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电池储能系统在英国电网停电事件中如何发挥重要作用

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2019-11-04 浏览:
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中国储能网讯:据外媒报道,2019年8月9日下午16:52,英国电网遭遇了一次10年未遇的大规模停电事件,导致电力中断、部分铁路线停止运行、交通信号灯失灵,影响了110多万居民的工作和生活。行业专家Liam Stoker在发表的一篇文章中探讨了此次电力中断的根本原因以及电池储能系统在此次事件发挥的重要作用。

16:52:33.490,这9个数字成为英国电力系统运行历史的一个令人印象深刻的时间戳。2019年8月9日下午,英国电网由于一条电力线路遭到雷击而引发了一系列电力中断事件,导致英国十多年来首次大范围停电。

英国100多万人经历了停电和严重的中断,部分铁路线停止运行。尽管是一个暂时性事件,但这一事件成为全国性的头条新闻。

那么英国电力系统是否遭到网络攻击?并不是,英国主要输电系统运营商National Grid公司很快排除了这个可能。供电并不稳定的可再生能源发电设施是罪魁祸首吗?由于当天的风力发电提供了英国一半以上的电力。而电力中断事件发生后的几天,National Grid公司也驳斥了可再生能源发电导致电网断电的这种说法,这并不是最终导致停电的原因。

英国8月9日停电事件凸显了电池储能系统对于电网稳定运营的重要性

National Grid公司在8月19日发布的初步调查报告宣布这次事件真正的起因。

雷击是导致电力中断的起因

National Grid公司发布的电力事件时间表将一系列事件汇总在一起,这些事件虽然各自可控,但汇集在一起造成的后果导致电网频率下降,随后导致电力中断。根据调查,事发当天下午,雷电击中了剑桥郡圣尼奥斯附近的小镇伊顿索肯附近的一条输电线路。此次雷击与当天发生的数十起雷电袭击电网基础设施的事故一样,通常由其电力保护系统自动处理。但是确实触发了电网“断电”协议,该协议从电力系统中断了约500MW的嵌入式发电设施(家用太阳能发电设施和电池储能系统等)的连接。而损失的这一容量至关重要。(注:嵌入式发电设施通过在配电网建立单独的发电单元来对重要负荷进行供电,并通过公共连接点与电网进行能量交换。)

几秒钟之后,在发生雷击地点的几英里之外的由电力厂商RWE公司拥有的一个名为Little Barford的一座联合循环燃气轮机发电厂(CCGT)的一台发电机组脱机,并使英国电网损失了约700MW的发电量。在这几秒钟内,Orsted公司的Hornsea海上风电场也随之脱机,连锁的电力中断促成了这一罕见电力事故发生。

National Grid公司表示,两个大型发电设施同时脱机的原因仍在继续调查当中,但希望RWE公司和Orsted公司能够合作,以更好地调查这些发电设施发生故障的原因,但到目前为止,这两家电力运营商都对这一事件保持沉默。然而,National Grid公司表示,这些事件以某种方式相互关联,或者可能是一个发电设施的故障触发了另一个发电设施的故障。

在短短几秒钟内,英国的电力系统总共损失了约1378MW的发电量,使电网频率骤降至49.1Hz的初始低点,随后出现二次下降,使频率降至48.8Hz,远远超出了安全运行极限。National Grid公司试图使用备用容量恢复电网频率的尝试失败了,该公司被迫要求区域性电网运营商开始实施低频需求断开(LFDD)方案;实质上是切断客户的电源。

National Grid公司表示,在此期间,储能运营商连接电网的电池储能系统(据称装机容量为475MW)迅速响应向电网供电,对于电网稳定运营发挥了重要作用。

停电时间表

16:52:33.490-英国国家电网输电公司(NGET)收到报告,伊顿索肯-怀蒙德利电力线路因雷击而发生相间对地故障。

16:52:33.728-Orsted公司Hornsea海上风电场开始卸载其发电容量,损失了799MW的发电量。

16:52:34-Little Barford发电厂一台汽轮发电机跳闸,使电力系统损失了244MW的发电量。

16:52:34-英国国家电网调度中心(ESO)启动其频率响应,以稳定电网频率,使其降至49.1Hz。

16:53:18-英国国家电网调度中心(ESO)报告频率响应恢复到49.2Hz,阻止了频率下降。

16:53:31-Little Barford发电厂启动更多发电机组,同时National Grid公司的所有频率响应发电机组正在启动,试图恢复电网频率。

16:53:49.398-电网频率再次下降,低于安全频率48.8Hz。配电网运营商触发低频需求断开(LFDD)协议并断开电网连接,损失了931MW的发电量。

16:53:58-Little Barford发电厂的另一台发电机组脱机,使事情进一步复杂化。至此,累计馈电损耗最高为1,878MW,其中损失的输电系统并网发电量总计1378MW,损失的嵌入式发电设施的发电量为500MW。

16:57:15-英国国家电网调度中心(ESO)在切除负荷并调用了额外的发电资源后,电网频率恢复到50Hz。

17:06-配电系统运营商(DNO)被告知可以开始恢复供电。

17:37-所有配电系统运营商(DNO)确认已经恢复供电。

电网频率下降并在8月9日恢复

启动电池储能系统和发电机组脱机

Little Barford发电厂的一台发电机组在脱机几毫秒后,National Grid公司采用其备用容量以抵消失去的发电量,与此同时电池储能系统开始放电,其他发电机开始启动,在此期间,似乎最坏的情况已经消除。但是,Hornsea风力发电场发生故障使电网频率再次下降,导致National Grid公司的储备容量不足。

National Grid公司在此次事件之后表示,当时的储备装机容量约为1GW,这是符合安全和供应质量标准允许的最低数量。

对于几秒钟内损失接近1.4GW发电量这一重大事件(或者说是一系列单独事件的集合)National Grid公司显然并没有为此做好准备。电力系统运营商是否应该保持规模更大的储备装机容量,尤其是当大量非同步的可再生能源发电进入电力系统时,这很可能成为行业人士争论的核心内容。

由于电池储能系统放电,其他发电机继续启动供电,电网频率开始恢复正常。电网负荷和频率响应的恢复过程只用了2分22秒,这是电池储能系统发挥的重要作用,它可以将电网频率恢复到安全水平,比在2008年发生的这种情况快四倍。电网频率只用了3分47秒就已恢复到安全运行水平,比10年前的11分钟要快得多。

当低频需求断开(LFDD)协议开始实施时,从运营的角度来看,这一事件变得更加有趣。National Grid公司已经指示灵活电力资产进行放电,以弥补损失的容量,但是当配电系统运营商(DNO)开始减轻负荷后,National Grid公司很快看到了电网频率的反弹,电池储能系统指令也被迅速地指示响应。Anesco公司资产管理总监Mike Ryan说,“当National Grid公司切断电源时,电网频率迅速反弹,这意味着我们的电池储能系统需要中断供电来保持电网平衡。”

曾被认为是世界上最安全的英国电力系统在不到四分钟的时间内跳闸随后恢复,然后恢复到安全的运行范围内,这表明电池储能系统起到了关键的作用,但电力系统中断的事实已经成为一个有争议的事件,需要进行官方调查。

部署更多的电池储能系统可以发挥更大作用吗?

Limejump公司首席执行官Erik Nygard呼吁大幅提高频率响应(FFR)型设施部署容量,这些设施可以获得必要的快速响应以抵消电网频率的急剧下降。

National Grid公司的200MW增强型频率响应(EFR)电池储能系统组合可在0.5秒内响应频率事件,确实有助于电力系统运营商的响应。

Nygard说,National Grid公司如果将支持频率响应(FFR)的储能容量增加一倍,有可能缓解诸如8月9日发生这样的情况,但由于每年的运行成本约为1亿英镑,并且这些成本将通过征税转嫁给用户,可能让用户对电费上涨更加敏感,但如果每户居民每年多花几英镑可以保障英国电网运营安全,那么可能只是一个很小的代价。

与此同时,KiWi Power公共事务主管兼英国项目经理Jonathan Ainley表示,National Grid公司必须采取更多的措施,以向更多数量的分布式发电开放平衡机制(BM)。他认为,英国的电力目前主要由规模庞大、集中式化石能源发电的传统发电商所主导。

实际上,英国目前正在经历一场电网规模的电池储能部署热潮。National Grid公司的200MW增强型频率响应(EFR)电池储能系统为电力行业提供了一个稳定的基础,并且开发商和投资商现在都在推动数量可观的储能部署。Solar Media公司内部市场研究团队此前曾表示,仅在今年英国就可能部署装机容量为500MW的电网规模电池储能系统,而这还没有考虑到新兴的工业和商业(C&I)储能市场和住宅储能市场的增长。

部署电池储能系统以及提高英国电网安全能力方面还面临一些障碍。National Grid公司分布式能源(DER)部门为帮助更小、更灵活的资产运营商进入新的市场提供了一些帮助,但仍然存在一些壁垒,能源供应许可证对小公司来说是一个令人望而却步的障碍。

Ainley说:“有了合适的市场,灵活的供应商可以迅速推出快速灵活的电力服务,以帮助National Grid公司避免重演停电事件,并创造一个更智能、更清洁、更具弹性的电力系统。”

这一事件本身虽然可能令人震惊,但可以证明National Grid公司电力系统和断电协议的有效性。这一罕见的电力事件表明电网安全性仍然非常脆弱,National Grid公司目前运营机制可能不再适合快速变化的电力系统。

由英国天然气电力市场办公室(Ofgem)和英国政府能源紧急情况执行委员会(E3C)牵头进行的调查将确定是否有相关方有过错,如果有过错,将进行经济处罚。如果National Grid公司被发现违反许可的问题,则该公司可能被处以年营业额10%的罚款。

在此次电力事件中,电池储能系统在稳定电网方面发挥重要的作用。业界人士认为,英国电力系统运营商今后将会增加储能系统的部署。

关键字:电力事故 电池储能系统

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