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一文读懂电池的历史和虚拟电站的出现

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随着可再生能源的不断增加,对高容量储能的需求也在不断增长。一种可能的解决方案是“虚拟发电厂”。

全球各地的人们都依赖电池供电。我们也越来越多地寻求可再生资源来补充不断增长的电力需求。不幸的是,现代电池不足以有效地储存大规模从可再生资源中收集的能量。为了应对这一挑战,电池的发展可能会向前迈出一大步。

在本文中,我们将回顾历史电池,现代电网面临的电源存储挑战,并介绍虚拟电源pxlant的概念。

 

电池的历史

根据您的要求,您将得到“第一块电池是什么?”这一问题的不同答案。  

本杰明富兰克林在1749年将多个电容器并联连接在一起时,被认为是现代电力发现以及“电池”这一术语。

然而,一些考古学家认为,第一块电池可能在2000年前存在。的“巴格达电池”是由陶瓷罐,铜的管,和铁棒在现代Khujut拉布(伊拉克)发现了一个伪影。一些人认为该装置(当装满酸时)被用作将金电镀到金属上的电池,但其他科学家表示,没有证据表明这个时代的电镀金。然而,反驳论据表明,黄金博物馆的作品被认为是纯金,因为在他们的正确思想中没有博物馆可以从2000年前解剖出金饰品。

 

巴格达电池。

 

在本杰明富兰克林的电池出现51年后,亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta)发明了一种由铜和锌盘组成的伏打桩,这些铜盘和锌盘由湿布隔开。将布浸泡在盐水中,在铜/锌盘之间提供电解质,结果是堆上的电压差; 伏打堆是第一个湿式电化学电池。这可能是世界上第一个真正的电池。 

一些精通历史的读者可能会把Leyden jar作为这个头衔的竞争者。Leyden罐子在大约1746年由Pieter van Musschenbroek发明,是一个玻璃罐,结合了金属涂层和黄铜元素来储存电力,直到它被给予放电路径。然而,与Leyden罐不同,伏打堆可以提供一致的电压和电流。

从电池堆开始,电池经历了使用不同化学和材料的大规模转换。铅酸电池(发明于1859年)是世界上第一个可充电电池。镍镉电池是在1899年发明的,而20世纪90年代则是镍氢电池的商业化。

然而,可以说,1992年商业化生产的最重要的电池技术是锂离子聚合物电池。锂离子电池不仅是能量密度最高的电池技术之一,而且还能够非常快速地释放能量(类似于超级电容器IC)。这使他们在一系列设备中被发现,包括笔记本电脑,智能手机甚至汽车电池。

 

锂离子电池已经改变了便携式设备。

 

电池已经走过了漫长的道路并且已经进入大多数设备,但是一个区域仍然没有电池供电:电网。

这在理论上即将改变,几家公司合作创建世界上第一个虚拟发电站。但在我们研究虚拟发电站之前,我们需要了解一些可再生能源的问题。

 

电网问题

世界各地的所有电网,无论它们在哪里或运行它们,都会遇到同样的问题。使用三相发电机最容易实现发电,但之后具有三相意味着每相需要正确平衡。在诸如12V的电压下电气分布更安全,但是这将导致难以想象的电流并因此导致大的能量损失,因此使用500kV的电压。

通过始终以相同的速率运行,可以使发电厂非常高效 - 但为了防止电网过载,需要仔细调节发电站的输出。

虽然水电等一些可再生能源很容易受到监管并且一致,但其他来源则不然。例如,太阳能仅在白天可用,并在非阴天达到峰值效率,风能仅在微风时才可用。但是,当不能存储供应给电网的电能时,这些源的不一致性变得复杂。这意味着如果在大风的夜晚,当电力消耗最低时,风电场可以产生不能使用的电力。

更糟糕的是,可再生能源非常容易关闭/脱离,而煤炭和天然气则不然(因为他们的工业规模火灾的蒸汽锅炉需要时间来启动和停止)。这意味着当电网需要快速降低电站输出(以防止过载)时,它们更可能断开可再生能源发电厂。有趣的是,核电厂是“开启和关闭”的最困难的工厂,这就是为什么它们的功率输出实际上是恒定的(见下面的GB国家统计网格状态)。

 

图片由  Gridwatch提供

 

在这些大规模上储存能量是一个很大的挑战。什么是虚拟发电厂?它如何解决这些问题?

 

虚拟发电厂

在最简单的形式中,虚拟发电厂是一种系统,当需求增加时,电网可以存储多余的电力供将来使用。与发电不同,虚拟发电厂可以立即向电网输出功率,以响应电力线频率和电压的变化,这有助于提高发电站的效率(因为它们不需要快速改变其功率输出,这导致发电机停机时间)。

但虚拟发电厂也将在可再生能源方面发挥作用,因为当能源需求很小时,他们将能够存储由风电场和太阳能发电厂产生的多余电力,然后在可再生能源最小的情况下供电(例如平静的日子或在晚上)。 

 

图片由Next Kraftwerke提供

 

整合虚拟发电厂并不像您想象的那么明显。简单地将电池连接到电网会产生负面影响,因为电池的功率消耗会增加总体需求,因此需要发电站输出更多电力。相反,当需求低于产生的功率时,需要对电池组充电。这需要与发电公司和虚拟发电厂协调。

Next Pool是一家虚拟发电厂的开发商,他们开发的算法不仅可以确定电池组何时应充电,还可以确定何时将电池组放回电网以将电源线频率保持在200mHz以内。然而,这种通信要求电力公司从虚拟发电厂购买“充电空间”,但是这个成本低于动力循环发电站的成本。

特别是一个将从虚拟发电厂中获益的市场是欧洲电网。根据欧盟法律,到2030年,欧盟必须从可再生能源中获得32%的能源。由于太阳能仅在白天可用且风力不恒定,因此电网将有32%依靠有时零星的资源。然而,虚拟发电厂的使用将使得可再生能源发电厂能够产生超过能量充足时所需的能量,然后在不存在这些能源时供应能量。

两家公司,Eneco和三菱公司,已联手打造欧洲最大的电池组,用作虚拟发电厂。该系统位于德国,功率容量为48MW,存储容量为50MWh。虽然这个发电厂规模的电力容量很小(典型的燃煤电厂可以产生600MW的电力),但它可以为5000个家庭提供电力。

 

结论

虚拟发电厂仍处于起步阶段,但将在未来的电网中发挥关键作用。虽然可再生能源对环境更有利,并且激发了大量技术发展,但它需要更高水平的可靠性才能获得真正的普及。要做到这一点,能源储存需要巧妙地扩展。