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美国权威分析储能在电力系统中的应用(2)

北极星储能网  来源:能见Eknower  作者:Abbas A.Akhil等  2018/5/17 8:36:24  我要投稿  

2.2.2、旋转备用,非旋转备用和补充备用

电网正常运行需要备用容量在发电资源意外中断情况下发电。通常情况下备用容量为以下两者最小值,最大发电厂容量或计划发电容量的15%-20%。NERC和FERC在不同条件下对备用定义有所不同。

旋转备用(同步的)—在线发电容量但未进行发电,可在10分钟内响应以应对发电机或输电中断情况。“频率响应”旋转备用可在10分钟内响应以保持系统频率稳定。旋转备用在电力短缺时首先被调用。

非旋转备用(非同步的)—为离线发电容量或可减少及中断负荷,能够在10分钟内响应。

补充备用—发电厂可在1小时内发电。其作用为旋转和非旋转备用的备用。备用供应可作为商业售电的备用。补充备用跟电网不同步,其在旋转备用全部上线之后启用。

常规备用发电厂需要保持在线和运行状态,而储能电站作为备用不需要放电,只用在需要时放电即可。备用容量必须能接受和响应控制信号,图2.6表现储能提供旋转备用服务。上面曲线为发电机掉线,下面曲线为储能立即响应提供30分钟放电,直至其他发电厂上线发电。

技术要求:储能电站容量为10-100MW,持续放电时间为15分钟-60分钟,年最小运行次数为20-50次

解读:储能容量供应服务适合电力供不应求或供需紧平衡的市场,能够减少备用电源建设。中国电力市场总体供过于求的局面,叠加储能备用服务调用次数较少和价格较低,使其收益有限。

2.2.3、电压稳定

电力系统正常运行条件之一是保持电压稳定在特定范围。这需要控制系统电抗,电抗产生于电网相连的发电机、输电线、用电设备中有或表现出电容和电感特性器件。为了管理电网级电抗,系统运营商需要电压支撑资源弥补无功效应,以保障输电系统稳定运行。

通常指定发电厂产生无功功率(VAR)以抵消电网中电抗。这些电厂一般选在电网中心区域,或者采用分布式方法在大负荷附近建设多个VAR支撑储能电站。

用于电压稳定储能电站PCS必须能在非全功率因子条件下运行,产生或吸收无功功率或无功伏安(VARs)。这种运行模式下不需要有功功率,因此放电时间和循环寿命没要求。

通常电压稳定时间为30分钟内保证电网系统稳定,如果需要可提供发电。图2.7表现三种储能放电:同时提供有功功率和VARs,同时吸收功率平衡电压和VARs,只提供VARs无有功功率释放和吸收。

技术要求:储能电站容量为1-10MW无功伏安,持续放电时间无要求,年最小运行次数无要求

解读:电网电压稳定有多种竞争性技术。储能电压稳定服务可以作为储能电站增值服务。

2.2.4、黑启动

黑启动是储能电站在电网崩溃后为电网提供功率和能量以激活输配电线路和为发电站启动提供电能。金谷电力协会在费尔班克斯使用储能提供黑启动服务以备跟安克雷奇的输电线路中断。图2.8为储能电站运行情况,刚开始放电为两条输电线路提供所需电流,同时为两个柴油发电机提供启动电能,直至电网恢复。只要容量合适和有输电线,储能也可为大型电站提供启动电能。

技术要求:储能电站容量为5-50MW,持续放电时间为15分钟-60分钟,循环寿命为10-20年

解读:黑启动利用次数较低,可作为储能电站增值服务。

2.2.5、负荷跟踪/可再生能源爬坡控制

储能电站非常适用于抑制风电、光伏系统的功率波动,并在该领域广泛应用。该应用要求与储能电站快速响应波动负荷类似。用于平滑可再生能源需要规定储能电站最大功率爬坡率和功率下降率(MW/分钟)以及爬坡时间。储能电站在负荷跟踪和可再生能源爬坡控制方面设计要求相同,因此列为一项应用。

负荷跟踪需要功率输出在几分钟之内迅速变化。储能电站可以调整输出功率以应对特定区域内发电和负荷持续变化。储能电站也可调整功率输出响应系统频率的变化、负荷变化以保证系统频率稳定。

图2.9为负荷跟踪情况。传统发电厂参与负荷跟踪但其出力速度小于其设计或额定功率,致使电厂加热率、燃料成本、排放增加等后果。这导致参与负荷跟踪服务的传统发电厂燃料成本($/MWh)、运营维护成本和排放高于其正常运行状态。如果峰值负荷过后发电厂关闭,发电厂燃料成本、运用维护成本和排放都会显著增加,同时对发电厂可靠性带来严重损害。

储能电站适合负荷跟踪。首先,储能电站可在部分出力的情况下运行同时保证性能不会衰减。第二,储能电站可快速地调整出力响应负荷要求。此外,储能电站可参与跟踪负荷提高和负荷降低两种服务。

在电力市场中,储能电站参与负荷跟踪时充电价格应按批发价计算,否则储能电站的购电成本可能超过负荷跟踪服务收益。储能电站参与负荷跟踪时放电价格也需要在批发电价基础上加上负荷跟踪服务价格。这项服务中储能电站需要跟集中式及分布式发电厂、需求响应/负荷集成商等竞争。

储能电站参与负荷跟踪服务需要接收独立系统运营商(ISO)的AGC信号。大型储能电站参与负荷跟踪服务需要跟其他服务相协调。负荷跟踪可以与可再生能源存储、电能时移、备用容量等相协调。分布式储能电站除了参与负荷跟踪以外,也可以参与分布式应用和电压稳定。

技术要求:储能电站容量为1-100MW,持续放电时间为15分钟-60分钟,年最小运行次数:无要求

解读:大规模新能源间歇出力对电网安全运行带来了挑战,储能可提供新能源爬坡控制和跟踪负荷。储能可再生能源爬坡控制是未来重要应用之一。

2.2.6、频率响应

频率响应跟调频服务非常类似,但是其响应系统时间更短,当电网发生发电厂或输电线掉线的情况下在几秒到一分钟范围实现响应。如图2.10所示,需要很多发电设施响应以抵消电网中发电和负荷之间不平衡,保证系统频率和电网稳定性。在事故发生后几秒内最先响应的是一次调频控制,提高发电厂的功率输出。之后半分钟到几分钟时间内二次调频控制响应AGC信号,其曲线为点状线。在事故发生后,电网频率下降速率跟发生故障的惯性量占比成正比。

解读:频率响应服务类似国内一次调频,属于电厂义务,难以实现市场化商业模式。在国外频率响应也有通过市场采购获取的。

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