來自市場(chǎng)研究公司Omdia的最新報(bào)告寫到，可再生能源的間歇性需要電網(wǎng)中額外的存儲(chǔ)容量。鋰離子電池可以滿足這種日益增長(zhǎng)的需求。隨著社會(huì)越來越依賴移動(dòng)通信，監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)要求運(yùn)營商在蜂窩基站部署電池存儲(chǔ)，以防電網(wǎng)中斷。如果運(yùn)營商使用蜂窩基站電池在夜間（電力價(jià)格便宜時(shí)）儲(chǔ)存電力，并在白天（電力價(jià)格昂貴時(shí)）釋放電力，那么蜂窩基站電池就可以收回成本。運(yùn)營商通過為電網(wǎng)提供頻率恢復(fù)服務(wù)還可以創(chuàng)造收入。芬蘭電信運(yùn)營商Elisa開發(fā)了一種將蜂窩基站電池存儲(chǔ)變現(xiàn)的系統(tǒng)，并估測(cè)鋰離子儲(chǔ)能的投資回收期在三到五年之間。
可再生能源的間歇性帶來挑戰(zhàn)
歐盟可再生資源發(fā)電的比例從2010年的20%左右上升到2022年的40%以上。歐盟的目標(biāo)是到2030年達(dá)到近70%，到2050年達(dá)到80%。雖然這有利于減少溫室氣體排放，但隨著可再生能源發(fā)電比例的上升，間歇性的挑戰(zhàn)也在增加。晚上沒有陽光，而且也會(huì)常常出現(xiàn)好幾天沒有風(fēng)的情況。在這些可再生能源供應(yīng)較低的時(shí)期，電網(wǎng)運(yùn)營商將如何彌補(bǔ)缺口呢？
一種解決方案是讓其他發(fā)電廠做好填補(bǔ)空缺準(zhǔn)備。核電站最適合基本負(fù)荷，因?yàn)樗鼈儫o法輕易開啟和關(guān)閉。燃?xì)廨啓C(jī)可以很快投入使用，然而，這會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放。更環(huán)保的解決方案是在供過于求（強(qiáng)烈的陽光和風(fēng)）的時(shí)候儲(chǔ)存風(fēng)能和太陽能，并在電力匱乏時(shí)釋放出來。
儲(chǔ)能是綠色解決方案
能量存儲(chǔ)有多種選擇，包括壓縮空氣、抽水蓄能以及水解等。后者需要利用能量將水分子中的氫和氧分離，然后在燃料電池中（或通過燃燒）重新組合這些分子以釋放能量。鋰離子電池目前并不是最便宜的儲(chǔ)能選擇，但隨著它們變得越來越普遍，其成本正在下降。鋰離子電池現(xiàn)在被用于電動(dòng)汽車、筆記本電腦和智能手機(jī)當(dāng)中。根據(jù)《Our World in Data》，鋰離子電池的價(jià)格從1991年的7523美元/千瓦時(shí)到2018年下降至181美元/千瓦時(shí)。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)報(bào)道，2023年，其價(jià)格降至139美元/千瓦時(shí)。
根據(jù)美國能源部的全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫資料顯示，大多數(shù)（超過70%）的大型（1MW以上）電池儲(chǔ)能項(xiàng)目是基于鋰離子電池的。其他化學(xué)物質(zhì)電池（每種化學(xué)物質(zhì)的項(xiàng)目份額都不到10%）包括鈉硫電池和鉛酸電池。
移動(dòng)運(yùn)營商擁有大量電池
許多移動(dòng)運(yùn)營商在其網(wǎng)絡(luò)周圍分布有電池為其基站提供備用電源。下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟最近發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)能效白皮書指出，移動(dòng)運(yùn)營商正在其RAN和核心網(wǎng)中部署更多的備用電池容量。在電力供應(yīng)可靠的市場(chǎng)，NGMN估測(cè)大多數(shù)RAN站點(diǎn)的電池容量在15到30分鐘之間。如果需要的話，關(guān)閉某些頻段可以延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。
Omdia實(shí)踐負(fù)責(zé)人James Crawshaw表示，繼汽車行業(yè)之后，電信行業(yè)是世界上最大的電池用戶之一，與公用事業(yè)和能源行業(yè)并列。眼下的許多電池都是鉛酸電池，根據(jù)Yudhistira等人的研究，鉛酸電池沒有鋰離子電池環(huán)保。因此，許多移動(dòng)運(yùn)營商正逐漸用鋰離子電池取代鉛酸電池。
芬蘭電信運(yùn)營商Elisa是在網(wǎng)絡(luò)中較早采用鋰離子電池的公司，并發(fā)現(xiàn)鋰離子電池具備雙重功能：作為電網(wǎng)斷電時(shí)的備用電源，以及作為儲(chǔ)存多余電能并在需要時(shí)將其釋放回電網(wǎng)的方式。這有助于電網(wǎng)運(yùn)營商處理可再生能源的間歇性問題，并降低電信公司的能源成本。
Elisa分布式儲(chǔ)能解決方案
Elisa打造了一種所謂的分布式能源存儲(chǔ)（Distributed Energy Storage,DES）解決方案，利用備用電池的部分容量從電網(wǎng)吸收多余的電力，并在需要時(shí)（負(fù)荷轉(zhuǎn)移）將其釋放回電網(wǎng)。這對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營商有利，也能夠幫助電信運(yùn)營商創(chuàng)收，因?yàn)樵诋a(chǎn)能過剩時(shí)期購買的電力比在高需求時(shí)期賣回電網(wǎng)的電力要便宜得多。
然而，根據(jù)Elisa的分析，移動(dòng)運(yùn)營商更大的經(jīng)濟(jì)潛力可能將來自參與自動(dòng)頻率恢復(fù)儲(chǔ)備（aFRR）市場(chǎng)。電網(wǎng)中的交流電必須保持恒定的頻率（世界大部分地區(qū)為50赫茲，美洲為60赫茲）。偏差大于1%可能會(huì)損壞電氣設(shè)備和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。
頻率恢復(fù)
電網(wǎng)運(yùn)營商有多種機(jī)制將頻率保持在這個(gè)嚴(yán)格的范圍內(nèi)。首先，連接到電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有慣性，可以在數(shù)秒內(nèi)抵抗頻率的降低。如果電網(wǎng)頻率持續(xù)下降，則會(huì)啟動(dòng)二次響應(yīng)或自動(dòng)頻率恢復(fù)儲(chǔ)備（aFRR）以恢復(fù)正常頻率。aFRR服務(wù)通常由水力發(fā)電廠和抽水蓄能設(shè)施（可在幾秒鐘內(nèi)開始發(fā)電）或可在幾分鐘內(nèi)聯(lián)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)提供?？紤]到抽水蓄能設(shè)施的可用性有限以及燃?xì)廨啓C(jī)的溫室氣體排放，許多市場(chǎng)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在考慮將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種潛在的頻率恢復(fù)手段。
經(jīng)過2022年夏季對(duì)200個(gè)蜂窩基站進(jìn)行試驗(yàn)后，Elisa的分布式儲(chǔ)能解決方案獲得了芬蘭傳輸系統(tǒng)運(yùn)營商（Fingrid）的技術(shù)資格預(yù)審驗(yàn)收，可參與aFRR市場(chǎng)。Elisa還于2023年12月獲得認(rèn)證，可為干擾頻率控制儲(chǔ)備（FCR-D）提供服務(wù)，這需要比aFRR更快、更精確的控制行動(dòng)。
DES組件
Elisa的智能能源管理系統(tǒng)確保電池容量得到最佳的收益和運(yùn)營效果。該解決方案有三個(gè)組成部分：
·頂層規(guī)劃器（top-level planner）：使用不同電力平衡市場(chǎng)的供需數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并確定在任何給定時(shí)間分配多少容量用于負(fù)載轉(zhuǎn)移或電網(wǎng)平衡（aFFR）。
·中間層（middle layer）：負(fù)責(zé)監(jiān)督電力流動(dòng)和基站電力設(shè)備的狀況，以確保資產(chǎn)的最佳利用，包括電池的使用壽命。
·控制器（controller）：選擇應(yīng)該調(diào)整哪些特定單元（例如，關(guān)閉某些頻段）以響應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)移計(jì)劃的變化或電網(wǎng)運(yùn)營商的平衡需求。
DES的收入潛力
根據(jù)Elisa的估測(cè)（見下圖），在芬蘭的200個(gè)蜂窩基站（約占其覆蓋范圍的10%）部署DES解決方案，每月可從aFRR中產(chǎn)生3萬至6萬歐元的收入，并且節(jié)省了負(fù)載轉(zhuǎn)移，這為該運(yùn)營商帶來了額外的好處。每月4.3萬歐元的平均收入大約是Elisa目前在這200個(gè)蜂窩基站的電力支出的一半。
