Ⅲ.电气化之梦

扩大可再生能源→储能能力日益重要
人工智能数据中心也需要灵活管理电力
车辆向电网供电能否迈出示范阶段?

编者注近期,中东战争引发的供应链危机以及政府的大型项目,使能源的重要性达到前所未有的高度。在我国一次能源大多依赖海外供应的情况下,如何同时实现能源安全、碳中和与经济增长,成为一项艰巨任务。记者们深入政府和产业界的能源一线进行采访,将通过系列策划报道梳理各类热点问题并寻找解决方案。

随着可再生能源发电占比上升,需求随之增长的储能系统(将电能储存起来的系统)即将在人工智能时代迎来新一轮发展。电力具有生产与消费同时发生的特性,而储能系统能够储存已生产的电力,并在电力需求增加或供应不足时,将电力输送到需要的地方。


储能系统是高效利用可再生能源的辅助设备。太阳能、风能等发电量会因天气和时间而有所变化。以太阳能为例,白天日照充足时,发电量会超过所需;而在需求集中的傍晚,发电量却会减少,这种间歇性被视为其最大缺点。储能系统能够弥补这一缺口:用电量较低时储存能源,在需求旺盛时供电。


全罗南道灵光Yaksu海上风力发电项目。该项目装机规模为4.3兆瓦,位于灵光郡白水邑附近海域,距岸约2.5公里,是全罗南道开发公社作为地方公营企业首次实施的试点项目。记者 Kang Jinhyeong

全罗南道灵光Yaksu海上风力发电项目。该项目装机规模为4.3兆瓦,位于灵光郡白水邑附近海域,距岸约2.5公里,是全罗南道开发公社作为地方公营企业首次实施的试点项目。记者 Kang Jinhyeong

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储能系统根据储能方式不同,可分为多种形式。代表性方式包括利用水位势能的抽水蓄能、利用压缩空气压力能的压缩空气储能,以及利用电池的电池储能系统等。


近年来,随着人工智能数据中心不断扩建,电池储能系统的需求也在增加。人工智能时代的数据中心不只是需要大量供电,还必须具备灵活的电力管理能力,能够在需要时迅速接收和输送电力。


据韩国贸易投资振兴公社预测,美国数据中心的电力需求将从去年的52吉瓦增至2030年的115吉瓦。人工智能数据中心耗电量巨大,数以万计的图形处理器同时开始和停止运算,可能导致用电量大幅波动。储能系统正是用于维持平衡的设备:用电量突然飙升时,它能迅速输送储存的电力;需求下降时,则将电力重新储存,以应对剧烈变化。


依靠电池系统运转的储能系统工作原理


电池储能系统主要由电池系统、电力转换装置、电池管理系统和能源管理系统构成。


电池系统是储能系统中用于储存电力的核心设备。电池由电芯、模组、电池包和电池架等单元组成。从电芯到模组、从电池包到电池架,物理尺寸、重量、电压以及储能容量都会逐级增大。电池储能系统会将多个电池包或电池架安装在集装箱内,以储存大规模电力。


近期电池材料企业纷纷扩建磷酸铁锂电池工厂,也与储能系统市场的增长有关。与传统三元电池相比,磷酸铁锂电池能量密度较低、重量较大。不过,储能系统是固定在地面上的设施,因此磷酸铁锂电池在价格竞争力、安全性和相对较长的使用寿命方面的优势反而能得到充分发挥。


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电池系统内部配备电池管理系统。它能够让储能系统中的数十至数千个电池单体协同工作,并在检测到电压、电流或温度异常时,通过充电和放电保障安全运行。在此基础上,电池管理系统还会估算剩余容量、寿命和性能状态,控制电芯均衡以及过充、过放等情况,确保电池安全运行。


电力转换装置不只是负责转换电能,还会影响整个电网的稳定性和效率。具体而言,它负责将交流电转换为直流电,或将直流电转换为交流电。电池充放电使用的是直流电,而日常用电以及输配电网使用的是交流电,因此电力转换必不可少。


电池管理系统负责管理电池内部状态,能源管理系统则负责监测储能系统中的存电量,并承担储能系统整体运行软件的功能。


储能系统预计也将在能源安全方面发挥重要作用。要转型为低碳电力国家,就必须提高可再生能源的产量占比,而储能系统对此不可或缺。


全罗南道灵光郡盐山面月坪邑农田内安装的农光互补型太阳能发电站。Kang Jinhyeong 摄影

全罗南道灵光郡盐山面月坪邑农田内安装的农光互补型太阳能发电站。Kang Jinhyeong 摄影

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储能系统能够留存太阳能和风能发电产生的富余电力,从而降低对进口海外化石燃料的依赖。储能系统还可用于人工智能数据中心和先进通信设施,即使电网出现紧急状况或电力发生波动,也能保护服务器和国家基础设施。


政府已启动第三轮储能系统中央合同市场招标。第三轮招标规模按设备容量计算共计1180兆瓦,超过前两轮项目合计的1100兆瓦,创下历次招标之最。此举旨在应对可再生能源产量和数据中心需求的持续增长。


中美矛盾正对储能行业形成利好。过去,电池储能系统市场九成以上由中国磷酸铁锂电池占据,但随着美国出台针对“被禁止的外国实体”的供应链限制政策,来自中国的产品占比预计将大幅下降。美国表示,从今年起开工的储能项目若使用由中国、俄罗斯、伊朗、朝鲜等特定受关注国家相关机构和企业生产的原材料及零部件,将不再适用税收抵免。


在停车场把剩余电力卖回电网


目前,利用电动汽车买卖电力的“车辆到电网”示范项目也在推进中。该模式将电动汽车电池作为储能系统使用,在车辆停放期间把剩余电力重新输送到电网。


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车辆可以在白天利用所发电力充电,傍晚则把电动汽车剩余的电力卖回去。电动汽车因此不再只是交通工具,也成为有助于稳定电网的“移动电池”,同时还是一套移动储能设备。


收益会根据电力市场价格、车辆接入时间和发电量而变化。据现代汽车在济州开展的车辆到电网示范项目的虚拟电厂运营商赫利特介绍,系统不会将车主设定的最低电池电量以下的电力放出;只有在有助于电网、且电价较高的时段,才会自动放电。系统还可进行设置,确保车辆按计划出发时达到客户所需的充电量。


居住在济州、参与示范项目的李 Seonyeong 表示:“这不仅有助于在需要时供电、稳定电网,也对保护环境具有重要意义。”



不过,车辆到电网模式的普及面临阻碍:与普通充电不同,双向充电桩的基础设施建设成本较高;此外,由个人所有的汽车而非发电厂向电网输电并获得收入的模式,也不符合现有电力市场规范。


本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。

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