美国电网储能概况|可持续系统中心

电能存储(EES)是指将电能转换为存储形式的过程，在需要时可以将其转换回电能。¹电池是最常见的电能存储形式之一，在大多数人的生活中无处不在。beplay官网苹果手机下载第一个电池被称为伏特电池是在1800年发明的。美国第一个大型储能设施是1929年位于康涅狄格州胡萨托尼克河上的洛基河抽水蓄能电站。^2、3beplayer官网入口特别是在20世纪70年代的第一次美国石油危机之后，对能源存储的研究急剧增加，并导致了可充电电池的成本和性能的进步。^{2、4、5所示}储能对当前和未来可持续能源电网的影响是巨大的。⁶

EES系统的特点是额定功率(兆瓦)和储能容量(兆瓦时)。⁷
2020年，美国EES的额定功率为24吉瓦，而总装机容量为1148吉瓦。^8、9全球已安装的电子电气设备额定功率为191.8 GW。¹⁰
2021年，全球有1359个储能项目投入运营，13个项目正在建设中。40%的运营项目位于美国¹⁰
加州以215个运营项目(4.2吉瓦)在能源存储方面领先美国，其次是夏威夷、纽约和德克萨斯州。¹⁰

3 - 4各州并网储能项目数¹⁰

部署技术

EES的关键技术包括:抽水蓄能(PHS)、压缩空气储能(CAES)、先进电池储能(ABES)、飞轮储能(FES)、热能储能(TES)和氢储能(HES)。¹³PHS和CAES是大规模技术，放电时间可达数十小时，容量可达1gw，但在地理上受到限制。ABES和FES具有更低的功率和更短的放电时间(从几秒到6小时)，但通常不受地理位置的限制。¹⁴

储能技术的成熟¹¹

抽水蓄能(PHS)

小灵通系统将水从低的水库泵到高的水库，当需要电力时，水通过水力涡轮机释放，从动能中产生电能。^14、15
全球96%的能源储存来自小灵通。¹⁵
小灵通电站寿命长(50-60年)，运行效率在70% - 85%之间。^14、15

压缩空气储能(CAES)

CAES系统将压缩空气储存在地下洞穴中。加压的空气在天然气燃烧涡轮中被加热和膨胀，驱动发电机。^16、17
现有的CAES发电厂是非绝热的，燃烧空气的压缩与燃气轮机是分开的。非绝热法每输入天然气可产生3倍的产量，减少了CO₂减少40-60%的排放，使工厂效率达到42-55%。¹⁷
截至2019年8月，在美国和德国有2家CAES工厂在运营。美国的设施是位于阿拉巴马州的110兆瓦电厂。¹⁸

先进电池储能(ABES)

ABES以化学能的形式储存电能。¹⁹
电池包含由不同材料组成的两个电极(正极和阴极)和分离电极的电解质。电解液使离子在两个电极之间流动，外部导线允许电荷流动。¹⁹
美国有几个基于铅酸电池、锂离子电池、镍基电池、钠基电池和液流电池的电池储能项目。¹⁰到2021年，这些项目的额定功率为0.79吉瓦，往返效率(向电网排放的净能量与用于电池充电的净能量之比)在60-95%之间。^10年,20年

飞轮储能(FES)

FES主要用于电源管理，而不是长期储能。FES系统通过在低摩擦外壳中旋转转子来存储动能，主要用于电网管理，而不是长期储能。¹⁷转子改变速度，将能量转移到或从电网，需要电网稳定。¹⁴
到2021年，飞轮在美国的额定功率为0.058吉瓦，效率在85-87%之间。^10年,20年
FES有两类:低速和高速。这些系统分别以高达10,000和100,000 RPM(每分钟转数)的速度旋转，最适合用于高功率/低能量应用。¹⁷

储能技术的特点¹²

2021年按技术类型划分的美国储能项目¹⁰(包括已公布的项目)

应用程序

EES系统有许多应用，包括能源套利、发电容量延迟、辅助服务、倾斜、输电和配电容量延迟，以及最终用户应用(例如，管理能源成本、电力质量和服务可靠性，以及可再生能源缩减)。²²
EES可以在低损耗的部分输出水平下运行，并能快速响应电力需求的变化。²³目前大部分能源基础设施正在接近或超过其预期寿命。²⁴在非高峰时段储存能源，并在高峰时段使用能源，可以节省资金，延长能源基础设施的使用寿命。²¹
往返效率、年退化率和发电机热率对并网储能的环境性能有中度到强烈的影响。²⁵
能源储存将有助于采用可再生能源，储存多余的能源以备不可再生能源时使用。²⁶

每日能量储存和负载均衡²¹

五类储能应用²³

解决方案

beplayer官网入口研发

美国能源部(DOE)管理了1.85亿美元的美国复苏与再投资法案(ARRA)资金，用于支持16个综合发电能力超过0.53吉瓦的大型储能项目。²⁷
存储技术正变得更加高效和经济可行。一项研究发现，在10年的时间里，美国能源储存的经济价值为2284亿美元。²³
锂离子电池因其高能量密度、高功率、接近100%的效率和低自放电而成为发展最快的储能技术之一。^28、29美国的锂储量为75万吨;全球有2200万吨的储量。^30.
长期(10-100小时)和季节性(100小时以上)储能也是重要的研究领域。beplayer官网入口氢、压缩空气和水力发电是最可行的储能技术。³¹
在设计EES时，确保系统部署的结果是环境影响的净减少。³²

政策与标准化

2007年的《能源独立与安全法案》允许通过电力咨询委员会(EAC)成立一个储能技术小组委员会，该委员会的成员每两年就国内储能目标的进展情况对美国能源部进行评估并提出建议。²⁷
2010年，加州批准了议会法案2514，要求加州公用事业委员会(CPUC)为投资者所有的公用事业公司设定并实现储能采购目标，到2020年完成总容量1.33 GW，到2024年实施。³³马萨诸塞州、内华达州、新泽西州、纽约州、俄勒冈州和弗吉尼亚州都有类似的规定。³⁴
2018年，美国联邦能源监管委员会(FERC)发布了第841号命令，要求批发电力市场建立识别储能物理和运行特征的参与模型。该订单建立在过去FERC第755号和第784号订单的基础上。³⁵
2020年，马里兰州推出了储能所得税抵免计划，以鼓励安装EES。对于住宅物业，这相当于安装总成本的30%或安装EES的5000美元，以较低者为准。³⁶

引用作为

可持续系统中心，密歇根大学，2021。“美国能源存储情况介绍。”酒吧。不。CSS15-17。

陈，H.，等(2009)“电力储能系统的进展:一个关键的回顾。”自然科学进展，19:291-312。
惠廷汉姆，S.(2012)能源存储的历史、发展和未来现状。电气和电子工程师协会论文集(IEEE)。
国家水电协会(NHA)(2012)新型抽水蓄能发展的挑战和机遇。
桑迪亚国家实验室(SNL)(2021)“储能系统(ESS)历史。”
国家可再生能源实验室(NREL)(2018) 2018年美国公用事业规模的光伏加储能系统成本基准。
NREL (2021)“到2050年，美国电网容量将增长5倍。”
太平洋西北国家实验室(PNNL)和美国能源部(DOE)(2014)统一测量和表达储能系统性能的协议。
美国能源信息管理局(EIA)(2021)表格EIA-860。
美国EIA(2022)电力月报2022年2月。
美国能源部(2021年)“全球储能数据库项目”。
世界能源理事会(2020年)《能源储存五步走》。
SNL (2015) DOE/EPRI电力存储手册与NRECA合作。
美国能源部(2019):解决能源存储的挑战。
美国能源部(2013)电网储能。
Gür, t.m.(2018)。电能存储技术、材料和系统综述:大规模电网存储的挑战和前景。能源与环境科学，11(10)，2696-2767。
美国环境保护署(2018)能源与环境-电力储存。
储能协会(ESA)(2020)“机械储能”。
PNNL(2019)压缩空气储能。
美国能源部(2021年)能源部解释-电池。
国家公用事业预测组(2013)公用事业规模储能系统。
Sabihuddin, S.等(2015)能源存储技术的数值和图形回顾。
Sioshansi, R.等(2012)储能部署的市场和政策障碍。
SNL(2010)电网储能。
美国能源部(2014)大型电力变压器和美国电网2014年4月更新。
Arbabzadeh, M.等人(2017)“跨电网应用的储能系统环境性能驱动参数。”储能学报12:11-28。
NREL(2010)能源存储与可再生发电的作用。
美国能源部(2014)美国能源部存储计划评估建议。
美国能源部(2011)美国电网中的储能活动。
美国能源部(2012)用于固定储能的锂离子电池。
美国地质调查局(2022)矿产商品摘要2022。
NREL (2020)“可再生能源成本的下降促使人们关注能源存储。”
Arbabzadeh, M.等(2016)电网应用中绿色储能的十二个原则。
加州独立系统运营商，加州公用事业委员会和加州能源委员会(2014)推进和最大化储能技术的价值:加州路线图。
DSIRE(2021)概要图:储能目标。
美国联邦能源监管委员会(2018)第841号命令。电力存储参与由区域传输组织和独立系统运营商运营的市场。
马里兰州能源管理局(2020年)马里兰州能源存储所得税抵免- 2020年税收年度。

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