Може ли системата за съхранение на електроенергия (BESS) да се използва за намаляване на върховете в градските електрически мрежи?

Разбиране на намаляването на върховете и стреса върху градските електрически мрежи

Градските електрически мрежи са изправени пред фундаментален дисбаланс между доставката и търсенето на електроенергия. Потреблението рязко нараства през сутрешните и вечерните часове, когато търговски сгради, транзитни системи и домакинства едновременно консумират електроенергия. Разликата между базовото натоварване и тези върхове принуждава електроснабдителните компании да поддържат резервна мощност в режим на въртене — електроцентрали, работещи на частична мощност и изгарящи гориво, докато чакат възможни, но не задължителни, върхове на търсенето.

Смъкването на върховете отстранява тази неефективност, като намалява максималната мощност, изтегляна от електрическата мрежа по време на периоди с високо търсене. Вместо да увеличават производството си, електроенергийните компании или големите потребители използват натрупана енергия, за да покрият разликата. Икономическият аргумент в полза на смъкването на върховете става все по-силен, докато цените за електроенергия според времето на използване стават стандарт в метрополитенските пазари, където цените по време на върховете могат да надвишават цените извън върховете с фактор три или повече.

БЕСС — Системи за съхранение на енергия в батерии (BESS) — са се превърнали в доминиращата технология за това приложение. За разлика от традиционното водно натрупване чрез насоси, което изисква специфична география, или системите с маховици, ограничени до краткотрайни импулси, съхранението в батерии може да се мащабира от комерсиални сгради до инсталации с размери на електроенергийна компания, обслужващи цели урбани райони.

Как BESS осъществява смъкването на върховете в урбани среди

Логика на цикъла зареждане-разреждане

А бЕСС инсталацията, свързана към градска подстанция, зарежда през часовете с ниско търсене — обикновено между полунощ и 6:00 ч. сутринта, когато базовото производство надвишава търсенето. Натрупаната енергия се връща в мрежата по време на сутрешния пиков период (7:00–10:00 ч.) и вечерния пиков период (17:00–21:00 ч.), изглаждащ нетната товарна крива, която горната предавателна мрежа трябва да покрива.

Батериите от тип литиево-желязо-фосфат (LiFePO4) доминират в градските разположения на системи за съхранение на електроенергия (BESS) по няколко причини. Тяхната термична стабилност намалява риска от пожар в гъсто населени райони, където събитие на термичен разпад има неприемливи последици. Броят на циклите на зареждане и разреждане надхвърля 6000 при дълбочина на разреждане 80 %, което означава, че система, инсталирана днес, ще остане икономически продуктивна в продължение на 15–20 години при ежедневна употреба за смъкване на пиковете.

Муниципална електроенергийна компания в Югоизточна Азия инсталирала 20 MW/40 MWh батерийна енергийна система (BESS) на претоварена градска трансформаторна подстанция, където ограниченията във физическото пространство попречили да се добави трети трансформатор. Батерийната система погълнала 15 MW върховата мощност за климатични инсталации през следобеда и отложила капиталовите разходи за модернизация на подстанцията – приблизително 12 милиона щатски долара – с около седем години.

Интеграция със съществуващата инфраструктура на подстанцията

Градските BESS инсталации обикновено се свързват на среднонапрежението ниво (10–35 kV) чрез повишаващи трансформатори, интегрирани в батерийния контейнер или монтирани до него. Системата за преобразуване на мощност (PCS) управлява двупосочния поток на енергия и превключва от ректификация по време на зареждане към инвертиране по време на разреждане за милисекунди след получаване на сигнал за диспечериране от мрежата.

Конфигурациите на BESS за монтаж в стойка са подходящи за вътрешни разпределителни подстанции, където пространството на пода е ограничено. Струпаемите конструкции на BESS позволяват на електроенергийните компании постепенно да увеличават капацитета — започвайки с контейнер от 5 MWh и добавяйки допълнителни единици по мярка на промените в търсенето. Този модуларен подход намалява първоначалните капитали, необходими за инвестиция, в сравнение с изграждането на специализирана BESS инсталация.

Технически изисквания за разполагане на BESS в градска среда

Пространствени и безопасностни съображения

В градските разпределителни подстанции рядко има свободна земя за големи батерийни инсталации. Контейнеризираните BESS решения решават този проблем чрез предварително производство на цялата система — батерии, PCS, термичен мениджмънт и система за потушаване на пожари — в стандартни транспортни контейнери, които могат да се разположат върху съществуващите бетонни площадки на подстанциите.

Протоколите за пожарна безопасност изискват многослойна защита: наблюдение на ниво клетка, което открива аномалии в напрежението преди започване на топлинен разпад; откриване на газове на ниво модул, което активира вентилация преди да се натрупат запалими пари от електролит; и аерозолни системи за потушаване на ниво контейнер, които се задействат автоматично. Стандартът NFPA 855 определя изискванията за инсталиране на системи за съхранение на енергия и специфицира разстоянията за отделяне и изискванията за вентилация, които трябва да бъдат изпълнени при градски разположения поради близостта им до заети сгради.

Стандарти за свързване към електрическата мрежа

IEEE 1547 регулира връзката на разпределените енергийни ресурси, включително системите за съхранение на електроенергия (BESS), с електрическата мрежа. В градските разположения трябва да се демонстрира способност за преодоляване на кратковременни нарушения — оставане свързани по време на кратки спадове на напрежението, вместо прекъсване на връзката, което би усилвало нестабилността на мрежата по време на точно онези пикови събития, за чието намаляване системата е проектирана. Устройството за преобразуване на мощност (PCS) трябва да синхронизира честотата си с честотата на мрежата в рамките на ±0,5 Hz и да отговаря на командите на електроснабдителната компания чрез интеграция с SCADA.

Често задавани въпроси

Какъв размер BESS е необходим за пиковото изравняване в градски условия?

Търговските сгради обикновено изискват 500 kWh – 2 MWh, за да се изравни пиковото натоварване на обекта. Пиковото изравняване на ниво разпределителна подстанция изисква 10–50 MWh, в зависимост от профила на натоварването на фидерите. Урбани разположения на ниво електроснабдителна компания започват от 100 MWh и нагоре. Размерът зависи от величината и продължителността на пиковото натоварване, както и от желаната процентна намалена стойност, а не от някаква фиксирана формула.

Колко дълго може една BESS да поддържа разряд за пиковото изравняване?

Повечето градски системи за намаляване на върховете имат цел да осигуряват непрекъснат разряд в продължение на 2–4 часа при номинална мощност. Това покрива типичния утринен или вечерен върхов период. Съществуват и системи с по-дълго време на работа (6–8 часа), но те имат по-висока цена на киловатчас, която рядко оправдава допълнителната мощност само за намаляване на върховете, макар че добавят стойност чрез допълнителни услуги като регулиране на честотата.

Работи ли намаляването на върховете с BESS заедно с интеграцията на възобновяема енергия?

Да. Комбинирането на BESS със слънчеви панели на покривите или градски вятърни генератори създава хибридна система, при която излишната енергия от възобновяемите източници през обедните часове зарежда батерията за разряд през вечерния върхов период. Това решава проблема с „патешката крива“, при който производството от слънчева енергия намалява точно когато вечерната търсеност расте. Доставчици като Liaoning Sinotech Group предлагат интегрирани решения за BESS и слънчева енергия за тази цел.

Каква е разликата между монтирането в стойка и стапируемите BESS?

Системата за съхранение на електрическа енергия (BESS), монтирана в стойка, се побира в стандартни 19-инчови сървърни стойки за вътрешни инсталации с контролирани среди. BESS с възможност за струпване използва водонепроницаеми външни кабинети, които са свързани електрически помежду си и комуникират чрез централен контролер. Монтажът в стойка е подходящ за сгради за управление на подстанции; струпването е подходящо за външно разположени инсталации на площадки, където няма възможност за вътрешно разположение.

Как намаляването на върховете на потреблението чрез BESS намалява електроенергийните разходи?

Търговските и промишлените потребители, които използват тарифи според времето на деня, избягват такси за максимално потребление, като използват енергия от BESS по време на периодите с най-високи цени. Таксите за максимално потребление — базирани на интервала от 15 минути с най-високо потребление всеки месец — могат да представляват 30–70 % от общата електроенергийна сметка на обекта. Намаляването на върховете отстранява или намалява тези такси, без да се намалява действителното енергийно потребление.

Какво обслужване изисква урбаната инсталация на BESS?

Тримесечен преглед на системата за термично управление, полугодишно тестване на капацитета и непрекъснато дистанционно наблюдение чрез системата за управление на батерията. Химията LiFePO4 не изисква подновяване на електролита, за разлика от алтернативите с оловно-киселина батерия. Балансирането на клетките се извършва автоматично чрез BMS по време на работа при частичен заряд, характерна за цикли на намаляване на върховете.