美国阿拉斯加州的一些偏远的离网社区已经采用储能系统作为微电网的一部分，因为他们开始采用风力发电和太阳能发电设施替代昂贵的柴油发电机。而位于阿拉斯加州安克雷奇东南150英里（241公里）的科尔多瓦小镇正在将锂离子电池储能系统整合到水力发电的微电网中。
　　
　　科尔多瓦镇并没有采用电网的电力，其电力供应依赖于科尔多瓦电力合作公司（CEC）建设和管理的微电网，该公司在可持续性、弹性和整体思维的原则下运营该设施。科尔多瓦电力合作公司（CEC）通过美国农村合作银行CoBank的资金建设了Power Creek水力发电设施，以确保社区的能源安全和成本稳定。对于另一个项目，该公司计划将其城镇的电力线在地下敷设，以消除冬季停电的风险。此外，该公司还计划将储能系统与电动汽车的电池相结合。
　　
　　然而，该公司目前的重点是对计划在今年年初安装的电池储能系统进行微调，以最大限度地利用可再生能源，并减少对柴油发电机的燃料依赖。
　　
　　                         科尔多瓦港
　　
　　水力发电的微电网
　　
　　科尔多瓦电力合作公司（CEC）在其Power Creek水电设施采用一台装机容量为6MW的水力发电机以提供满足基本负荷的电力，并且还在HumpbackCreek河运营着一个装机容量为1.25MW的径流式水电设施。当需要电力时，可以通过主控中心所在的Orca柴油发电设施的电力为水力发电提供补充。两台装机容量为1MW的柴油发电机组用于支持水力发电运行的过渡。柴油发电机组在河流冻结的冬季提供电力，在夏季提供电力以支持峰值负荷。
　　
　　科尔多瓦位于Copper River河口，这是一个著名的鲑鱼产卵场。因此，该镇的鱼类加工行业产生了极高的季节性电力负荷。
　　
　　科尔多瓦电力合作公司（CEC）的水电成本约为0.06美元/千瓦时。相比之下，柴油发电成本可高达0.6美元/千瓦时，其电价具体取决于燃料价格。因此，只要有可能，该公司希望主要使用水力发电，而这种发电方式满足其年需求的78％。
　　
　　在纯粹的水力发电模式下，工作人员通过调整PowerCreek水电设施的快速导流板的角度来控制电网频率。这些将水流的一部分从水力涡轮机转移出来以调节它们的功率输出，从而保持电网稳定性。这与传统电网中采用备用柴油发电机的概念类似，而科尔多瓦电力合作公司（CEC）通常会提供大约500kW的水力发电容量以支持突然的负载增加。然而，由于径流式水电是一种能量损失的资源，这是由于水将顺流而下，将会损失可用能量。
　　
　　部署在科尔多瓦电力合作公司（CEC）的Orca发电站的柴油发电机组
　　
　　季节性转变
　　
　　随着鱼类加工厂将在春季增加产量，科尔多瓦电力合作公司（CEC）从只采用水力发电设施转变为水力发电和柴油发电的组合。当水力发电设施的储备装机容量降至约500kW以下时，1MW的柴油发电机组启动运行，而柴油发电机组必须以400kW的最小输出功率运行，这增加了排水量。在这个过渡期间的净效应是科尔多瓦电力合作公司（CEC）有时会浪费超过1MW的水力发电输出，同时消耗大量昂贵的柴油燃料。根据负载模式，其转换过程可能持续几个小时到几天的时间。
　　
　　科尔多瓦电力合作公司（CEC）认识到电网规模的电池储能系统将使其能够充分利用其可再生能源，并控制成本，同时减少对柴油的依赖。该公司采用Saft公司开发的一种基于锂离子电池储能解决方案，其装机容量为1MW，容量为1MWh。而电池储能解决方案被确定为首选方案：科尔多瓦电力合作公司（CEC）电网中央变电站将采用ABB电源转换器和电池箱。
　　
　　电池储能系统的工作原理
　　
　　其电池储能系统将配套部署额外的备用柴油发电机，使科尔多瓦电力合作公司（CEC）能够完全打开其导流板，并避免水力发电的能量损失。当流经导流板的水电容量低于500kW时，科尔多瓦电力合作公司（CEC）不再启动柴油发电机，而是采用电池储能系统来吸收负载以注入和吸收功率以维持电网频率。科尔多瓦电力合作公司（CEC）将与Saft公司合作，为动态负载偏移所涉及的各种转换开发详细的控制原理和操作设定值。
　　
　　当科尔多瓦电力合作公司（CEC）充电状态（SOC）降至30％以下时，科尔多瓦电力合作公司（CEC）的自动调度系统将启动柴油发电机组，然后该发电机组能够以400kW的最小输出功率运行以供应电力需求，并同时为电池储能系统充电。如果充电状态（SOC）达到70％且净负荷仍然很低时，则柴油发电机关闭，并且电池储能系统将会放电，而如果净负荷增加到400kW以上，则柴油发电机组将接管频率管理，并且电池储能系统只有在柴油发电机可以提供备用容量的情况才会进行充电。
　　
　　风险控制解决方案
　　
　　作为集成电源转换和控制器的软件包的一部分，采购电池储能系统有很多好处。科尔多瓦电力合作公司（CEC）可以依赖运营和性能保证，并将专业工程集成和优化的需求进行外包。此外，长期的业绩记录、招标过程中的响应能力，以及作为主要系统组件供应商的Saft公司和ABB公司的工业血统使科尔多瓦电力合作公司（CEC）管理层更有信心，他们都拥有财务和技术资源来提供长期支持。
　　
　　此外，这两家供应商都提供先进技术解决方案和服务，例如高速电网控制和模块化产品可以在交付前预装配，并以即插即用的方式安装。这将有助于科尔多瓦电力合作公司（CEC）管理远程社区项目可能产生的成本溢价。另一个主要好处是该解决方案已在阿拉斯加州其他地方的商业基础上安装。这表明这项技术能够经受住阿拉斯加恶劣的环境。
　　
　　Power Creek发电厂运行的Gilkes 3.0MW水力涡轮机
　　
　　总拥有成本
　　
　　企业在部署和购买电池储能系统时，请务必谨慎选择。除了电池组的初始购买价格之外，电池组的拆卸、回收和更换可能额外增加60％的成本。此外，工厂保修和年度维护合同的成本可能很高，特别是对于像科尔多瓦这样的偏远社区。
　　
　　科尔多瓦电力合作公司（CEC）希望为其社区提供最佳价值。其第一步措施是在美国能源部储能研究主任ImreGyuk博士的支持下进行建模，他在阿拉斯加费尔班克斯大学委托桑迪亚国家实验室和阿拉斯加能源与动力中心研究指定的电池储能系统，并提供了支持整合的部分资金。
　　
　　Power Creek河中的充气式橡胶水坝
　　
　　为了支持建模和估算节省的燃料，科尔多瓦电力合作公司（CEC）从其多年的数据库中采用了几个月的详细负荷和水力数据。此外，Saft公司计划根据新的控制理念运行详细的模拟，以验证燃料节省和计算电池老化情况。
　　
　　在建模过程中，电池储能系统和电池技术的几个重要因素变得突出，特别是运行状态对电池老化的影响。例如，在合适的条件下，锂离子电池的老化可以减少到每年不到1％的容量损失。这其中将有往返效率的轻微损失，尽管功率容量几乎保持不变。但是，如果过度使用锂离子电池，可能会造成灾难性的老化。因此，操作运行设定点的选择对于电池寿命至关重要，可以优化投资回报。
　　
　　此外，储能容量是衡量电池寿命的一个重要因素。深度循环导致更快速的容量损失。因此，随着电池储能系统的应用规模不断扩大，其生命周期也会增加，但其购买成本也会增加。因此，找到平衡总拥有成本优先级的最佳点非常重要。幸运的是，对于科尔多瓦电力合作公司（CEC）来说，频率控制操作只需要许多小规模的充电和放电循环，这可以在批量充电或放电的同时进行。其诀窍是优化更大的充电状态（SOC）的设定点，从而保持电池更长的工作寿命，同时最大限度地节省柴油。
　　
　　因此，虽然电池储能项目的交付周期非常短，但是值得花些时间来适当指定电池储能系统、电力转换设备和通信接口。根据其模型，考虑到硬件成本、设计和集成成本、劳动力成本和其他成本，科尔多瓦电力合作公司（CEC）估计每年运行的成本约为17万美元。估算燃料节省每年将达到132,489升。此外还有其他的节省成本，其中包括减少柴油发电机组的维护，每年的运营成本可以节省15万美元。
　　
　　明确的进步
　　
　　虽然估测的成本高于最初的预测，但社区微电网也将从整体上受益，它将变得更有弹性，并且可以更少依赖柴油燃料。目前，该公司还在寻求实施大型水力发电和抽水蓄能的方案，其目标是通过采用当地水电满足其100％的电力需求。因此，部署电池储能系统是科尔多瓦电力合作公司（CEC）向智能电网和智能城市未来迈进的重要一步。
　　
　　编译：Harris