如何通过储能系统构建电网灵活性？

构建更大的灵活性

研究表明，在能源转型期间，管理发电设施峰值容量正成为输电网运营商面临的主要挑战。而能源行业正在从集中式火力发电转向分布式可再生能源发电。而可再生能源发电设施通常部署在风能和太阳能资源丰富的地区，但其所在地的电网基础设施通常往往比较薄弱，容纳风力发电场或太阳能发电场的全部发电容量的能力有限。传统的方法是投资建设高压输电线路或升级改造现在的变电站。但是，这一选项对于管理可能只持续几分钟的峰值电力需求是一种成本高昂的方法。法国能源开发商RTE公司为此正在探索将储能系统作为一种更灵活的替代方案。

市场中立的方法

在通常情况下，电网运营商可以通过调峰来管理峰值电力需求。在这种模式下，电池储能系统将在电力充足、市场价格较低时储存能量，并在电力需求回升且价格更高时提供电力。RTE公司是一家受监管的公用事业公司，其使命是用户提供更好的电力服务。因此能不会通过影响能源的价格或可用性来干扰电力市场。RTE公司并不是简单地进行调峰，而是为RINGO储能项目开发了一个新概念，其中在法国各地运营的储能系统将同时存储和释放能量。这确保了可再生能源得到充分利用——换句话说，避免了限电措施；还将克服输电基础设施中可能存在的瓶颈，而不会随时影响电网上的净电量。在RINGO储能项目的早期阶段，储能系统提供商Saft公司就储能系统的功能及其在电网中的作用向RTE公司提供了建议。其目标是帮助RTE公司评估一种在技术和经济上可行的先进的电池储能解决方案。

变电站

在部署RINGO储能项目的同时，RTE公司还关注在可再生能源丰富地区运营的三个变电站。由于该公司肩负输电系统运营商提供公共服务的使命，看到了在法国储能市场发展的机会，并授权三个法国企业或财团采购或部署新的储能系统。

法国电池厂商Saft公司正与其项目合作伙伴施耐德电气公司在法国西部上维埃纳省的贝拉克变电站开展合作，该变电站可以调度大量太阳能。Saft和施耐德电气在多个研发示范和商业项目上有着长期的合作记录。其中包括法国配电运营商Enedis公司的Ventea项目，以及Langa集团在科西嘉岛两家太阳能发电场配套部署电池储能系统的合同。施耐德电气公司为此提供AC/DC电源转换器、变压器以及保护和控制设备。

而Saft公司提供该公司开发的2.5MWh集装箱式锂离子电池储能系统，其中包括热管理、安全管理和控制系统。Saft公司于2020年1月开始动工建设，计划于2022年1月开通运营。

其电池储能系统安装在独立的20英尺集装箱中，这些集装箱式储能系统在法国波尔多的Saft工厂进行了组装和测试，并将交付到项目的现场安装。

部署在变电站附近

而采用Blue Solutions公司部署的10MW电池储能系统和ENGIE Solutions公司部署的30.2MWh电池储能系统部署在法国东南部阿尔卑斯地区的Ventavon变电站附近，该地区也拥有丰富的太阳能。该变电站已经在2021年7月投入使用。

这三家公司都按照RTE公司提供的规范工作，尽管已经根据当地条件进行了调整。RTE公司希望为其客户提供良好的价值，因此在功能和性能保证方面制定了更高要求的规范。此外，该公司还进行了生命周期评估(LCA)，以评估其储能系统在其工作寿命对环境的影响。

同时储存和释放能量

RINGO储能项目在开通运营之后要以缓解电网拥塞。为了说明其必要性，以一个峰值电力需求为130MW的城市为例。虽然这可以与附近风电场的发电能力相匹配，但现有的输电线路的容量只有100MW。

通过在该城市电网的两端部署电池储能系统，下游的电池储能系统在电力峰值期间可以为该城市提供30MW的电力，与此同时，在满足峰值电力需求之后，上游的电池储能系统可以通过输电线路为位于城市下游的电池储能系统提充电。但是，如果部署变电站网络，RTE公司可以根据可再生能源的生产和需求灵活地使用它们。

高功率的趋势

Bellac储能系统的容量为10MW/30.8MWh。这相当于五台风力涡轮机生产的电力或一个具有1万名居民的城镇电力需求。这是Saft公司Intensium®Max20高能(HE)集装箱式电池储能系统的首批部署之一。该储能系统于2019年开通运营，以满足对长时储能系统（通常是几个小时）日益增长的需求。

这是储能系统应用如何变化的一个例子。第一代并网储能以调频为主，这需要电池储能系统快速行动以注入和吸收能量，以帮助电网在严格限定的范围内保持稳定的频率。它需要在短时间内（通常为几秒钟）提供大量电力的电池储能系统。这创造了一种“少量而频繁”的充放电模式，可以使用储能系统保持更长的工作寿命，因为电池的工作寿命与放电深度(DOD)和充放电次数密切相关。

然而，RINGO储能项目和其他储能系统需要更高的储能容量和更长的持续放电时间。最耗能的应用是调峰，电池储能系统存储太阳能发电设施在白天提供的多余电力，并在晚上和早上的需求峰值期间提供电力。

处理多个用例

在Bellac变电站，Saft公司的工程师确定了所部署的电池储能系统的规模，其容量为10 MW/20MWh。在该容量范围内，该公司考虑了AC/DC转换效率，并包括一些备用容量以允许电池老化，以及在工作开始时电池可能无法充满电的情况.

由于放电深度（DOD）是电池老化的一个重要考虑因素，Saft公司将电池储能系统设计为在单个充放电周期中具有可变放电深度（DOD）从其容量的百分之几到70%。

并不是说电池可以指定用于深度循环或比其他同类电池更具深度循环的优势那么简单。因此，Saft公司专注于帮助RTE公司等客户优化深度循环应用中电池的工作寿命。这意味着采用最佳操作策略来考虑电池的老化机制。Saft公司在了解这些因素方面具有优势，因为该公司在各种工业市场中使用自己的技术研发和制造锂离子电池、模块和系统。

Bellac电池储有系统于2021年5月进行测试，并在2021年10月投入使用。RTE公司将在三年的试用期内测试不同的运行模式。在此期间，电网运营商将对储能系统进行微调并获得实用的经验。

在试用结束之后，RTE公司将把电池储能系统的使用权让给第三方投资者，第三方投资者将使用这个电池储能系统提供频率调节、电网平衡和能源套利等服务。

而电池储能系统足够灵活，可以应对多种情况，其中包括在一天内进行多次充电和放电。还可以提供从充电到放电的快速转换，这对于频率响应至关重要。

在该储能项目的工作寿命内，Saft公司将以延长保修和保证正常运行时间的方式提供支持。该公司的团队将提供培训、备件、监控和技术电话支持，以及与RTE公司的维护团队合作进行维护和维修。灵活的架构

电池储能系统的灵活性的另一个方面是RTE公司可以在其他站点部署。它被设计成三个分支，由三个变压器组成，每个变压器由两个电源转换器和四个集装箱式电池储能系统供电。

其每个分支都是相同的，在集装箱中安装相同的电池、电池管理系统、热管理和安全系统。理论上，RTE公司或其他所有者可以更改配置或将电池储能系统放在卡车上，并将其移动到另一个站点。

控制系统是扩大规模的关键

从本质上讲，电网运营商可以使用集装箱式电池储能系统作为一个模块来创建装机容量高达100MW的大型电池储能系统。然而，随着储能技术变得越来越复杂，他们需要复杂的控制系统来确保最佳的充电和平衡。

这优化了能量的可用性，并确保所有电池组都保持在相同的荷电状态（SOC），并且它们不会经历“SOC漂移”，这是描述实际SOC与控制系统记录的SOC之间差异的术语。

为此，Saft公司推出了新的CUBE控制系统，该系统可以管理多达52个并联电池组，为单个电源转换器供电。即使它连接多个集装箱式电池储能系统，电源转换器也将它们视为一个电池储能系统。控制系统还可以允许操作人员隔离单个集装箱式电池储能系统进行维护，而其他集装箱式电池储能系统正常运行，而这提高了储能系统的冗余性和可用性。