为了提供平稳的电力，太阳能和风能需要不间断的阳光和微风。在寂静和黑暗中，那条平静的溪流干涸了。在另一个极端，在晴朗多风的日子里，太阳能和风力发电场可能会产生超过所需的电力。
储能系统可以吸收风能和太阳能产生的多余能量，将其保存在产量低的时候。
与风能和太阳能等可再生能源相比，化石燃料有一个显著的优势:它们不依赖于天气。但由于能源储存技术的进步，这种优势正在减弱。储能系统可以吸收风能和太阳能产生的多余能量，将其保存在产量低的时候。
在向可再生能源和风能、太阳能等可变能源过渡的过程中，工程师们长期致力于储能技术的研究。几十年来，水力发电一直是全球主要的能源储存方式。在美国，它占公用事业规模储能容量的95%。但水力发电设施需要经过漫长的审批程序，需要数年时间才能建成，并有具体的选址要求。
能源存储捕获水力发电、风能和太阳能等可再生资源产生的能源，为汽车、家庭和工业提供燃料。
锂离子电池是另一种主要的储能解决方案。它们可以像水力发电一样在电网规模上运行，也可以为企业、家庭和电动汽车等较小的能源需求提供燃料。
仅靠锂离子电池和水力发电还不足以将电网转变为100%的可再生能源。但是能量可以通过其他方法储存，比如环保电池、飞轮的动能，或者熔盐中的热能。
驱动弹性
在Quaqtaq，北部的因纽特人社区Québec，EVLO能源存储公司正在测试其系统如何将可再生能源引入电网并为偏远地区服务。在过去的三年中，EVLO的储能系统帮助Quaqtaq社区整合了太阳能。
“当配电网因计划或计划外的事件而失效时，我们拥有的微电网将能够自我可持续发展，并提供持续的电力。”
Adile Ajaja, EVLO的软件团队负责人
EVLO 500储能解决方案。(图片来源:EVLO)
作为可再生能源生产商Hydro-Québec的子公司，EVLO开发了一种更好的锂离子电池存储:磷酸铁锂电池。与传统的锂离子电池不同，磷酸铁锂是由无毒材料制成的。这种电池的组成也比锂离子电池更安全、更稳定。由于电池由无毒材料组成，这种成分也几乎消除了处理时的环境问题。这些材料还可以重复使用和回收，促进锂离子电池的循环经济。
Hydro-Québec在过去的40年里一直在开发EVLO系统背后的技术。它的小型系统可以为商业建筑供电，而较大的坚固型机组可以为电网和工业场所供电。磷酸铁锂电池是当今市场上最高效的电池之一。与其他类型的电池不同，它的放电深度为100%，这意味着用户可以使用电池中存储的所有能量。
EVLO的软件团队负责人Adile Ajaja和他的团队使用MATLAB®和仿真软万博1manbetx件®开发EVLO系统并建立模型。然后，他们在硬件中使用Simulink模型生成的代码来控制系统。万博1manbetx
自第一个项目以来，EVLO已经将其解决方案带到其他社区。在Lac-Mégantic镇，该公司最近安装了一个储能系统，为附近的微电网提供服务。Québec的第一个微电网是几年前一辆失控的火车摧毁了大部分市中心地区后恢复工作的一部分。
EVLO作为该项目的一部分参与进来，以提高电网的弹性。该系统存储1700块太阳能电池板的能量，为市中心的40座建筑、电动汽车充电站和自动化控制提供服务，以实现更有效的能源管理。微电网和储能系统还可以在主电网停电时提供电力来源。Ajaja说:“当配电网因计划或计划外的事件而失效时，我们拥有的微电网将能够自我可持续发展，并提供持续的电力。”
消除摩擦
这家芬兰初创公司Teraloop为旧的能源储存技术注入了新的活力。这项技术是一种飞轮，将能量储存在快速旋转的转子中。但与大多数飞轮不同的是，Teraloop的解决方案的中心是空心的。Teraloop首席技术顾问詹姆斯•哈格曼(James Hagerman)表示:“想象一个没有轮辋的轮胎。“大多数飞轮都是实心的，有一个轮毂。”Teraloop在传统飞轮的基础上进一步改进，利用磁力悬浮飞轮的转子，实现几乎无摩擦的旋转。
“只要你在短时间内需要高功率，就像地铁的加速度一样……飞轮可以胜过电池。”
James Hagerman, Teraloop的首席技术系统顾问
通过取消轮毂和采用磁悬浮，Teraloop消除了大多数限制标准飞轮的应力。他们的产品比标准飞轮移动得更快，储存更多的能量。
该公司计划使用他们的飞轮来辅助电动汽车充电站的电池存储，用于地铁和有轨电车系统的再生制动，并稳定微电网的电压波动。
在电动汽车充电站，飞轮加快了车辆充电速度，延长了电池寿命。电池从电网中储存能量，为电动汽车充电，但这是一个不完美的解决方案。“今天的电池是锂离子电池，不能每天完成很多次循环。他们的生活急剧下降，”哈格曼说。“所以，你做的是所谓的混合能源存储，也就是飞轮加电池。”
混合存储模式对电池有好处。他说:“它可以保护电池，并使能源站的电网连接最小化。”这意味着整合充电站不需要电网升级，至少在电动汽车占少数的情况下不需要。
作为一个独立的系统，飞轮可以为公共交通系统提供能源。再生制动技术——在制动时扭转电机的旋转来为电动汽车充电——被用于地铁和有轨电车，但存储容量有限。哈格曼说:“只要你在短时间内需要高功率，就像地铁的加速度一样……飞轮的性能可以超过电池。”
Teraloop飞轮。(图片来源:Teraloop)
在公路之外，飞轮可以稳定由间歇性可再生能源供电的微电网。“电压波动，频率波动，所以他们需要电网支持，”哈格曼说。万博1manbetx“这就是电力供应商长期使用电池的地方，”他说，但飞轮是电池的补充，可以在短时间内提供能量。
哈格曼使用MATLAB和Simulink对飞轮如何万博1manbetx与现有网格系统集成进行建模。通过Simu万博1manbetxlink，他向潜在客户展示了飞轮是如何工作的，以及它与电池和电网系统配合使用的样子。
哈格曼说:“我们并不是在与电池竞争，但在某些情况下，飞轮本身可能是更好的选择，尤其是在空间有限的情况下。”但他也向他们展示了飞轮如何改善电池供电系统。“它们相互补充。”
热与冷
Alphabet Inc.的子公司X标榜自己是一群发明家和企业家，他们创造的技术解决了世界上一些最具挑战性的问题。本着这种精神，他们支持了一个名为马耳他的储万博1manbetx能项目，该项目将能量储存在盐和冷液体中。马耳他项目团队设计了他们的泵热储能系统，最终连接到电网并稳定能源供应。
“我们不希望(能源存储)系统只在美国或发达国家。我们希望能够在任何地方建造它。”
Pravallika Vinnakota是马耳他建模和仿真的首席工程师
马耳他公司2018年，该公司成立了自己的公司，并完善了一家发电厂的设计。“这将提高电网的可靠性和灵活性，”马耳他公司建模和仿真首席工程师Pravallika Vinnakota说。
当连接到电源(电网、风能、太阳能或化石燃料)时，系统的热泵将电能转换为热能，从而产生温差。Vinnakota说:“它在高温熔盐中以热的形式储存电能，在低温冷却剂中以冷的形式储存电能。”热盐和冷冷却剂分别储存在不同的容器中，可以储存10小时的能量，持续几天。
然后，当需要动力时，热机将热能转换回电能进行分配。根据电力需求，一种算法控制系统何时从电网获取能量以及何时分配能量。这个循环可以重复数千次:马耳他估计，该系统可以持续25年以上而不会出现重大性能下降。
但该系统仍处于设计开发阶段。目前，马耳他团队正在进行模拟工作。将他们的系统模型导入到Simulink中，马耳他团队设计了系统控件，并弄清楚如万博1manbetx何操作他们的系统。“我们的目标是在未来几年建造一座工厂。因为我们现在没有工厂，我们能做的最好的事情就是建立模拟模型，并在上面进行一系列测试，”Vinnakota说。“我们还使用基于模型的设计，根据我们从模拟中收集的信息来确定工厂的规格。”
Malta的系统就像一个热泵，在熔盐中以热量的形式储存电能。(图片来源:Malta, Inc.)
一旦马耳他准备好建造一个实体工厂，他们就不会受到地理位置的限制。Vinnakota说:“它不需要像抽水蓄能这样的能源系统靠近山。”该系统还使用了现成的材料，如盐和钢。“我们不希望这个系统只在美国或发达国家。我们希望能够在任何地方建造它。”
通往可再生能源电网的桥梁
随着可再生能源成本的下降和替代化石燃料的需求日益迫切，能源储存将成为一种必不可少的工具。但是不同的存储需求需要不同的工具，从电池到飞轮到盐罐。各公司正在探索这些技术，以增强电网的弹性，促进向清洁能源的平稳过渡。
