chǎn)業(yè)人士介紹安裝于新一代1MW/1WhAlevoGridBankESS機(jī)箱中的電池管理系統(tǒng)。(圖片來(lái)源：Nuvation)
讓你的電動(dòng)車(chē)變成收入來(lái)源
我想有那么一天，每個(gè)人家里的車(chē)庫(kù)停放的一或兩輛Tesla電動(dòng)車(chē)，也可以在能量?jī)?chǔ)存方面幫上忙；當(dāng)然，Tesla執(zhí)行長(zhǎng)ElonMusk也將獲益良多。Worry表示，我們?cè)谖磥?lái)可以有那樣的想象，電動(dòng)車(chē)不再只是家庭資產(chǎn)，也會(huì)成為收入來(lái)源。
在有風(fēng)力與核能發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的區(qū)域，人們夜間用電需求不大，你可能會(huì)在此時(shí)為電動(dòng)車(chē)充電，以準(zhǔn)備在明天從居住地駕駛到擁擠的城區(qū)上班、談生意；而如果電力公司為因應(yīng)本地業(yè)務(wù)對(duì)能源的需求，提供比你以往在夜間為電動(dòng)車(chē)充電的費(fèi)率更高的收購(gòu)價(jià)格，你也可以將電動(dòng)車(chē)儲(chǔ)存的能源賣(mài)出，并因此取得收入。
Worry有一輛可儲(chǔ)存85kW-hr電量的TeslaModelS電動(dòng)車(chē)，而他一天通勤距離只有20英哩；如果能賣(mài)個(gè)好價(jià)錢(qián)，他會(huì)很愿意簽署把電動(dòng)車(chē)多余能源回售電網(wǎng)的協(xié)議。而他感覺(jué)應(yīng)該有很多人也會(huì)認(rèn)為這是有利的、愿意這么做。
我對(duì)于負(fù)載的能量轉(zhuǎn)移如何通過(guò)結(jié)合使用電池與超級(jí)電容來(lái)獲益感到很好奇，對(duì)此Worry表示，在以時(shí)間計(jì)費(fèi)(time-of-use)的使用模式中，超級(jí)電容就不一定適合；這種使用模式更偏向是能量的消耗而非高功率電源的消耗，因?yàn)橥ǔ＝?jīng)歷數(shù)小時(shí)。
舉例來(lái)說(shuō)，在Worry住的加州Campbell夏日午后，他可以用0.25美元/kW-hr的價(jià)格出售電力，然后在晚上以0.04美元/kW-hr的價(jià)格買(mǎi)回──價(jià)差是驚人的六倍；去告訴任何一個(gè)股票交易員，說(shuō)我們將提供一個(gè)保證當(dāng)日交易資產(chǎn)的市場(chǎng)，而且在一天之內(nèi)獲利六倍，他們都會(huì)覺(jué)得難以置信，但這是現(xiàn)實(shí)。
Worry在家做過(guò)一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)，在電力公司尖峰收費(fèi)時(shí)間以?xún)?chǔ)存能源的鉛酸電池為電動(dòng)車(chē)充電，投資在六個(gè)月內(nèi)就回收；不過(guò)他認(rèn)為這種獲利是屬于人為的，因?yàn)閼?yīng)該無(wú)法持續(xù)。
超級(jí)電容能帶來(lái)省錢(qián)效果
超級(jí)電容非常適合快速反應(yīng)、高功率的應(yīng)用例如電壓驟降(VoltageSag)以及電力質(zhì)量矯正(PowerQualityRemediation)；電壓驟降是一個(gè)電力公司層級(jí)的問(wèn)題，他們需要布建更大的能源儲(chǔ)存系統(tǒng)才能處理電壓驟降，與之相關(guān)的是頻率調(diào)節(jié)(FrequencyRegulation)。
Worry表示，電力公司添加大型能源儲(chǔ)存系統(tǒng)系統(tǒng)，可供單日20、30或40次的充放電；Nuvation曾觀察采用電池的這類(lèi)應(yīng)用，但發(fā)現(xiàn)只四個(gè)月就會(huì)耗盡電池壽命，不具經(jīng)濟(jì)效益。而超級(jí)電容搭配電池備援的方案，確實(shí)是這類(lèi)應(yīng)用的理想選擇，而其支持水平可媲美發(fā)電機(jī)或是尖峰負(fù)載電廠(PeakerPlants，如圖6)等一系列能源設(shè)施。
以超級(jí)電容結(jié)合電池能源儲(chǔ)存系統(tǒng)來(lái)取代尖峰負(fù)載電廠，可以省下不少錢(qián)。(圖片來(lái)源：CALMAC)
在全美約有300座尖峰負(fù)載電廠，一年只會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)幾天；這些電廠需要完整的人員與裝備，以因應(yīng)一年少數(shù)幾天用電需求飆升的狀況。如果以超級(jí)電容搭配電池能源儲(chǔ)存系統(tǒng)來(lái)取代這些尖峰負(fù)載電廠，可以想見(jiàn)能節(jié)省多大的成本。
這么做的另一個(gè)好處，是能因應(yīng)難以預(yù)測(cè)的多變負(fù)載波動(dòng)，備轉(zhuǎn)容量(SpinningReserve)估計(jì)為30%；也就是說(shuō)，需要有比實(shí)時(shí)需求多30%的能源被產(chǎn)生。如果我們能將那些過(guò)量能源擷取至能源儲(chǔ)存系統(tǒng)，并用以管理負(fù)載變動(dòng)，可望大幅降低運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)所需的石化燃料用量，但仍然能支持那30%的備援電力，這是很大的比例。
Maxwell的Mills表示，大多數(shù)人會(huì)尋求的替代方案是添加更多的電池，以補(bǔ)充系統(tǒng)的電力需求；他們這么做的原因是他們往往對(duì)相關(guān)技術(shù)或超級(jí)電容的使用不太熟悉，或是不懂它們能如何恰當(dāng)?shù)卦谙到y(tǒng)中運(yùn)用混合方案。
不過(guò)在對(duì)功率與能量都有要求的組合式使用案例中，混合使用超級(jí)電容與高能量的液流電池(aqueous/flowbatteries)，通常在資本支出與運(yùn)轉(zhuǎn)成本方面更具經(jīng)濟(jì)效益；舉例來(lái)說(shuō)，在組合式使用案例中，可能會(huì)在單一能源儲(chǔ)存系統(tǒng)中提供太陽(yáng)能穩(wěn)壓(solarsmoothing)、尖峰用電調(diào)節(jié)(peakshaving)、時(shí)移(timeshifting)等服務(wù)，如美國(guó)電力公司DukeEnergy最近布建的一套系統(tǒng)。
Maxwell在交通市場(chǎng)對(duì)超級(jí)電容的運(yùn)用也非常成功，例如柴油/電混合動(dòng)力巴士的能源再生，以及歐洲、北美的汽車(chē)怠速系統(tǒng)(Start-Stopsystems)。在EDN姊妹網(wǎng)站PlanetAnalog刊登過(guò)一篇Maxwell的ShawLynds撰寫(xiě)之部落格文章，則提及DukeEnergy與中國(guó)電力業(yè)者國(guó)電集團(tuán)合作推動(dòng)的新一代超級(jí)電容電網(wǎng)能源儲(chǔ)存計(jì)劃(圖7)。
特定的電網(wǎng)能源儲(chǔ)存技術(shù)與超級(jí)電容儲(chǔ)存方案的生命周期比較。(圖片來(lái)源：Maxwell)
能源服務(wù)供貨商AlevoAnalytics則是為電網(wǎng)能源儲(chǔ)存推出了GridBank方案；這些貨柜式的機(jī)箱內(nèi)含區(qū)域控制器(AreaController)，能優(yōu)化能源儲(chǔ)存設(shè)備的使用、組合各種服務(wù)，以及厘清電池何時(shí)應(yīng)該要充/放電以穩(wěn)定電力分配。
能源儲(chǔ)存系統(tǒng)是穩(wěn)定電網(wǎng)的基礎(chǔ)
Nuvation的Worry表示，電動(dòng)車(chē)的普及化對(duì)電網(wǎng)可能產(chǎn)生的沖擊引起產(chǎn)業(yè)界很多注意，不過(guò)這個(gè)問(wèn)題或許被過(guò)度夸大，因?yàn)殡妱?dòng)車(chē)的耗電量其實(shí)與你家的冷暖氣空調(diào)系統(tǒng)差不多，但你應(yīng)該沒(méi)聽(tīng)過(guò)有人擔(dān)心空調(diào)系統(tǒng)過(guò)多對(duì)電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。
Worry指出，空調(diào)系統(tǒng)通常在白天使用量比較大，在某些區(qū)域晚上也會(huì)運(yùn)作；他住在美國(guó)加州，晚上會(huì)關(guān)閉空調(diào)、為電動(dòng)車(chē)充電，因此他的電力輸送需求其實(shí)沒(méi)有什么差別。但筆者的看法是，空調(diào)系統(tǒng)是一種成熟技術(shù)，其使用情況電力公司已充分掌握；電動(dòng)車(chē)則是仍在發(fā)展初期。
對(duì)此Worry響應(yīng)，有些人對(duì)于電動(dòng)車(chē)將消耗大量電力太過(guò)激動(dòng)，但實(shí)際上這可以通過(guò)一個(gè)連網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制器遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)；他無(wú)法從家里的空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整其電力消耗，但確定可以進(jìn)入他的Tesla電動(dòng)車(chē)，并調(diào)節(jié)電力使用費(fèi)率?？傊甒orry認(rèn)為電動(dòng)車(chē)不會(huì)癱瘓電網(wǎng)。
那電池與超級(jí)電容在頻率調(diào)節(jié)方面能扮演什么樣的角色？Worry指出，電池與超級(jí)電容實(shí)際上是發(fā)展多元化可再生能源的必備解決方案，并且能因應(yīng)當(dāng)電動(dòng)車(chē)逐漸普及化而增加的負(fù)載變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；我們需要有更多的能力在電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)方面提供穩(wěn)定性，因此能快速反應(yīng)的能源儲(chǔ)存設(shè)備非常重要。
除非有能源儲(chǔ)存系統(tǒng)采用，內(nèi)含超級(jí)電容與電池的混合式方案也無(wú)用武之地；如同美國(guó)加州對(duì)再生能源的采用情況。身為能源儲(chǔ)存產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的一員，Worry樂(lè)見(jiàn)加州繼續(xù)布建更多的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)檫@將對(duì)能源儲(chǔ)存有更多需求，同時(shí)也需要頻率調(diào)節(jié)軟件以支持再生能源的整合；因此關(guān)于電池/超級(jí)電容技術(shù)的議題已經(jīng)超越其幫助，那實(shí)際上是有需求的方案。
在過(guò)去8年，Nuvation打造了一套電池管理系統(tǒng)(BMS)并可提供現(xiàn)場(chǎng)使用的電力公司等級(jí)產(chǎn)品；該公司持續(xù)看到在電網(wǎng)層級(jí)有對(duì)于電壓以及尺寸方面的需求。目前的Nuvation電池管理系統(tǒng)可以支持最高1,250VDC并擴(kuò)展至50個(gè)電池組并聯(lián)(圖8)。
Nuvation的電池管理系統(tǒng)所支持的多組電池能源儲(chǔ)存系統(tǒng)電路圖。(圖片來(lái)源：Nuvation)
Worry很自豪于能在BMS產(chǎn)品中提供上述能力，因?yàn)樗麄兛吹饺藗冋诖蛟烨八匆?jiàn)的大型系統(tǒng)；Nuvation還有一種名為電網(wǎng)電池控制器(GridBatteryController)的產(chǎn)品，能讓所有的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)并聯(lián)電池組的運(yùn)作看起來(lái)就像單一顆電池。在能源管理系統(tǒng)的某一層支持區(qū)域控制器功能，結(jié)合數(shù)個(gè)能源儲(chǔ)存系統(tǒng)與其能量的工作現(xiàn)在是由軟件負(fù)責(zé)；可以遠(yuǎn)程選擇想使用哪種電網(wǎng)。你可以說(shuō)想要的是每kW-hr成本最低的能源儲(chǔ)存方案，或希望電網(wǎng)以最環(huán)保的方式運(yùn)作、想要輸電量盡可能越少越好；你可以實(shí)際在軟件層上面選擇你想要的供電模式(圖9)。
2016081000020圖9Nuvation的電池管理系統(tǒng)支持4個(gè)電池組的能源儲(chǔ)存裝置，圖中的軟件接口顯示的讀數(shù)精確反映在大型儲(chǔ)存系統(tǒng)中之實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。(圖片來(lái)源：Nuvation)
在電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)方面能有這樣的創(chuàng)新真的是很酷，畢竟電力系統(tǒng)真的是歷史悠久；這讓我想到老式的傳統(tǒng)電話服務(wù)(PlainOldTelephoneService，POT)電話線，以及1980年代突飛猛進(jìn)的DSL(DigitalSubscriberLines)技術(shù)的區(qū)別。
會(huì)讓愛(ài)迪生開(kāi)心的直流電力傳輸技術(shù)
產(chǎn)業(yè)界對(duì)于最終能提供家庭與企業(yè)應(yīng)用的高壓(HV)直流電力傳輸(DCPowerTransmission)一直有很多想法以及相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，甚至是HVDC在電信與數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用；Worry認(rèn)為這是可能實(shí)現(xiàn)的，特別是隨著我們以直流電功能打造更多太陽(yáng)能與再生能源儲(chǔ)存方案。
我們插上電源的大多數(shù)裝置都是電子裝置，而且這些裝置大部分都是以直流電源來(lái)供應(yīng)所有半導(dǎo)體組件；Worry補(bǔ)充，我們所有的計(jì)算機(jī)都是采用直流電，而且到處都可以看到可以把墻上插座供應(yīng)交流電(AC)轉(zhuǎn)直流電的轉(zhuǎn)換器。
美國(guó)夏威夷州計(jì)劃在2040年全面使用可再生能源，這些可再生能源都會(huì)是直流電形式，因此未來(lái)我們可能會(huì)需要把那些直流電轉(zhuǎn)成交流電通過(guò)電網(wǎng)傳輸，然后再把交流電轉(zhuǎn)成直流電供應(yīng)各種電子裝置使用。
現(xiàn)有的電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施大多是交流電，而交流電耦合電氣系統(tǒng)是人們熟悉且能輕松應(yīng)對(duì)的；Worry不認(rèn)為直流電力傳輸系統(tǒng)會(huì)很快大規(guī)模布建，我們可能會(huì)看到的是例如在亞利桑那州沙漠中心的一個(gè)新小區(qū)的建筑物里架設(shè)的直流電網(wǎng)，而其主要原因是在當(dāng)?shù)夭](méi)有現(xiàn)存的舊有交流電網(wǎng)設(shè)施。
一個(gè)可以參考的案例，是在尚未妥善發(fā)展電信產(chǎn)業(yè)的第三世界國(guó)家；這些國(guó)家并不是依循北美的發(fā)展路線，布建一系列以有線傳輸線路組成的基礎(chǔ)設(shè)施、無(wú)線技術(shù)則置于其頂端，他們有部分是選擇跳過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)、直接采用無(wú)線通信基礎(chǔ)設(shè)施，因?yàn)楹笳邇r(jià)格較低。
而Worry認(rèn)為，能源儲(chǔ)存可能也會(huì)出現(xiàn)與上述類(lèi)似的情況；有些人可能會(huì)說(shuō)，既然我們這個(gè)區(qū)域的電網(wǎng)感覺(jué)像是非洲或印度偏遠(yuǎn)地區(qū)那樣糟糕，干脆我們這個(gè)小鎮(zhèn)完全脫離電網(wǎng)、自己建置一個(gè)大型太陽(yáng)能發(fā)電數(shù)組以及能源儲(chǔ)存系統(tǒng)，而且全面供應(yīng)直流電吧！
妥善運(yùn)用能源儲(chǔ)存裝置也能節(jié)省電費(fèi)！
除了大規(guī)模能源儲(chǔ)存設(shè)備，我們?cè)谶@篇文章里也提到了家庭用戶(hù)、電動(dòng)車(chē)車(chē)主以及小型企業(yè)；為了讓討論圓滿(mǎn)以及突顯這個(gè)議題面臨的挑戰(zhàn)，我想聊聊最近在《ArizonaRepublic》地方報(bào)上讀到的一篇精彩文章，談的是“太陽(yáng)能結(jié)合電池”方案的最新實(shí)際運(yùn)用情況。
因?yàn)槲揖幼〉膩喞Ｄ侵菀荒暧?00天以上都是陽(yáng)光普照，我已經(jīng)敏銳意識(shí)到前面Worry曾簡(jiǎn)短提及的電力公司“需量費(fèi)率”；在亞利桑那州，有一些致力于推動(dòng)屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的倡導(dǎo)節(jié)能熱心人士，基本上就是為了反對(duì)電力公司強(qiáng)制實(shí)施“需量費(fèi)率”。
在我看來(lái)，家庭以及小型企業(yè)用戶(hù)可通過(guò)采用電池而獲益，因?yàn)槿鏦orry所言能因此降低“需量費(fèi)率”的財(cái)務(wù)效應(yīng)。
在亞利桑那州，以太陽(yáng)能發(fā)電的家庭用戶(hù)供電網(wǎng)絡(luò)高度吃緊；太陽(yáng)能發(fā)電在這里的沙漠是中午時(shí)間最具效益，但電力需求量尖峰時(shí)間則是在日落時(shí)分，因?yàn)檫@時(shí)候企業(yè)商家與家庭用戶(hù)都把空調(diào)開(kāi)到最強(qiáng)(沙漠地區(qū)的情況跟美國(guó)東岸剛好相反，日落時(shí)分氣溫最高)。
所以問(wèn)題在于，如果太陽(yáng)能發(fā)電板沒(méi)有搭配電池儲(chǔ)存裝置，在午后用電需求尖峰時(shí)刻對(duì)電力公司來(lái)說(shuō)無(wú)法提供有效的協(xié)助。于是現(xiàn)在亞利桑那州本地的電力公司積極慫恿用電戶(hù)采用電池技術(shù)，說(shuō)明只裝太陽(yáng)能是不夠的；而這樣的配套解決方案不只適用于亞利桑那州的極端案例，在任何地方都可以改善太陽(yáng)能運(yùn)用效率。
許多大型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)安裝者都反對(duì)電力公司的需量計(jì)費(fèi)，以家用電池儲(chǔ)存系統(tǒng)搭配太陽(yáng)能設(shè)備，還有像是可以避免大型家電同時(shí)運(yùn)作的用電需求控制裝置、智能逆變器(smartinverters)、支持SEER/EER節(jié)能規(guī)格的新一代空調(diào)系統(tǒng)與可編程恒溫器，看來(lái)是能大幅降低電力公司的需量計(jì)費(fèi)，為用電戶(hù)解決煩惱的方案。
（原文發(fā)表于EDN美國(guó)版，EDN臺(tái)灣版編譯）
