大规模电池储能在今天的电网中扮演何种角色?

来源: CNESA 编辑:jianping 电池储能电网

世界上部分地区正在以前所未有的速度部署电网规模的储能,迄今,这些储能设施对它们想解决的问题起到了哪些作用?

储能“爆发年”

“2021年是储能行业的爆发年,证明了在公用事业规模上,电池储能是一种可行的、灵活可靠的能量来源,”三菱电力美洲公司储能解决方案高级副总裁Thomas Cornell在最近的采访中表示。

美国、英国和澳大利亚等领先的市场上已经部署了大约6500MW的并网电池储能,其中大约三分之二是在2021年投运的。

但大多数人都认为,尽管装机容量如此之高,主要支撑储能的仍然是它的功率,而不是能量。

“当今,储能主要是作为一个备用系统,”EPRI分布式能源和储能主管Haresh Kamath说:“现在储能有一定希望可以更多地承担起可再生能源负荷的转移任务,但就它目前的数量而言,能够发挥的作用是有限的。”

将可再生能源发出的电能从发电高峰转移到需求高峰将是储能长期、主要的收益来源,但这种模式目前还处于初级阶段,即使是在能量时移已经开始发展的地方,例如加利福尼亚州,储能转移的也不一定是可再生能源发出的电能。

加州独立系统运营商CAISO

作为迄今为止最成熟的储能部署市场,CAISO电网是一个理想的起点,因为其系统上有超过2700MW的并网储能装机。由于CPUC的一些规定,要求公用事业和其他负荷服务实体必须采购电网灵活性资源,这里的储能行业已经实现了起飞。

CAISO储能部门经理Gabe Murtaugh表示,加州的储能设施现在定期地将多达6000MWh的电能从一天中的低价时段转移到高价时段,有助于抑制加州每日电力需求形成的“鸭型曲线”。

但是,Murtaugh说到,这种能量时移主要转移的是低价但高污染的燃气发电资源,“在一些可再生能源发电过剩的时段,储能肯定吸收了一部分可再生的电能,但还需要几年,储能才能以可再生能源作为其主要的充电电能。”

CAISO最近宣布了储能在2021年7月俄勒冈州Bootleg野火发生时的作用,当时在连接各地区的三条输电线路瘫痪后,CAISO调度了大约1000MW的储能资源来帮助维持照明。

“我们现在经常看到一些5分钟的调度间隔,这些时段内基本上所有的储能资源都被电网调度,总计将近3000MW,随着更多的储能系统并网,这个数字在夏天还会增加,”他说到。3月份CAISO电网的峰值需求为28971MW,这意味着储能在不同的时间段将至少承担10%的负荷。

CAISO预计,到今年夏天将有大约4000MW的储能设备投运,这将进一步帮助减轻野火灾害对电网稳定性的风险。当时在Bootleg野火发生时,只有大约1500MW储能装机容量。

德克萨斯州电力可靠性委员会ERCOT

德克萨斯州目前引领着美国可再生能源行业,装机容量达到45077MW,主要构成是风电,是第二名加利福尼亚州装机容量(22929MW)的两倍。

这为德州的储能行业创造了一个巨大的机遇,可以参与波动的电力市场,帮助电网削峰填谷平抑波动,解决电网不平衡问题,储能+风电模式有望在未来几年成为其市场的一个重要驱动力。

德州和加州系统集成商FlexGen的业务发展高级副总裁Jason Abiecunas说,储能的主要收入来源之前一直是调频服务,特别是响应备用服务(Responsive Reserve Service)和固定频率响应(Firm Frequency Response)。

然而在现在,英国储能投资者Gore Street Capital的首席执行官Alex O'Cinneide说,当地储能提供调频服务维持电网平衡与电量交易之间的比例接近1:1。

根据电网运营商ERCOT在2021年底发布的数据,在本报告撰写时,德州可能有大约1300~1800MW的并网储能装机。

但是,Abicunas说,目前没有迹象表明调频辅助服务市场会很快达到饱和,它仍是德州储能发展的主要驱动力。

虽然2021年2月德州的毁灭性风暴夺去了数百人的生命,但这段时期仍展示了德州电网储能的潜力。

Abiecunas说,“大家都看到了储能在这一危急时期能够提供的巨大价值,这是一种能够提供电网局部稳定性的资源,当电网需要时,可以依靠储能来提供各种服务,以满足当时电网的需求。”

今年2月,另一场风暴在美国肆虐,但电力系统保持了平稳运行,他说:“当时电网状况良好,储能设施发挥了应有的作用,所有系统一切正常。”

英国/爱尔兰

2021年,英国部署了约446MW的电池储能,目前,总并网储能装机容量达到了1700MW。

“我们大多数情况下需要的是电池的功率,而不是它们的能量,它们处于待机状态,以备不时之需,因此,就它们在动态遏制(英国的一种调频辅助服务)等服务中充放的电能而言,电池的实际利用率确实很低,”市场情报公司Modo Energy的首席分析官Robyn Lucas说。

调频服务的总容量略高于1000MW,主要是为储能设计并由储能主导。根据Modo的数据,英国的三种调频服务,动态遏制(DC)、固定频率响应(FFR)和增强频率响应(EFR),在2021年占了电池储能收入的90%以上,但在今年年底也开始发生转变。

“现在电能批发市场上有很多机会,因为市场价格一直很不稳定,”O'Cinneide说,“英国储能的最佳营收方案仍然是提供80%~85%的电网平衡业务,10%的容量交易和5%~10%的电能量交易。”

储能也正在成为英国国家电网公司推出的容量市场拍卖中一个引人注目的角色,在最近的2025/26年的容量拍卖中,1094MW的电池在总计27632MW的招标中胜出,占到2.5%。

虽然储能目前在电网平衡机制中的作用还很小,但这是英国电网短期内平衡电网的一个重要手段。储能参与电能批发市场的交易,有助于抑制电价波动,从系统的角度来看,这是有利的。

爱尔兰的储能部署水平则要低得多,但仍有值得注意的方面。2021年5月,当爱尔兰电网频率跌落到正常范围以下时,两个共37MW的电池储能系统介入,这是爱尔兰多年来最长的频率跌落事件,电网超出49.9Hz-50.1Hz的范围超过了14分钟。

西欧

在储能部署方面,西欧略微落后于英美和澳大利亚。市场情报公司EnAppSys的主管Jean-Paul Harreman说,法国有大约300MW的并网储能装机,德国有大约600MW,荷兰和比利时各低于100MW。

这些储能大部分用于提供频率遏制,这是一种频率响应服务,需要在频率跌落后30秒内启动。

但是,由于西欧的储能规模较小,到目前为止还没有储能在维护电网稳定方面发挥关键作用的案例。他说:“需要三到五年的时间,储能才会开始显现出作用。从长远来看,储能有可能减少市场的波动,首先将在分布式电网的终端发挥作用。由于电池充放电之间存在一定的电价差异,储能将试图捕捉两个最极端的电价。”

澳大利亚

澳大利亚电网运营商AEMO希望有更多的储能参与到辅助服务市场。但这是一个薄弱的市场,总量只有约800~820MW,其中包括600MW的频率调节辅助服务(Frequency Control Ancillary Services),因此,部署的储能越多,调频服务的价格就会下跌。

根据澳大利亚Cornwall Insight公司的管理顾问Ben Cerini的说法,目前大约有580MW的电网规模储能装机,预计到2030年将大约有15GW(还有30GW的分布式资源,包括屋顶光伏)。今天,储能在频率调节辅助服务中占据的市场份额约为25%。

他说,今天,澳大利亚电网规模储能的80%~90%的收入都来自频率调节辅助服务,只有剩余的10%~20%来自电能量交易。储能商业模式的经济可行性还没有得到证实,但这种情况在未来可能会发生改变。

他说:“午间和晚高峰之间的电价差将在未来持续增加,特别是随着更多的屋顶光伏并入电网。

挑战和结论

除了储能开发商和业主在收益方面面临的各种挑战外,电网和配网运营商在储能容量不断增加的情况下,也面临着一些自身的问题。

很明显,尽管我们在2021年看到了大量的储能部署,但储能离真正实现可再生能源的能量时移还有一段距离。

但正如前文所述,它通过以频率响应的方式作为备用电源的作用对电网的运行非常重要。对频率跌落的即时响应、技术故障或是极端天气事件,都为储能的作用提供了具体的案例。

随着时间推移,有一个明显的趋势是储能更多地参与电能批发交易,逐渐开始参与一些可再生能源的能量时移,但它目前还处于初级阶段。随着更多可再生能源并网,我们将在未来几年越来越多地看到储能在电力系统脱碳中发挥的重要作用。
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