鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:760次 | 2021年08月13日
要怎么依據(jù)建模規(guī)劃部署適當(dāng)裝機(jī)容量的電池儲能系統(tǒng)
隨著可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比例不斷提高,電池儲能系統(tǒng)成為處理可再生能源發(fā)電間歇性的一種有效辦法,但目前尚不清楚要部署多少裝機(jī)容量才能真正提高電力可靠性。
當(dāng)被問及在將來的電力組合中要怎么樣更好地規(guī)劃部署電池儲能系統(tǒng)時(shí),公用事業(yè)公司、資源規(guī)劃顧問,以及研究人員的回答都是相同的:這取決于詳盡情況。
其關(guān)鍵變量是電力系統(tǒng)當(dāng)前和預(yù)計(jì)的可再生能源發(fā)電設(shè)施和電池儲能系統(tǒng)的普及率。但是,在以可再生能源為主導(dǎo)的的將來能源組合中,規(guī)劃部署適當(dāng)裝機(jī)容量的電池儲能系統(tǒng)可以揭示儲能系統(tǒng)供應(yīng)電力可靠性的關(guān)鍵見解。
美國國家可再生能源試驗(yàn)室(NREL)資深研究員DanielSteinberg在加利福尼亞能源協(xié)會(huì)(CESA)于五月二十二日舉辦的一次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上表示,規(guī)劃者在獲取電池儲能系統(tǒng)的復(fù)雜性以提高可靠性方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。一些規(guī)劃正在積極改進(jìn)短時(shí)儲能技術(shù),而長時(shí)儲能技術(shù)也在開發(fā)和探測當(dāng)中。
投資者擁有的公用事業(yè)廠商ApS公司資源管理副總裁bradAlbert表示,該公司計(jì)劃部署太陽能+儲能項(xiàng)目以代替天然氣發(fā)電設(shè)施,并使用多個(gè)辦法來規(guī)劃其儲能需求。他說,“如今并沒有什么完美的辦法,就像我們無法預(yù)測2020年發(fā)生的新冠病毒疫情相同。因此要進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃做出判斷?!?/p>
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在某些情況下,部署更多的可再生能源可能比部署儲能系統(tǒng)更具成本效益。隨著成本的下降以及可再生能源和儲能系統(tǒng)越來越多地使用在電力系統(tǒng),電池儲能系統(tǒng)的可靠性價(jià)值發(fā)生了顯著變化。一些利益相關(guān)者表示,像有效承載能力(ELCC)計(jì)算這樣的精確分解可以簡化規(guī)模決策。但是也有人認(rèn)為,這種計(jì)算并不能夠代替專家的判斷。(注:有效承載能力(ELCC)是描述可再生能源發(fā)電設(shè)施的負(fù)荷承載能力的指標(biāo)。)
從招標(biāo)到規(guī)劃
盡管公共事業(yè)公司早就認(rèn)識到抽水蓄能、壓縮空氣儲能,以及聚集式太陽能蓄熱發(fā)電的價(jià)值,但這些儲能技術(shù)尚未證明具有成本效益和可擴(kuò)展性。因此,美國的一些招標(biāo)活動(dòng)將規(guī)劃者的留意力轉(zhuǎn)向了電池儲能系統(tǒng)。
XcelEnergy公司在2016年進(jìn)行的一次具有里程碑意義的能源招標(biāo)活動(dòng)使風(fēng)力發(fā)電+儲能項(xiàng)目的競標(biāo)價(jià)格低至21美元/MWh,太陽能+儲能項(xiàng)目的競標(biāo)價(jià)格低至36美元/MWh。
美國儲能協(xié)會(huì)政策副總裁Jasonburwen表示,“當(dāng)時(shí)由于認(rèn)為電池儲能系統(tǒng)成本昂貴,規(guī)劃人員甚至沒有將它們包括在模型中。而今朝約有80%的公用事業(yè)公司的資源計(jì)劃模型都著眼部署電池儲能系統(tǒng),有些則純粹依據(jù)其成本競爭力進(jìn)行選擇?!?/p>
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
XcelEnergy公司戰(zhàn)略資源和業(yè)務(wù)規(guī)劃副總裁JonathanAdelman表示,該公司最近采用了AnchorSolutions公司的Include軟件,該軟件可以對各種使用場景中的電池儲能系統(tǒng)的“容量和能源套利價(jià)值”進(jìn)行每小時(shí)建模。
Adelman指出,XcelEnergy公司通過采用這個(gè)新工具對電池儲能系統(tǒng)一年中每個(gè)小時(shí)進(jìn)行的建模。該公司為此在明尼蘇達(dá)州的2019年長時(shí)儲能計(jì)劃首次涵蓋了4小時(shí)電池儲能系統(tǒng),以幫助滿足容量需求。
ApS公司的Albert表示,該公司在2013年開通運(yùn)營了裝機(jī)容量為250MW的Solana聚集式太陽能熱儲能項(xiàng)目,該項(xiàng)目具有六個(gè)小時(shí)的熱儲能能力,為此看到可以滿足峰值電力需求儲能系統(tǒng)的價(jià)值。這是ApS公司2018年決定在招標(biāo)中選擇太陽能+儲能項(xiàng)目而不是天然氣發(fā)電廠的緊要原由。
Albert強(qiáng)調(diào)說,“儲能系統(tǒng)如今已經(jīng)成為公用事業(yè)公司長期規(guī)劃的一部分,但是公用事業(yè)公司的資源規(guī)劃者不應(yīng)當(dāng)只關(guān)注一種情況。天然氣調(diào)峰發(fā)電廠和電池儲能系統(tǒng)都可以滿足峰值電力需求,但是通過存儲和轉(zhuǎn)移太陽能發(fā)電來滿足峰值電力需求,電池儲能系統(tǒng)可以為客戶節(jié)省更多的費(fèi)用。電池儲能系統(tǒng)在批發(fā)市場帶來更多的價(jià)值,因此今朝已經(jīng)成為我們計(jì)劃的一部分?!?/p>
brattle爾集團(tuán)于五月十三日在麻省理工學(xué)院的一次研討會(huì)上發(fā)表的一份演講報(bào)告指出,鋰離子電池儲能系統(tǒng)的成本下降得如此之快,以至于今朝有關(guān)其他儲能技術(shù)來說無法在供應(yīng)可靠性和電網(wǎng)服務(wù)方面與其展開競爭。brattle的報(bào)告聲稱,電池儲能系統(tǒng)的價(jià)格從2010年的1400美元/kWh降至400美元/kWh以下,到2040年可能降到200美元/kWh或更低。
但是一些公用事業(yè)公司和規(guī)劃部門主管表示,價(jià)格并不是規(guī)劃部署電池儲能系統(tǒng)的唯一考慮因素,另一個(gè)緊要因素是儲能系統(tǒng)供應(yīng)的可靠性,但這很難確定。
北卡羅來納州清潔能源技術(shù)中心(NCCETC)政策研究高級經(jīng)理Autumnproudlove表示,幾乎沒有任何緊要的州級政策計(jì)劃可以確定電池儲能系統(tǒng)在公用事業(yè)資源規(guī)劃中的價(jià)值。
她說:“一些州最近要求公用事業(yè)公司在規(guī)劃過程中考慮部署儲能系統(tǒng)。華盛頓州可能在每小時(shí)建模方面的研究更加深入,而這將分解儲能系統(tǒng)的價(jià)值所在。”
proudlove補(bǔ)充說,北卡羅來納州清潔能源技術(shù)中心(NCCETC)尚未確定任何州政策計(jì)劃,其中包括其在規(guī)劃過程中可以供應(yīng)的多種電網(wǎng)服務(wù)的儲能彈性價(jià)值或儲能系統(tǒng)的補(bǔ)償能力。
brattle公司負(fù)責(zé)人RyanHledik表示,儲能系統(tǒng)的價(jià)值主張取決于它能否得到完全補(bǔ)償,而這在很大程度上取決于儲能系統(tǒng)的資源和凈負(fù)荷。公用事業(yè)公司開始意識到,他們的規(guī)劃模型并不能很好地回答儲能部署問題。
Hledik指出,這些公用事業(yè)公司的規(guī)劃模型將負(fù)荷分為幾個(gè)相近的負(fù)荷時(shí)間組,并依據(jù)這些組制定規(guī)劃決策。當(dāng)公用事業(yè)公司緊要運(yùn)營化石燃料發(fā)電設(shè)施,而風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電設(shè)施配套部署具有成本效益的電池儲能系統(tǒng)時(shí),這種辦法才有意義。
Hledik說,brattle公司的許多公用事業(yè)公司客戶正在轉(zhuǎn)向采用長期規(guī)劃工具,以更好地展現(xiàn)儲能系統(tǒng)和可再生能源發(fā)電設(shè)施在電力系統(tǒng)上的相互用途。
采用規(guī)劃工具
能源咨詢機(jī)構(gòu)Strategen公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官JaniceLin表示,公用事業(yè)公司制定將來的資源組合計(jì)劃是一個(gè)復(fù)雜的過程,其計(jì)劃用于預(yù)測發(fā)電、輸電和其他電力系統(tǒng)需求。
她補(bǔ)充說,由于電池儲能系統(tǒng)既是發(fā)電設(shè)施也是負(fù)載,并且可以供應(yīng)多個(gè)價(jià)值流,因此其精確度要求對一年的每個(gè)小時(shí)運(yùn)營都要進(jìn)行精細(xì)建模。當(dāng)前采用的建模軟件為其技術(shù)創(chuàng)新留下了很大的空間。
資源規(guī)劃權(quán)威人士在加利福尼亞能源協(xié)會(huì)(CESA)舉辦的這次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上表示,建模工具的出現(xiàn)有助于系統(tǒng)規(guī)劃者考慮在確定將來資源組合中正確的儲能容量時(shí)應(yīng)考慮的許多因素。
咨詢機(jī)構(gòu)EnergyandEnvironmentalEconomics(E3)高級顧問兼技術(shù)經(jīng)理RoderickGo在網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上說:“規(guī)劃的一個(gè)基本問題是短時(shí)儲能和長時(shí)儲能要多大容量來滿足負(fù)載需求?!?/p>
Go指出,公用事業(yè)公司的激勵(lì)措施、強(qiáng)制性要求以及成本下降正在推動(dòng)用戶對電池儲能系統(tǒng)的需求。長期而言,法規(guī)的變化、技術(shù)的變化以及市場的發(fā)展將為電力系統(tǒng)帶來更多的儲能部署空間。創(chuàng)新的建模軟件是一個(gè)競爭非常猛烈的范疇,而可再生能源發(fā)電量的上升對有效承載能力(ELCC)等概念的興致日益新增。
有效承載能力(ELCC)是資源可靠性的具體計(jì)算??烧{(diào)度的化石燃料發(fā)電廠很可能具有100%的有效承載能力(ELCC),因?yàn)閺睦碚撋蟻碚f,幾乎在電力系統(tǒng)可靠性受到威脅的任何時(shí)候都可以使用。
建模聲明,電池儲能系統(tǒng)的價(jià)值隨著電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電量的新增而新增,但其價(jià)值隨著高峰需求趨于平緩而下降。通常,將峰值負(fù)載降低至15%的儲能系統(tǒng)可使電池儲能系統(tǒng)獲得80%至100%的有效承載能力(ELCC),因?yàn)橥ǔ?梢栽诜逯敌枨笃陂g使用。
他補(bǔ)充說,隨著峰值負(fù)載降低15%到30%,電池儲能系統(tǒng)的有效承載能力(ELCC)也將迅速下降,因?yàn)樗芸赡芤呀?jīng)被用來平緩峰值電力需求,不再能夠滿足電力可靠性需求。
咨詢機(jī)構(gòu)Astrape公司顧問ChaseWinkler在網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上表示,通過對西南電力聯(lián)營公司和加利福尼亞州電力系統(tǒng)的研究基本上證實(shí)了RoderickGo所描述的有效承載能力(ELCC)進(jìn)行的量化。
洛杉磯水電局(LADWp)發(fā)言人CarolTucker表示,美國國家可再生能源試驗(yàn)室(NREL)和洛杉磯水電局(LADWp)正在開發(fā)其他利益相關(guān)者所說的“最佳踐行”,以幫助加州在2045年實(shí)現(xiàn)采用100%可再生能源電力的目標(biāo)。
美國國家可再生能源試驗(yàn)室(NREL)資深研究員DanielSteinberg在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上表示,NREL的可擴(kuò)展集成基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃正在開發(fā)一種最佳踐行工具套件,以處理儲能系統(tǒng)部署面對的問題。
Steinberg說,NREL的迭代辦法鎮(zhèn)靜量擴(kuò)展建模開始,以確定“構(gòu)建什么、在哪里和何時(shí)構(gòu)建”。下一步工作是進(jìn)行每小時(shí)運(yùn)營成本建模。通過每天、每小時(shí)一次的場景將通過容量擴(kuò)展建模進(jìn)行迭代,以達(dá)到最具成本效益和最可靠的資源組合。
資源充分計(jì)劃是該過程的下一步,可以滿足10年一遇的可靠性標(biāo)準(zhǔn),倘若有必要,NREL的過程將迭代所有三個(gè)步驟,以實(shí)現(xiàn)最具成本效益的資源充分性目標(biāo)。最后,具體的潮流模型確保電網(wǎng)設(shè)施得到保護(hù)。而倘若有對電力可靠性的威脅將會(huì)重新開始這一過程。
網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)的發(fā)言人指出,為了在這些規(guī)劃過程中準(zhǔn)確地確定電池儲能系統(tǒng)容量的價(jià)值,許多人都在提倡使用有效承載能力(ELCC),但是有效承載能力(ELCC)在規(guī)劃中的用途是有爭議的。
有關(guān)有效承載能力(ELCC)的爭議
當(dāng)公用事業(yè)公司和其他公司努力確定部署適宜的儲能系統(tǒng)裝機(jī)容量時(shí),有效承載能力(ELCC)應(yīng)該確定用于資源規(guī)劃目標(biāo)的儲能價(jià)值,但有些人認(rèn)為它不是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳工具。
加州公共事業(yè)委員會(huì)(CpUC)能源部門總監(jiān)EdwardRandolph表示,有效承載能力(ELCC)已經(jīng)成為加州公共事業(yè)委員會(huì)(CpUC)綜合資源規(guī)劃(IRp)的一部分。他說,“最近的有效承載能力(ELCC)計(jì)算聲明,所有資源的可靠性可能會(huì)新增儲能系統(tǒng)、太陽能+儲能、需求應(yīng)和,以及其他能更好地滿足峰值需求能源的采購?!?/p>
Gridworks公司專家,前任加州公共事業(yè)委員會(huì)(CpUC)能源顧問MatthewTIsdale表示,其爭議在于有效承載能力(ELCC)是不是支持采用成本最低、最可靠的資源來滿足該州的需求和目標(biāo),這個(gè)爭議目前正在評估加州公共事業(yè)委員會(huì)(CpUC的)綜合資源規(guī)劃(IRp)流程。
TIsdale認(rèn)為,有效承載能力(ELCC)是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過程,但是與成本相比,它可能會(huì)忽略某些資源的價(jià)值,其中包括儲能系統(tǒng)價(jià)值。
在紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(NYISO)在2018年十二月六日舉辦的一次研討會(huì)上,參會(huì)者對紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(NYISO)提出的儲能容量價(jià)值辦法表示擔(dān)憂,一些利益相關(guān)者為此提出了有效承載能力(ELCC)這一辦法。
依據(jù)紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(NYISO)在2019年五月的回應(yīng),利益相關(guān)者希望平衡和可靠性服務(wù)的定價(jià)和投資信號來自紐約批發(fā)能源市場。雖然可以使用有效承載能力(ELCC)掂量,但紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(NYISO)發(fā)現(xiàn)它可能過于依靠行政命令,或者要更復(fù)雜的計(jì)算,這使得公用事業(yè)公司的規(guī)劃過于模糊。
美國儲能協(xié)會(huì)的burwen說,Astrape公司對美國電力西南聯(lián)營公司的有效承載能力(ELCC)提出了類似的觀點(diǎn)。美國聯(lián)邦能源管理委員會(huì)于2019年十月啟動(dòng)了一項(xiàng)程序,以研究pJM互聯(lián)公司的有效承載能力(ELCC)。他說,“這個(gè)概念正在發(fā)展。即使是每小時(shí)建模的精細(xì)度也不能完全捕捉到實(shí)際世界中電池儲能系統(tǒng)靈活性的價(jià)值?!?/p>
美國國家可再生能源試驗(yàn)室(NREL)在2019年六月公布的一份研究報(bào)告提出了有效承載能力(ELCC)的替代辦法。研究報(bào)告聲稱,“有效承載能力(ELCC)模擬在考慮大量場景時(shí)可能要進(jìn)行大量計(jì)算。而更簡單但同樣準(zhǔn)確的近似值可以針對減少‘凈峰值需求’所需的電池儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量進(jìn)行分解?!?/p>
Gridworks公司的TIsdale說,“由于存在眾多競爭利益,并且對將來不確定性的基礎(chǔ)上進(jìn)行了極其復(fù)雜的分解,業(yè)界人士對有效承載能力(ELCC)之類的計(jì)劃持不同意見也就不足為奇,因?yàn)榻2⒉荒芴娲鷮<业呐袛?。?/p>
brattle公司的Hledik指出,復(fù)雜而具體的建??梢源_定更多儲能系統(tǒng)裝機(jī)容量所帶來的增量收益等于向電力系統(tǒng)中新增儲能系統(tǒng)的成本。這一點(diǎn)可能要求部署更多的儲能系統(tǒng)。
Hledik補(bǔ)充說,“技術(shù)、資源價(jià)格和其他電力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素正在快速發(fā)展。為了了解將來的一些重大變化,資源規(guī)劃應(yīng)當(dāng)認(rèn)真處理一些看似合理且常常更新的問題。電池儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量分解新增了這些挑戰(zhàn),但它不再是一種假設(shè),我們正在了解要怎么樣使用儲能系統(tǒng)方面取得緊要進(jìn)展?!?/p>