当断电、滚动停电和停电发生时，没有电是令人沮丧的。沿着美国电网储存能量可以帮助保持电力供应。

　　停电始于俄亥俄州，扰乱了密歇根州的交通，切断了加拿大的灯光，然后给不夜城的纽约市带来了黑暗。到2003年东北停电结束时，该地区损失了大约60亿美元。

　　你认为是什么导致了如此巨大的停电 - 一些不同寻常的事情?有人破坏了电网吗?有地震吗?不，没有险恶的计划或自然灾害，只有几个标准的打嗝。美国电网照常运行，但随后它的故障加起来，计算机故障和一些讨厌的树木和瞧 - 大约5000万人没有电力。

　　根据美国能源部储能研究项目负责人Imre Gyuk的说法，我们可以通过在电网上储存能量来避免像2003年那样的大停电。能量可以存储在发电站、输电线路、变电站和客户附近位置的单元中。这样，当发生小灾难时，储存的能量可以在沿线的任何地方供电。

　　这听起来像是一个大项目，确实如此。但几乎每个成功为许多客户提供服务的系统都会保留储备。想想吧。银行保留准备金。像塔吉特(Target)和沃尔玛(Wal-Mart)这样的超大型商店保留了储备。麦当劳在没有永久库存的食品储藏室和冰柜的情况下能为数十亿人提供服务吗?由于美国电网的运行是加扰的，而不是储备，所以它是为麻烦而建立的。在下一页了解我们的意思。

　　电网储能在平凡日子里的重要性

　　在任何平常的日子里，电力公司都会计划第二天要发电多少。他们试图预测客户会做什么，主要是通过阅读前一年同一天的使用历史记录。然后，他们将这些数字调整为第二天的当前天气预报。

　　“不可能准确预测特定时刻的电力需求，”桑迪亚国家实验室储能项目负责人约翰博耶斯说。此方案使公用事业公司生产的电力比客户使用的多或少。不匹配会通过电网发送纹波，包括交流频率的变化，如果不加以控制，可能会损坏电子设备。区域电力经理或独立系统运营商(ISO)突然介入，试图通过要求一些发电厂改变其发电量来缩小差距。但核电厂和化石燃料电厂无法迅速做到这一点。它们的缓慢加剧了电力供需之间的不匹配。

　　现在，考虑一下在洛杉矶闷热的日子里，当全市的人们都在开空调时会发生什么。这些是 高峰需求 条件，当大多数客户使用最多的电力时，每年 5 到 10 天都会发生几个小时。在这些日子里，被称为 峰顶植物 被召唤采取行动。这些昂贵的化石燃料工厂常年闲置，比大型燃煤电厂排放更多的空气污染。“我们不想在洛杉矶这样的[烟雾]城市这样做，但无论如何我们都会这样做，”Imre Gyuk说。如果峰值工厂不足，公用事业公司会向铝冶炼厂等大客户支付更少的电力。“如果没有任何效果，你就会有停电和滚动停电，”Gyuk说。

　　与此同时，旧的变电站正在超负荷运转。它们携带的电流比它们应该处理的要多，金属结构也会发热。“这不是推荐的做法，”博耶斯说。

　　如果电网听起来很紧张，你还没有看到任何东西。

　　电网储能在特殊时期的重要性

　　也许这不是一个普通的一天。也许一棵树掉在电线上或闪电击中它。这些中断将使线路的电压偏离预期量。电压变化会重置计算机。现在你的闹钟在12：00闪烁。或者更糟的是：“对于所有自动化制造过程，如果计算机重置，它会关闭该过程。如果你是一家塑料制造商，你的机器冷却下来，塑料就会在你的机器中凝固，“Boyes说。

　　如果一天的事件超出了公用事业公司的补偿努力怎么办?是的，你猜对了 - 你正面临停电。2003年，东北地区确实发生了这样的事情。

　　由于电网已经争先恐后，很难想象增加更多的可再生能源，如风能和太阳能，因为它们是间歇性的电力来源。我们知道客户是不可预测的，但现在，电力也是如此。当风力意外消失时，风电场可能在几分钟内损失1000兆瓦，然后必须迅速为其客户购买和进口电力。

　　另一种选择是使用峰值式化石燃料工厂，但这会增加清洁电力的空气污染。或者自然可以统治。在德克萨斯州的风电场，风几乎只在夜间吹，而需求很低，电价变为负值。“这意味着你必须向电网付费才能通电，”Gyuk说。“我和一个整夜开空调的人谈过，因为他免费得到它。然后他关上了窗户。

　　根据Gyuk的说法，随着我们使用更多的电子设备和更多的电力，这些问题将会恶化。那么这些问题的答案是什么呢?电网储能。

　　在我们深入研究这个话题之前，重要的是要了解储存能量意味着什么。电网的工作是以 120 伏和 60 赫兹的频率向每个客户提供电力。这是通过从电网中添加或移除电流来实现的。存储设备通过在需要时添加或移除电流来提供帮助。

　　请继续阅读，了解储能如何加强电网。

　　电网储能类型：抽水蓄能

　　抽水蓄能 车站使用落水发电。这方面的一个例子可以在田纳西州的浣熊山看到。在山脚下，田纳西河流域管理局(TVA)通过抽取一些田纳西河来建造一个湖泊。

　　当客户没有用太多电时，TVA将电力从其他发电站转移到山内的发电厂。电力使房屋的涡轮机向后旋转，将湖水推上山上的隧道到达顶部。28小时后，上盆已满。为了发电，TVA在上盆地打开了一个排水沟。水直接落过山中心，使涡轮机向前旋转，发电。它下降22小时，稳定输出1，600兆瓦的电力，相当于大型燃煤电厂的输出。TVA在需求旺盛的日子里将这种电力添加到其他工厂的贡献中[来源：TVA]。

　　抽水蓄能电站在全球范围内运行，在高峰需求日输出200兆瓦至2，000兆瓦的电力[来源： 科尔].它们不排放空气污染，一旦充电，15分钟内即可上线，比峰值植物更快、更环保。唯一的问题是“我们没有好的网站了，”Gyuk说。

　　压缩空气储能 (CAES)是天然气发电厂的储存。通常，这些工厂燃烧天然气来加热空气，从而推动发电机中的涡轮机。当天然气工厂靠近地下洞(如洞穴或旧矿井)时，他们可以使用CAES。在淡季，工厂可以发电来运行压缩机，压缩外部空气并将其推入地下孔中。在客户需要最大电力的日子里，发电厂可以让压缩空气冲向涡轮机，推动它，以及正常的加热空气。这种压缩空气可以帮助数小时，在高峰需求日稳定地为工厂的输出增加25兆瓦至2，700兆瓦的电力[来源： 科尔].

　　继续阅读以了解我们可以在电网上存储能量的其他位置。

　　抽水

　　存储设备巧妙地制造和使用电流 - 对于一个可以逆转以返回电流的过程。例如 抽水蓄能 使用电流将水泵到一定高度。当我们需要电流时，我们让水落到发电机的驱动系统上。这张照片中的能量在哪里?它一直在那里，像钱一样在银行账户之间转移。能量从电网中的电能开始，当水位升高时变为重力势能，当水落下驱动发电机时，它再次成为电网中的电能。

　　在本文中描述的每种存储方法中寻找反转和能量转移。

　　电网储能类型：轮子、板和环

　　现在是时候看看能够提供大量或更少电力更长时间的存储了。这些系统不能像抽水蓄能和CAES那样整天向客户输送大电力。

　　飞轮 通过旋转储存能量。最快的包括电机、悬浮磁铁、真空吸尘器、减少摩擦和安全外壳。当电网上有额外的电力可用时，它可以运行电机，电机旋转磁铁。当需要电力时，飞轮可以根据情况在几分钟到几小时内将其旋转出来。

　　在电网上，飞轮是高质量的控制器。它们擅长稳定频率，正如我们所提到的，在今天的美国，频率在 60 赫兹以上和以下摆动。当公用事业公司生产的电力多于客户使用的电力时，它会飙升，当公用事业公司生产的电力更少时，它会下降。飞轮改变了这种情况，因为ISO可以直接控制它们 - 最终，它们将是自动的 - 所以没有人必须打电话给发电厂A的Jane，等待她提高或降低发电量来纠正频率问题。通过快速响应，可以在客户感觉到频率之前调平频率。事实上，一些美国I.S.O.正在测试飞轮垫[来源： 信标功率 1, 信标电源 2, 信标功率 3].

　　飞轮的另一个用途是稳定电网上的电压。什么可能会改变那些坚固的高压线路上的电压?尝试停电、倒下的树木和电动火车带来的多米诺骨牌效应。当地铁或轻轨列车制动时，它们会产生电力，提高电压并使电流局部浪涌。当火车加速驶出车站时，它们会吸取电力，使电压下降并从其他地方吸收电流。飞轮可以吸收和释放电流，使电网的其余部分不受干扰。事实上，它们已经在纽约市的地铁列车上进行了测试[来源： 肯尼迪].

　　飞轮也非常适合风电场，它们可以在阵风期间旋转额外的电力，并在死亡期间将其吐出，因此客户不会受到波动的影响。

　　超级电容器，甚至比飞轮更快，通过分离电荷来储存能量。它们是“超级”的，因为它们比传统电容器存储更多的能量，但它们的工作方式相同。当有额外的电力时，它可以用来将电荷从一些金属板上推到其他金属板上，留下一些正电荷，另一些带负电。当需要电力时，板中和，电荷流动，形成电流。在马德里、北京等城市，装满超级电容器的机柜缓冲了电动列车[来源： 西门子].

　　超导磁储能(SMES)是消除电网电压骤降和尖峰的另一种方法。在尖峰期间，导线环路吸收额外的电流，在骤降期间，环路将电流返回到电网。由于导线几乎没有电阻，因此它存储电流几乎没有损耗。

　　接下来，我们许多人每天都使用的蓄电系统：电池。

　　电网储能类型：电池

　　电池非常适合备用电源和储能。当然，用于电网储能的那些要大一点。

　　蒂姆·博伊尔/盖蒂图片社

　　电池 就像网格的乐高套装。它们有多种类型，可以堆叠或放大以存储更多能量，并且可以驱动电力数秒到数小时。在长寿方面，您会发现拖车大小 液流电池 喜欢 钒氧化还原 和 溴化锌 和 高温电池 喜欢 钠硫磺.这些可以提供高达20兆瓦的电力数小时[来源： 圭克].在功率爆发端， 铅酸蓄电池 是今天常用的。其他电池包括 金属空气, 锂离子, 镍镉 和 铅碳.所有电池都通过化学反应使用和释放能量。

　　电池遍布美国电网，通常在客户端，工厂，也许还有你办公室里的电脑，使用一个 不间断电源或 不间断电源 运行在中断期间运行的电子设备。

　　但电池也支持电网的内脏。在西弗吉尼亚州的查尔斯顿，每当有太多客户通过变电站时，变电站就会过热。然后美国电力公司安装了电池在高峰需求日供电，变电站停止过热。阿拉斯加人曾经因安克雷奇和费尔班克斯之间的电力线上的每一个故障而停电，直到他们安装了一个足球场大小的电池来覆盖故障和维修期间的线路。

　　电池还可以帮助风电场在风力仅在夜间吹拂且客户在白天使用能源的地方。

　　有传言说有一天使用插电式混合动力电动汽车，或者 插电式混合动力汽车，电池通过插入墙上插座充电，用于商业电力。有了正确的布线，您停放的汽车就可以运行洗碗机。在遥远的未来，许多插入许多车库的汽车可以将电力输送到电网上需要的任何地方，这种应用称为 车辆到电网或 V2G.但这已经很多年了，因为墙上的插座不能从电池中获取电力，而且汽车也不是商业的。

　　这听起来实用吗?继续阅读以了解所有费用。

　　电网储能的经济性

　　“当涉及到实际成本时，储能并不便宜，”Imre Gyuk说。

　　我们可以看到目前的成本，但随着更多的存储进入电网，成本会下降。让我们从发电厂的存储开始。正如我们之前所了解的，电力公司可能会在发电厂储存能量，以便在高需求的日子供电。该工厂整天都需要大功率，只有压缩空气和抽水蓄能发电才能提供。每支付700美元购买压缩空气系统，公用事业公司将获得1千瓦的电力，供应超过20小时，足以全天运行一台咖啡机[来源：EAC， 新星].抽水蓄水发电的成本更高 - 每千瓦2，250美元。

　　对于持续几分钟到几小时的电力，锂离子电池每千瓦(或咖啡机)的成本为1，100美元，飞轮的成本为每千瓦1，250美元，液流电池的成本为每千瓦2，500美元，而钠硫磺等高温电池的成本为每千瓦3，100美元[来源：EAC]。超级电容器的存储成本更高。

　　但是，根据 Gyuk 的说法，我们在存储方面的投资得到了很多。我们得到的电网能够处理更多的风能和太阳能发电厂，而没有供应噩梦。我们得到的峰值工厂更少，这意味着更少的二氧化碳排放和空气污染。我们得到了防止停电的保护，根据Gyuk的说法，我们在电力上花费的每一美元中，有33美分[来源： 圭克2008].

　　如果电力公司和ISO决定安装存储，他们将支付存储费用。“存储的价格正在下降。以其他方式解决问题的价格正在上升。很快，这些价格就会交叉，“Boyes指出，这表明成本可能会刺激电网增加存储。

　　消费者的电价最终会下降吗?或。有了足够的存储空间，公用事业公司将能够以更可控的方式发电。他们将更好地使用电网中的硬件，如输电线路和变电站，而不是更换或扩大它们。

　　即使消费者的电费上涨，“我们也会得到一个更好的系统，”Gyuk说。

　　频率调节

　　要查看有关美国电网今天如何调节频率以及将来如何使用飞轮进行频率的动画，请单击此处，然后选择“飞轮和频率调节”。 (警告：有趣的动画环绕在存储系统的广告周围。