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南澳大利亞州霍恩斯代爾儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)狀況分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1230次  |  2019年08月14日  

特斯拉公司在南澳大利亞州霍恩斯代爾(Hornsdale )部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)自從開(kāi)通以來(lái),已經(jīng)運(yùn)行了將近一年時(shí)間,以下內(nèi)容是深入了解該儲(chǔ)能系統(tǒng)在穩(wěn)定當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)安全運(yùn)行和防止停電方面發(fā)揮的關(guān)鍵作用。


霍恩斯代爾(Hornsdale)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的所有者Neoen公司對(duì)其運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行了分享。Neoen公司表示,特斯拉公司在霍恩斯代爾(Hornsdale)部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是在沒(méi)有補(bǔ)貼的情況下建造的,從設(shè)計(jì)到全面運(yùn)營(yíng)僅用了4.5個(gè)月,耗資9100萬(wàn)美元,并發(fā)揮了重要的作用。根據(jù)提供的調(diào)查數(shù)據(jù),該儲(chǔ)能系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)之后收入可觀,一年的收入達(dá)到2400萬(wàn)美元,并將為Neoen公司提供將近四年回報(bào)。


此外,通過(guò)降低頻率控制市場(chǎng)的成本,同時(shí)也降低批發(fā)電力價(jià)格,可以為消費(fèi)者提供更大的市場(chǎng)利益(第一年為4000萬(wàn)至5000萬(wàn)美元),將加強(qiáng)電網(wǎng)安全,避免停電,節(jié)省大量成本。


特斯拉公司通過(guò)與南澳大利亞州政府簽訂的每年400萬(wàn)美元的合同(10年)來(lái)獲利,并預(yù)留90MW/10MWh的容量以提供電網(wǎng)安全,主要是通過(guò)在重大事件發(fā)生時(shí)進(jìn)行干預(yù)。


霍恩斯代爾(Hornsdale)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用不是替代電網(wǎng),而是減輕電網(wǎng)負(fù)載來(lái)提供電力保護(hù),并且完全沒(méi)有中斷。


其余的資金來(lái)自30MW / 119MWh分配給批發(fā)電力市場(chǎng),其中大部分來(lái)自頻率控制和輔助服務(wù)(FCAS)市場(chǎng),該市場(chǎng)對(duì)頻率的突然變化做出響應(yīng),例如當(dāng)?shù)卮笮兔禾堪l(fā)電廠的發(fā)電機(jī)故障(自從這個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在一年前投入使用以來(lái),已經(jīng)發(fā)生100多次故障)。



Neoen公司提供的上圖表示該電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(官方稱之為Hornsdale Power Reserve)的瞬間響應(yīng)并與頻率變化完全同步,而在這種情況下是由昆士蘭發(fā)電機(jī)組的故障引發(fā)的,這臺(tái)發(fā)電機(jī)組是100多臺(tái)發(fā)電機(jī)的其中之一。在過(guò)去的12個(gè)月中,這樣的發(fā)電機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)故障。


Neoen公司開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人Garth Heron將其描述為“調(diào)節(jié)電網(wǎng)的心跳”。它通過(guò)推高和降低頻率來(lái)保持電網(wǎng)之間的連接,以確保它恢復(fù)到正常范圍。


預(yù)計(jì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的響應(yīng)速度,可以在0.1秒內(nèi)響應(yīng),并從完全充電切換到放電(反之亦然),其速度比眨眼還快。而令澳大利亞能源市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商和電池所有者所驚訝的是其準(zhǔn)確性。



這張圖來(lái)自Paul Gleeson編寫(xiě)的獨(dú)立調(diào)查報(bào)告,強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。最上面的一個(gè)圖顯示了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)響應(yīng)來(lái)自電網(wǎng)的信號(hào),可見(jiàn)信號(hào)曲線上下波動(dòng)起伏比較劇烈。


下圖顯示電池儲(chǔ)能系統(tǒng)如何準(zhǔn)確跟蹤信號(hào)的情況。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在幾秒鐘內(nèi)響應(yīng),傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)有時(shí)需要幾分鐘才能達(dá)到目的。這不僅僅是一些學(xué)術(shù)觀察,它具有實(shí)實(shí)在在的好處。


第一個(gè)好處是減少今年8月25日發(fā)生的雷擊等電網(wǎng)問(wèn)題造成停電或減載的風(fēng)險(xiǎn),或者困擾維多利亞和南澳大利亞電網(wǎng)之間的眾多技術(shù)故障。該電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在雷擊事件發(fā)揮的作用證明了這一點(diǎn)。


下圖顯示了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以為市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商提供的信心。



Aurecon公司進(jìn)行的建模研究了維多利亞和南澳大利亞的電網(wǎng)互聯(lián)器,裝機(jī)容量為200MW。


黑線表示采用傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的情況。這些規(guī)則要求控制在6秒內(nèi)得到響應(yīng),但這太慢了。電網(wǎng)頻率可能在5秒內(nèi)經(jīng)降至49 Hz以下,并開(kāi)始減載。


隨著采用快速響應(yīng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng),頻率下降很可能更早地被阻止,并調(diào)整運(yùn)行在正常工作頻率范圍,家庭用戶或企業(yè)甚至并不會(huì)發(fā)現(xiàn)電源供應(yīng)切斷或受到影響。



不僅電力正常供應(yīng),而且降低了這項(xiàng)服務(wù)的成本。該圖表顯示了對(duì)之前現(xiàn)有和采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的的化石燃料發(fā)電機(jī)的平均支付成本情況,黑色線條代表沒(méi)有采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的頻率控制和輔助服務(wù)(FCAS)平均支付成本,右邊的綠色線條表示采用了霍恩斯代爾(Hornsdale)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的頻率控制和輔助服務(wù)(FCAS)的平均支付成本,不僅更快、更準(zhǔn)確,而且成本更低。


Neoen公司指出,當(dāng)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商要求提供35MW的本地頻率控制和輔助服務(wù)(FCAS)供應(yīng)時(shí),采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可節(jié)省350萬(wàn)美元。頻率控制和輔助服務(wù)(FCAS)市場(chǎng)一年節(jié)省的成本為4,000萬(wàn)美元。


霍恩斯代爾電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的存在已經(jīng)消除了強(qiáng)制實(shí)施這一限制的必要性,并且通過(guò)這樣做,并且這樣做甚至可以取代部分天氣然發(fā)電設(shè)施。


霍恩斯代爾電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的另一個(gè)重要作用是系統(tǒng)完整性保護(hù)系統(tǒng)(SIPS)計(jì)劃,該計(jì)劃旨在避免發(fā)生南澳大利亞州2016年多次發(fā)生的電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)(System Black)的情況。


Aurecon公司指出,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是系統(tǒng)完整性保護(hù)系統(tǒng)(SIPS)第一階段的關(guān)鍵參與者。在電網(wǎng)發(fā)送的信號(hào)大約250毫秒內(nèi),霍恩斯代爾電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出100MW的電力。實(shí)際的增量放電量將取決于當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)完整性保護(hù)系統(tǒng)(SIPS)指令下的最小增量放電量將是南澳大利亞州政府預(yù)留的70MW容量,但如果霍恩斯代爾電池儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)時(shí)對(duì)其全部市場(chǎng)容量充電,則增量響應(yīng)可達(dá)1400MW。


在系統(tǒng)完整性保護(hù)系統(tǒng)(SIPS)活動(dòng)期間,霍恩斯代爾電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將為電網(wǎng)互連器提供近乎瞬時(shí)的70-140MW的電力支持。因此南澳大利亞州的負(fù)載減少量為200MW(取決于應(yīng)急事件的時(shí)間和幅度)。


需要注意的是,雖然這種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有一些特定的作用,但也可以做一些完全不同的事情。而對(duì)于其中一些角色,例如平衡相鄰風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電廠的輸出,為孤島設(shè)施(提供電力,以及許多其他電網(wǎng)服務(wù)。


Aurecon公司指出,市場(chǎng)的設(shè)計(jì)及其規(guī)則和操作程序需要快速掌握技術(shù)。當(dāng)然,還有更多的事情可以做。


目前超過(guò)5MW的儲(chǔ)能設(shè)施需要為預(yù)定負(fù)載和市場(chǎng)客戶注冊(cè)。新的注冊(cè)類別可以使獨(dú)立的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)或混合電池儲(chǔ)能系統(tǒng) +發(fā)電機(jī)具有適用于“混合系統(tǒng)”的單一注冊(cè)、單一性能標(biāo)準(zhǔn),提供單組市場(chǎng)投標(biāo),以及接收每項(xiàng)服務(wù)的單一調(diào)度指令。


AEMO公司正在探索新的雙向資源提供商類別將如何促進(jìn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成。為確保運(yùn)營(yíng)和商業(yè)可行性,設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)需要考慮分類、發(fā)貨價(jià)格范圍和任何其他合規(guī)要求。


為了對(duì)其速度和準(zhǔn)確性提供適當(dāng)激勵(lì),還需要建立快速頻率響應(yīng)(FFR)市場(chǎng),該市場(chǎng)在一些海外市場(chǎng)已經(jīng)建立,并且通常僅由電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)完成,尤其當(dāng)更多的風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電進(jìn)入電網(wǎng)時(shí)。


要做到這一點(diǎn)還有很多工作要做,特別是當(dāng)更多的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和抽水蓄能系統(tǒng)進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)。也許同樣重要的是需要了解當(dāng)前能源政策和理論,以便了解儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性。


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