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如何利用储能系统优化现有发电厂?

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2019-04-15 浏览:
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中国储能网讯:如今,电网的能源转型比人们在10年前想象的还要快,当时天然气似乎是未来的主要能源。而随着可再生能源和储能系统成本的不断下降,未来的能源正在重新定义。

10年前,水平钻井的出现使得天然气成为美国电力部门的宠儿,并且有着充分的理由。天然气有助于提供稳定的基本负荷和易于分配的峰值负荷功率。与煤炭发电相比,天然气发电价格低廉,碳排放量显著降低,被誉为一种储量丰富、经济高效的能源,可以成为电力部门未来的可再生能源。然而,现在看来,这种转变比预期的要早得多。随着可再生能源和储能的部署在美国各州呈指数级加速,公用事业公司认识到储能资源已提供有力补充,并在某些情况下完全取代燃气发电。

可再生能源和储能的激烈竞争

在北美,天然气不再是最具成本效益和最为低碳的能源。尽管天然气在未来几年仍将是多样化发电设施的重要燃料来源,但它面临着竞争。例如,在2017年初,美国中西部的风力发电设施向美国中部14个州(从蒙大拿州到德克萨斯州)的电网提供了50%以上的低成本清洁电力,这是有史以来第一次。自2010年以来,美国电网规模太阳能发电价格已下跌73%,其价格(不包括补贴或税收抵免)为45美元/兆瓦时,而在太阳能丰富的西南部各州的太阳能发电价格则低至23美元/兆瓦时。墨西哥2017年的太阳能发电拍卖达到迄今为止世界上最低的价格:19.18美元/兆瓦时。在全球范围内,国际可再生能源机构(IRENA)表示,到2020年,可再生能源技术在化石燃料价格方面具有竞争力。

从资源规划的角度来看,新一代天然气发电技术也正在失去青睐。2018年,亚利桑那州呼吁对超过150MW的天然气发电厂进行暂停一年运营,因为它评估可再生能源和储能系统,以满足未来的峰值电力需求。虽然加利福尼亚州仍然依赖天然气发电厂来满足该州大约三分之一的电力需求,但最近一项科学家联盟的研究表明,该州不需要再建造天然气发电厂来满足2030年预计的能源或可靠性需求。相反,能源需求可以通过可再生能源加上储能、能效措施和负荷转移来满足。马萨诸塞州、纽约州、俄勒冈州和新泽西州都有强制性的可再生能源和储能目标,以便在他们寻求绿化电网时实现资源组合的多样化。因此,可以合理地假设可再生能源的产能将继续快速增长,并且储能部署也随之增长。

加州铺平储能部署道路

加利福尼亚州是美国电网规模储能政策和部署的公认领导者。值得注意的是,2015年,该州通过紧急采购储能设施来应对阿里索峡谷天然气泄漏事故导致的电力不足。储能系统的采购和调试的时间不到八个月,证明了可以部署储能的速度和效率,有效地缓解了电力可靠性问题。最近,为南加州爱迪生(SCE)公司电网设计的262MW天然气发电厂以取消普恩特电力项目,加利福尼亚国际标准化组织愿意将可再生能源、分布式能源和储能结合起来,作为燃气发电的可行替代方案。

2018年9月,加利福尼亚州公用事业委员会(CPUC)发布了一项公众征求意见的决议,批准太平洋天然气和电力公司提交的申请,寻找批准历史上最大的电池储能项目的采购(装机容量为567.5MW,4小时储能)。目的是取代三个燃气发电厂,否则这些发电厂将需要实施可靠性必须运行(RMR)合同。如果得到加利福尼亚州公用事业委员会(CPUC)的批准,这些储能资产将在2020年上线运营。这一趋势很明显:储能系统可以经济地整合,在某些情况下,可以取代天然气发电厂。

随着2018年9月加利福尼亚州参议院100号法案的通过,加州政府的法律现在要求到2045年为终端客户和州机构采购的电力100%为零排放。这一具有里程碑意义的立法已经启动了一条有保障的储能和可再生能源成为加州的主要能源供应通道。迄今为止,加利福尼亚州在美国制定了最高的清洁能源目标。

除了诸如SB 100之类的立法之外,还有几个因素有助于加速储能技术的采用,以作为增强、优化和潜在替代然气发电厂的一种手段,在加利福尼亚州当然还有更多。

•与建造新的天然气、核电站或煤电厂相比,储能部署既快捷又便宜。平均来说,建设天然气峰值电厂需要三年时间;相比之下,特斯拉公司的装机容量为100MW的Hornsdale储能设施在100天内完工。此外,为应对阿里索峡谷天然气采购约100MW的储能容量在8个月内完成。

•储能设施为纽约市、南加州和墨西哥巴哈半岛等地区日益增长的成本高昂电力容量和输电需求提供了快速、清洁、低成本的解决方案。

•储能的价值主张超越了可分配的电力,因为它还可以提供经济高效、高度响应的电压支持、频率调节、拥塞缓解、辅助服务和弹性(紧急备份)。

转型:利用储能系统优化现有发电厂

2017年,美国近32%的电力来自天然气发电厂,比其他单一能源都要多,其次是煤炭发电。随着可再生能源的增长和煤炭发电的逐步淘汰,新的和现有的天然气发电厂将需要变得更快、更灵活,储能系统可以在管理电网变化方面提供电力补充,同时在不危及可靠性的情况下与可再生能源价格下降相竞争。将储能系统与新的和现有的天然气发电厂相结合可以显著提高其速度和灵活性,从而提高效率和降低排放。储能的集成使天然气发电厂能够在不影响可靠性的情况下立即关闭,并使其在开通运营时以最佳效率运行。这对于位于贫困社区附近的发电厂尤其重要,因为这些地区的优先事项是加快减排。

这种混合部署设施已经被部署为在南加州爱迪生(SCE)公司的Norwalk发电厂和Rancho Cucamonga发电厂使用由Wellhead电气公司和通用电气公司开发的混合动力燃气轮机技术(EGT)。这两个发电厂都处于贫困地区。将现有发电厂与储能系统混合部署的优点是:a)由此产生的混合部署可以提供许多与独立储能系统相同的可靠性属性,而不会采用化石燃料;b)它可以提供在电网紧急情况期间在特定位置提供电力所需的无限持续时间; c)符合南加州爱迪生(SCE)公司的当地容量要求。

事实上,混合天然气发电厂非常有效,以至于南加州爱迪生(SCE)公司已经记录在案,表明混合动力燃气轮机技术(EGT)技术的净现值(NPV)最高。

随着时间的推移,电池储能系统得到增强,从而优化现有的电网互连能力(另一个有价值的电网资源),最终只将燃气发电厂用作应急备用资源。在需要基本负荷发电的地方,这些发电机可以转换为使用可再生能源气体,如沼气或氢气(加利福尼亚州的SB1369法规将其正式定义为一种储能方式)。这一过渡到主要由储能和可再生能源以及所有可再生天然气发电运营的电力部门的过程已经开始。

随着人们迈向更可持续的未来,储能设施将通过使包括发电厂(天然气和可再生能源)在内的各种现有资产以更具成本效益和更强大的功能运行来提高电网的稳定性,同时降低能耗、温室气体和污染物的排放。

关键字:储能系统

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