存储如何改变美国电网

自从1960年代末在壳牌公司成立以来，情景计划已成为公司战略的重要组成部分。业务预测通常是假定业务将照常进行的。壳牌在1973/1974年石油输出国组织（OPEC）实施石油禁运期间，情景计划的价值就显而易见了。

前一年，在1972年，壳牌公司的情景叙述之一是将定价动态从消费者转变为大型生产商。假设情况如何成为未来几年公司计划的基础：公司在战术决策方面领先数月。

Shell在其方案中使用了一些约束以确保它们适用。首先，它们不仅需要可能，而且还应该是合理的。这些场景不仅要依赖于可能发生某事的数值概率，还需要使计划人员确信该事情可能会发生。总是有可能发生车祸。但是，因手机分心和/或疲劳而发生事故的情况更合理。炮弹场景的意图是通过允许讲述未来的不同故事而不是现状来带来对当前情况的更大自我意识。

早些时候的石油价格指出了美国电网陷入的衰退状态。列出的挑战之一是大型电力变压器（LPT），更换时间长，更换成本以及美国电网的使用寿命长。本文提出的方案是美国应选择限制LPT的替换，并希望以否定替换大多数LPT的方式来实现电网现代化。这可以通过调整美国目前拥有的几种技术来实现：

-在许多不同的时间尺度上增加网格级存储的使用，以吸收对LPT的冲击并延长其使用寿命

-使用分布式发电减少本地级别的负荷

-从电网上卸下许多工业负载，或通过本地热电联产（CHP）电厂将其转变为本地电源

-提高美国电力系统的效率

-在美国增加智能电网的部署

电网级储能系统（ESS）

网格中的“存储”类似于汽车的减震器。电网本身固有一定数量的“标准”电网存储：在输电线路，变压器以及水力发电厂和火力发电厂的旋转涡轮中。网格的设计使其在设计条件下可以很好地发挥作用，类似于丰田卡罗拉（Toyota Corolla）被设计用于城市和高速公路行驶的方式。但是，汽车越老，在急转弯或崎y不平的道路上行驶时，您就需要变得更柔和。现在想象一下将这辆车越野。诸如加利福尼亚鸭形需求曲线之类的瞬态负载给电网系统的减震部分带来了更大的压力。这些对变压器等组件的冲击通常会导致灾难性的后果。相关：可再生能源存储每年可能价值900亿美元

尽管如果冲击过大，变压器具有自动关闭机制，但这些机制有时会发生故障。过热可能会导致短路，从而点燃用于冷却变压器的矿物油。ESS的一些应用程序及其所需的大小如下所示：

（点击放大）

LPT特别容易受到频率和电压不稳定的影响。锂ESS可用于在电压骤降期间提供电源，并在电压骤升期间吸收多余的功率。但是，当今进行电网级存储的主要经济原因之一是保持电±网频率（欧洲和美国分别为50.00 Hz和60.00 Hz的1％）。所涉及的时间比例小于一秒，以确保以所需的速率瞬时供电。响应系统类似于平衡手指上的棍子：您可以平衡它，但是您的手必须不断调整。通过在网格中安装这些ESS减震器，可以延长当前LPT基础设施的寿命。

分布式发电和微电网

但是，随着时间比例的增加，负载均衡系统可以消除对某些LPT的需求。在分布式和微电网级别的电网下方，可以在已安装分布式发电能力的区域中进行负载均衡和时移。如果将较小的本地植物（例如生物质）安装在分布式发电网格中，则可以创建一个本地网格，该网格可以随时与国家网格分离，例如德国的费尔德海姆镇。

热电联产（CHP）容量

美国的热电联产总潜力为240吉瓦，约占美国总电容量的四分之一。

（点击放大）

但是，由于电网中的损耗和热量损失，在电网中比较240 GW的热电联产能力并不能将苹果与苹果进行比较。热电联产电厂的线路损耗较小，并且对于相同的最终用途，所需的总发电量也较小。如果考虑从电网供电向CHP转换带来的效率提高，CHP可以满足美国电力需求的三分之一以上。

随着电力成本的上升，安装热电联产的投资回收期将大大减少，更多的工业，商业和机构设施（例如大学）将选择安装CHP以满足其电力和供暖需求。

效率提升：进一步降低负载

（点击放大）

尽管热电联产能提高能源效率，但寻求提高能效的公司却是美国电力公司的五倍。美国的公用事业公司已经了解，如果不能击败他们，那就买下它们：公用事业公司已经转向收购节能精品公司，以增加对公众的服务范围。通过内部拥有这种专业知识，公用事业公司可以将减少电网最脆弱部分的需求作为目标，这通常是调整能源需求-消耗方程式的最便宜的方法。

尽管今天美国能源系统中拒绝或浪费的能源多于生产性使用的能源，但近十年来效率的提高已使美国过去十年的电力需求停滞不前。根据美国节能经济理事会的数据，美国已经提高了能源生产率，这是衡量能源效率的有效指标，从每MMBtu GDP 152美元增加到167.5美元/ MMBtu，五年内增长了10％。

智能电网：为城市供电

（点击放大）

智能电网将传感，通信和控制电网技术与现场级设备集成在一起，以提高电网的可靠性和效率。这些是使德国费尔德海姆（Feldheim）等城镇正常运转所必需的设备。它们在美国的采用呈指数增长。相关：欧佩克的衰落对全球石油市场意味着什么

在更高级别的网格上，2003年美国东北部的停电一直延伸到加拿大，概述了人们对实时电网状况的缺乏了解。从那时起，使用相量测量单元（PMU）的设备的同步相量技术就可以测量变电站的瞬时电压，电流和频率，并将继续在整个美国电网中进行部署。PMU提供的数据比传统的监督控制和数据采集（SCADA）技术快100倍，并将有助于促进大规模采用网格级存储进行电压和频率控制。

（点击放大）

对需要LPT的人的影响

如果美国选择沿用热电联产，分布式发电，ESS，效率提高和智能电网的道路，而不是改善高压电网，那么对于依靠LPT的大型发电机来说，这将意味着非常困难的时期。那些依靠LPT进行发电的电力公司需要清醒地了解一下其下方的电网系统的动态，以确定电网是否将继续需要其发电能力。在采用其他选择以减少对更大容量电网的需求的地区，这些大型发电机可能变得无利可图，甚至在最坏的情况下甚至搁浅资产。

该信息旨在在不远的将来描绘美国电网的一种可能的情况-美国选择专注于掌握其拥有的技术，而不是进口笨重的易于运输的LPT。尽管拥有一个更加动态，响应更快和更强大的电网有很多好处，但是对于那些需要更大的电网才能获利的电网来说，却会产生影响。