可靠性将决定未来十年的储能

能源基础设施总经理 Henrik Mannesson 撰写了本篇文章。

日落之后，白天充足的太阳能发电量开始下降，而家庭、企业和数据中心的能源需求仍在继续。电池储能系统 (ESS) 正在成为能源生产和需求之间的桥梁。

国际能源署预测，为了支持太阳能和风能发电的快速扩张，到 2030 年，全球储能容量必须增加至六倍以上，达到 1,500GW。需求的激增正在重塑该行业对能源生产、储存和输送的看法。

但仅靠容量无法应对需求挑战。随着存储系统的扩展，长期可靠性正成为决定性问题。当需求上升、可再生能源发电波动或发生意外电网事件时，运营商需要对储能的可用性充满信心。不可靠的系统会破坏能源供应以及获得低成本发电并在需求和价格达到峰值时交付的能力。

当我今天与设计师交谈时，他们最关心的不是储存的能量，而是系统整个生命周期内的交付可靠性。他们希望能确保今天能够提供四小时电力的系统在几年后也会有同样的表现。这种可靠性始于电池内部。

电池内部的挑战与突破

网格级存储系统依赖于数千个电池。单个电池内部的微小故障，包括异常发热或内部短路，都会影响整个系统的性能。传统的电池管理系统测量电压、电流和温度，但这些读数反映了系统在外部的行为，而不是每个电池内部发生的电化学变化。

由于无法观察到电池内部情况，最危险的故障“热失控”可能一直未被发现，直至为时已晚。在这种自热链式反应中，电池产生热量的速度比它散发热量的速度快。当温度传感器检测到过热时，情况可能已经不可逆转，使周围的电池、模块或整个系统处于危险之中。

正如心电图 (EKG) 监测心脏一样，电化学阻抗谱 (EIS) 监测电池 - 测量每个电池的电化学特征，这是其化学、年龄和工作条件所特有的指纹。EIS 提供持续、实时的洞察，揭示每个电池的健康状况，并在问题变得严重之前从电池内部发出警告，因为传统传感器无法到达电池内部。

TI 的 BQ79826Z-Q1 电池监测器集成了 EIS 引擎，为电网规模的电池系统带来了预测性智能、实时诊断和全面的电池级数据。电池监测器能够监测每个器件的更多电池，从而降低了系统的复杂性和成本，使电池管理从被动监测转向智能预测控制。  

预测性监测如何影响操作

衡量先进电池管理的最明显指标是时间。对潜在故障的早期洞察会产生一种根本不同的运营模式。操作员可以更精确地计划维护，减少计划外停机时间，并对系统状况更有信心地做出决策。

这种智能也改变了运营商使用他们所拥有的东西的方式。凭借对充电状态和健康状态的精确了解，以及系统在不造成长期损害的情况下放电的深度，运营商可以将大型 ESS 设施视为值得信赖、可优化的资产。

推进智能能源输送

随着电池级别的存储变得更加可预测，它在电网级别的响应也会变得更加灵敏，随着系统变得越来越大并更深入地嵌入电网，这种连接变得越来越重要。

可再生能源输出随天气和一天中的时间而变化，并不总是随需求而变化。当发电量高时动态充电，当需求增加时放电的存储系统提供了传统发电无法比拟的灵活性。

把能源输送想象成高速公路系统。工程师们建造了电网来处理高峰需求，并为高峰时段的交通进行了设计，但它在一天中的大部分时间都没有得到充分利用。电池储能通过在需求上升之前储存和输送能量，同时吸收可能被削减的可再生能源，从而颠覆了这种模式。

结合发电和存储，例如让太阳能与工业现场、数据中心或变电站的电池系统配对，使能源存储更接近需求点。这些分布式能源系统必须可靠运行，减少对远程电源的依赖。

未来的机遇

下一代储能将由智能、精度和保护来定义，包括准确了解数千个电池单元内部情况、及早发现问题以及在需要的时间和地点可靠地输送能量的能力。

监测大型公用事业规模储能系统的每个电池所需的半导体技术现在已经面世。投资于先进电池管理的组织可以部署系统，并确信在电网最需要的时候，储存的能量是可用的。