苗条的工人队伍早上早上七点去机器，晚上八点他们以相同的顺序离开工厂，然后几乎同时在电视前睡着了，这样的时代已经过去了。现在，大城市再也不会睡着了，与他们一起24/7和所有进步的人类，“猫头鹰”，娱乐业和全球网络公司一起睡着了。他们所有人都需要电力，并且在任何时候都没有明显的周期性。同时，世界正在转向可再生能源，其生产取决于不受人类控制的自然条件。在这个世界上如何库存然后共享电力，避免停电？让我们谈谈东芝技术的例子。
加上整个星球的电气化
电力消耗将增加。该过程的主要方向是车辆的电气化，一些工业过程从热能到电力的转移以及家庭电流消耗的增长。特别是，根据国际能源署的预测，到2040年，将有1.3亿辆电动汽车行驶在我们的星球上，尽管2018年有510万辆。总体而言，现在的汽车数量估计为10亿辆，到2035年，它可能会增长到20亿辆。在食品，制药，纺织，造纸等行业中，电力将替代中，低温热量生产中的煤炭和天然气。贫穷国家的电气化也将继续，在那里电力将在日常生活中得到更广泛的使用。电力占总能耗的比例将从2018年的19％增加到2040年的24％。
因此，停电的风险（影响众多消费者的大规模停电）将增加。根据世界银行的数据，2019年，全球平均每个国家的各种组织每月经历6.8次停电。的确，在经合组织国家，这个数字是0.4停电，而在俄罗斯-每月是0.2停电。
2003年美国和加拿大电网灾难-太空视角。 2003年8月14日，加拿大的1000万人和美国的4000万人没有电。资料来源：国家海洋和大气管理局，国防气象卫星计划/ Wikimedia Commons
同时，将诸如人工智能和物联网（包括工业物联网）之类的技术引入生产和日常生活需要最大限度地减少可能严重破坏复杂智能系统运行的断电情况。
此外，引入可再生能源后，能源消耗的方式将发生变化，可再生能源根据一天中的时间和天气的不同会产生不同的输出。在白天或大风天气中，太阳能电池板和风力发电场产生的电流要比在夜间和平静的天气中多。因此，以防万一，最好节省多余的能量。但是如何？
能量变态
节约能源，特别是在工业规模上，并不容易。尽管人们对电力的本质已广为人知，但其节约却需要笨拙的或昂贵的（或同时使用）技术解决方案。那么，如何保护未来高度电气化的世界免受停电呢？
简而言之，化学和力学。几乎所有的蓄电方法都可以通过化学反应或机械运动转化为电能。
每个智能手机用户或电动汽车拥有者都有的第一个想法是：为什么不在工业规模上使用大型锂离子电池？已经尝试创建这种类型的大型驱动器。例如，特斯拉现在正在努力将世界上最大的锂离子储能装置的容量（从100兆瓦增加到150兆瓦），该储能装置于2017年在南澳大利亚州的绿色大陆上收集。它由专为公用事业和工业用户设计的Tesla Powerpack锂离子电池组成。内部有16个独立的电池组，每个电池组都带有一个隔离的DC / DC转换器。
它们各自的功率达到130 kW，能耗为232 kWh。南澳大利亚特斯拉Powerpack储能设施可帮助节约附近风电场的能源。充满电后，这种容量为129 MWh的“电池”可以为3万户家庭供电。
签名：每个Powerpack都像一块砖，用于构建能量存储。一台逆变器可以连接1至20个Powerpack。这样的电池组和逆变器可用于创建巨大能量强度的存储设施。来源：特斯拉
然而，除了此类电池的已知缺点之外，还有一个问题：通过将锂离子电池增加到工业规模，我们同样在增加其处置问题。因此，在操作期间保持环境友好，将来的大型电池将对环境构成威胁，并且在注销时会带来麻烦。
转换能量的另一种方法是电解。
让我们使用我们已经讨论过的H2One安装示例进行说明。：太阳能电池板提供水电解过程，从而释放出氢气；氢被存储或供应给消费者，并且氢在燃料电池中被氧化时可立即提供热量，机械能或电能。到目前为止，唯一的问题是，尽管一个H2One站的能量仅对小物体来说足够，例如，日本川崎市的火车站。未来的产业规模。
原则上最简单但实现起来很复杂的选项是机械的。总体方案如下：在高峰生产期间，通过将气体或水泵入专用罐，将负载提升至一定高度或压缩弹簧来存储电力。在电力短缺期间，通过反馈物质，重量或松开弹簧来机械释放能量。该原理简单，环保，工业可扩展且非常耐用。根据Vygon咨询公司的说法，这就是为什么世界上95％的储能系统是抽水蓄能电站（PSPP），它们仅利用自然给我们的东西-水和山地景观来蓄能。
我扭曲，旋转，我想被吸引
瑞士首次发明了将水和山地景观用于能源存储的技术。 1909年，在同名州沙夫豪森市附近，建造了世界上第一个容量为1.5兆瓦的抽水蓄能电站Engeweiher。迄今为止，安装在该装置中的PSPP的工作原理一直得到保留。
该站包括一个泵，两个位于不同高度的水库和一个涡轮机。当电力过剩时，泵将水泵入上部水箱。当网络中电力不足时，水会通过提供电力的涡轮机转移到下部水库。这项原则的简单性和可靠性已经通过时间以及恩格威赫尔电站本身的历史证明了，该电站仍在运行-在瑞士可再生能源发展的背景下，其能力非常有用。
蓄能水力发电厂是世界上最古老的可再生能源之一。资料来源：东芝能源系统与解决方案公司
技术发展的下一步是在1930年代。可以理解，如果控制发电机的转速，则与发电机相连的水轮机可以更高的效率运行。因此，在1930年，东芝开发了一种750 kVA异步发电机，该电机安装在金泽市（日本石川县）的吉野站。涡轮机的旋转速度可以改变以实现最大效率。
但是，该技术当时并未得到广泛应用，随后主要使用同步水轮发电机，它们以恒定（同步）转速运行，这就是为什么不能更改输入功率的原因。这意味着要根据不断变化的需求调整站的运行并不容易（例如，在晚上，当需要花费更多的能量来抽水而对网络的分配却更少时），注入或生产的效率都会下降。
1990年，东芝再次转向异步水轮发电机技术：与东京电力公司（TEPCO）合作，开发了世界上第一台变速抽油机，并使用二次励磁交流电动发电机将其安装在八gas抽油站。低频。它由一个高速，高性能的数字控制器控制，与传统的液压单元相比，它可以更快地改变输入和输出功率，从而可以在网络紧急情况下更快地稳定网络中的功率波动。从那时起，抽水蓄能发电厂的异步发电机电动机开始被越来越多地使用，现在它们已成为抽水蓄能的最有前途的模型。
2014年6月，容量最大为475 MVA的世界上最大的变速抽油机开始运行于Kazunogawa PSP（日本山梨县）的第四区块，该泵也拥有世界上最大的泵头（785 m）用于单级泵涡轮。该站也由东京电力公司运营。资料来源：东芝能源系统有限公司/ YouTube
变速液压单元提高了抽水和涡轮运行的效率，从而提高了抽水蓄能电站整个循环的效率，还减少了系统的振动和机械磨损。而且，这种机器可以立即对例如由于使用不稳定的可再生能源或停电而引起的电力需求的突然变化做出反应。
我们说：“配备异步发动机发电机的水泵蓄能电站，将硕果累累！” 资料来源：Abubakirov Sh。I.在JSC“水力工程学院” //水能学项目中使用异步水轮发电机的经验和前景。-2010年。第2号（19）。
寻找平衡
如您所见，所描述的解决方案具有较大的工业规模。但是这种集中化有多合理呢？实施能够解决电源系统中不平衡问题的分布式解决方案是否更好？没有什么办法可以将这两种方法结合起来，即将大型储能系统与本地储能系统结合起来，而这种储能系统是基于单个电池而安装的，这些单个电池安装在特定对象甚至住宅建筑物的一个电源系统中。
可充电电池，尤其是东芝的SCiBTM，更适合解决此类问题。它的阳极基于锂钛氧化物（LTO），可提供更大的有效容量，并具有长寿命，在低温下运行，快速充电，高功率输入和输出。东芝SCiBTM的应用范围很广，从住宅用小型（kW）固定式存储到汽车，公共汽车，有轨电车，电梯，发电厂以及电网，智能电网和太阳能发电厂的大型储能（MW）。来源：东芝
此外，当地的单个电力存储设施也可以组合成大型结构-虚拟发电厂，我们已经在此博客中讨论过了。这样的解决方案已经在实施中。
例如，在德国，最大的分销公司TenneT与家庭存储系统制造商Sonnen宣布创建了一种能源区块链：他们计划将家庭储能设备连接到网络中，以均衡国家一级能源系统的不平衡状况。然而，到目前为止，适合于此的存储设备的拥有者的数量远远少于使用可再生能源的家庭基站的拥有者的数量。
大型储能设施与小型本地储能设施的结合在一起，将有助于消除我们在开始时就谈到的消耗和发电不平衡，并最大程度地减少停电的可能性。