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如何利用灵活的资源储存过剩可再生能源

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2019-02-28 浏览:
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中国储能网讯:采用数GWh公用事业规模储能系统,可以在太阳能发电设施的上午10点至下午3点之间的“鸭子曲线”期间弥补电力缺口,这听起来似乎是全球和美国各大公用事业公司的发展远景,但总部在卡罗莱纳州杜克能源公司已经提前进入这样的未来。

例如,主要服务于北卡罗来纳州和南卡罗莱纳州东部客户的杜克能源发展公司(DEP),在2017年管理着高达106GWh的过剩能源,这些主要来自北卡罗莱纳州大量的公用事业规模太阳能发电设施。当净需求负荷低于最低可靠运行极限(LROL)时,就会产生“过剩能量”。这往往发生在一天中太阳能发电量最大的时期,即上午10点到下午3点之间,如图所示。

平衡管理机构(BA)负责实现可用能源与能源需求之间的持续平衡,因此,需要确保发电机组能够可靠地满足峰值需求、预期净需求增长率和备用需求,以调节频率,并支持应急应用条件。

最低可靠运行极限(LROL)是保持所需发电机组在线所需的最小功率水平。此外,公用事业公司受私人电力协议的约束,并保证“接受”条款。在“采取”条款和美国能源监管委员会(NERC)强制执行的可靠性要求之间有两方面的问题:(1)维持足够的本地监管储备来管理间歇性和净需求增长;(2)管理多余的能源,这并不是简单,需要在大型太阳能发电设施中打开或关闭重合断路器或关闭天气电发电机组。

此外,需要将多余的可再生能源输送到某个地方。杜克能源发展公司(DEP)的输电运营工程师Kat Sico表示,“当资源可用时,可以通过减少发电机或通过联合调度动态计划输出来管理多余的能源。这种能源可以为杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)的零售负载提供服务,也可以为装机容量为2100MW的抽水蓄能设施提供能源。”

该动态时间表已根据联合调度协议(JDA)实施,其中允许杜克能源发展公司(DEP)和杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)共享“非固定”能源,以经济方式满足客户的能源需求。由于太阳能发电保证了杜克能源发展公司(DEP)的“接收”条款,从杜克能源发展公司(DEP)转移到杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)的多余能量来自其他发电资源。杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)主要服务于北卡罗来纳州和南卡罗来纳州的西部地区,该地区包括阿巴拉契亚山脉,杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)正在当地运营抽水蓄能设施。

如图所示,抽水蓄能发电的概念很简单。利用上游水库和下游水库两个水库,采用两用涡轮机构成抽水蓄电设施。当多余的电能输送到泵房时,大型电机驱动水轮机,将下游水库的水泵送到上游水库,从而存储潜在的能量供日后使用。当需要获取存储的能量时,这个过程就会逆转,水流就会驱动涡轮发电机发电。

图中显示了杜克能源公司的两个抽水蓄能设施的位置和布局。其中较大和较新的一个设施是1991年开通运营的Bad Creek抽水蓄能发电设施。其附近的Jocasee水电站于1975年建成,并作为一个抽水蓄能项目运行,近年来更换升级了更强大的涡轮机。这两个地点的可用储能量大大超过了美国公用事业规模电池储能项目的总装机容量,预计2018年的装机容量约为750MW。

使其系统工作的关键是电力传输系统,弥合了位于杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)的抽水蓄能电站山区远程位置之间的地理距离,以及杜克能源发展公司(DEP)与山麓和沿海地区之间的负载和发电位置以及联合调度协议(JDA)之间远距离的缺陷。这两个平衡管理机构(BA)传输和共享“非固定”能源能力的结合使得有可能将卡罗莱纳州东半部的数千兆瓦的太阳能容量连接起来,并采用抽水蓄能设施有助于防止可再生能源的削减,同时允许杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)和杜克能源发展公司(DEP)平衡机构提供可靠的电力服务,并保持符合美国能源监管委员会(NERC)可靠性标准。

然而,联合调度协议(JDA)是一种战略、经济、增量成本的能源传输工具,它依赖于每小时可用的“非固定”可变速的输电。平衡管理机构(BA)之间的所有电力传输都是灵活的,并且由于输电系统的限制而受到限制。由于联合调度动态调度是一种“非公司”交易,因此与“公司”交易相比,由于受约束,其规模可能缩小。依靠联合调度协议(JDA)来管理运行中过剩的能源将会带来严重的系统运行风险,因为该系统并非设计为管理必须使用太阳能提供的运行中过剩能源的长期解决方案。

此外,杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)和杜克能源发展公司(DEP)继续作为独立的平衡管理部门和公用事业部门运作,并按照北卡罗来纳州公用事业委员会的指示,各自负责各自的独立资源规划和运营。无论当前的过剩能源和抽水蓄能容量有多少,都不能要求使用杜克能源卡罗来纳州公司(DEC的抽水蓄能发电来缓解杜克能源发展公司(DEP)面临的运营挑战。因此,除了确保维持额外的本地调节储备以管理变化性和急剧的净需求增长外,杜克能源发展公司(DEP)的系统当这种输电能力丧失,或者杜克能源发展公司(DEP)的抽水蓄能不可用时,运行人员必须准备好处理多余的电能。杜克能源发展公司(DEP)可以减少一些发电量,首先是该公司的常规发电资产,然后减少自己的太阳能发电量,最后再削减第三方太阳能的发电量。

杜克能源公司继续致力于管理加利福尼亚州之外的这个最苛刻的“鸭子曲线”,将会变得越来越苛刻。Kat Sico警告称,“随着杜克能源卡罗来纳州公司(DEC)和杜克能源发展公司(DEP)的太阳能发电设施的装机容量在2025年达到7,000MW,过剩能源的管理将需要更灵活的资源以及替代储能系统。”

可以肯定的是,当2025年到来时,输配电系统将会提供更大的储能解决方案份额。

关键字:储能 可再生能源

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