Чи можна використовувати BESS для згладжування піків у міських електромережах?

Розуміння згладжування піків та навантаження на міські електромережі

Міські електромережі стикаються з фундаментальною невідповідністю між пропозицією та попитом. Споживання електроенергії стрибає вранці та увечері, коли комерційні будівлі, системи громадського транспорту та побутові споживачі одночасно підключаються до мережі. Різниця між базовим навантаженням та цими піковими потребами змушує комунальні підприємства підтримувати резервну потужність у режимі «обертання» — електростанції працюють на частковому навантаженні, спалюючи паливо, очікуючи стрибків попиту, які можуть мати або не мати місце.

Зрізання піків вирішує цю неефективність шляхом зменшення максимальної потужності, що забирається з електромережі в періоди пікового попиту. Замість збільшення генерації комунальні підприємства або великі споживачі використовують накопичену енергію для покриття різниці. Економічна вигода від зрізання піків зростає, оскільки тарифи на електроенергію за часом споживання стають стандартом на метрополійних ринках, де пікові тарифи можуть перевищувати позапікові втричі чи більше.

BESS — Системи акумуляторного накопичення енергії (BESS) — стали провідною технологією для цього застосування. На відміну від традиційного гідроакумулювання з насосами, яке вимагає спеціальної географії, або маховикових систем, обмежених короткочасними імпульсами, акумуляторне накопичення масштабується від комерційних будівель до установок комунального рівня, що обслуговують цілі урбаністичні райони.

Як BESS здійснює зрізання піків у міських середовищах

Логіка циклів заряджання-розряджання

А bESS встановлення, підключене до міської підстанції, заряджається в періоди низького навантаження — зазвичай між північчю та 6 годиною ранку, коли базове виробництво енергії перевищує попит. Збережена енергія подається назад у мережу під час ранкового піку (7–10 годин ранку) та вечірнього піку (17–21 година), вирівнюючи криву чистого навантаження, яку повинна обробляти вищестояча передавальна мережа.

Акумулятори на основі літій-залізо-фосфату (LiFePO4) домінують у міських розгортаннях систем накопичення електроенергії (BESS) з кількох причин. Їхня термічна стабільність зменшує ризик пожежі в густонаселених районах, де подія термічного розбіжного процесу має неприйнятні наслідки. Термін служби, що перевищує 6 000 циклів заряджання-розряджання при глибині розряду 80 %, означає, що система, встановлена сьогодні, залишатиметься економічно ефективною протягом 15–20 років щоденного використання для згладжування пікового навантаження.

Муніципальна енергетична компанія в Південно-Східній Азії розгорнула систему накопичення електроенергії потужністю 20 МВт/40 МВт·год у переповненій міській підстанції, де обмежені фізичні розміри території не дозволили встановити третій трансформатор. Акумуляторна система знизила пікове навантаження від кондиціонерів у другій половині дня на 15 МВт, що відклало капітальні витрати на модернізацію підстанції приблизно на сім років — на суму близько 12 млн доларів США.

Інтеграція з існуючою інфраструктурою підстанції

Урбаністичні установки BESS, як правило, підключаються на середньонапруженному рівні (10–35 кВ) за допомогою підвищувальних трансформаторів, інтегрованих у контейнер з акумуляторами або встановлених поруч із ним. Система перетворення потужності (PCS) керує двонапрямним потоком електроенергії, перемикаючись з режиму випрямлення під час заряджання на режим інвертування під час розряджання за кілька мілісекунд після отримання сигналу про керування від мережі.

Конфігурації BESS із монтажем у стійку підходять для розміщення всередині підстанцій у міських умовах, де обмежено площа підлоги. Конструкції BESS із можливістю штабелювання дозволяють енергопостачальникам поступово збільшувати потужність — починаючи з контейнера на 5 МВт·год і додаючи нові блоки в міру зміни моделей споживання. Такий модульний підхід зменшує початкові капіталовкладення порівняно з будівництвом спеціалізованого об’єкта BESS.

Технічні вимоги до розміщення BESS у міських умовах

Просторові та безпекові аспекти

У міських підстанціях практично завжди відсутня вільна територія для великомасштабних батарейних установок. Рішення BESS у контейнерах вирішують цю проблему, оскільки весь системний комплекс — акумулятори, PCS, система теплового управління та протипожежне обладнання — виготовляється заздалегідь у стандартних морських контейнерах, які можна розмістити на існуючих бетонних площадках підстанцій.

Протипожежні протоколи вимагають багаторівневого захисту: моніторинг на рівні елементів для виявлення аномалій напруги до початку термічного розбіжання, виявлення газів на рівні модулів із автоматичним запуском вентиляції до накопичення парів легкозаймистого електроліту та аерозольні системи гасіння на рівні контейнерів, що активуються автоматично. Стандарт NFPA 855 встановлює вимоги до монтажу систем накопичення енергії, зокрема відстані розділення та вимоги до вентиляції, які мають виконуватися при розташуванні таких систем у міських умовах через їхню близькість до будівель з постійним перебуванням людей.

Стандарти підключення до мережі

IEEE 1547 регулює підключення розподілених енергетичних ресурсів, включаючи системи зберігання електроенергії (BESS), до мережі. У міських розгортаннях необхідно продемонструвати здатність до «проїзду» — залишатися підключеними під час короткочасних провалів напруги замість відключення, що загострювало б нестабільність мережі саме під час пікових подій, які система призначена зменшувати. Перетворювальна система живлення (PCS) має синхронізуватися з частотою мережі в межах ±0,5 Гц і реагувати на команди диспетчерського управління через інтеграцію з SCADA.

Поширені запитання

Якої потужності система зберігання електроенергії (BESS) потрібна для згладжування пікового навантаження в міських умовах?

Для комерційних будівель зазвичай потрібні системи BESS потужністю 500 кВт·год–2 МВт·год, щоб згладити пікове навантаження на рівні окремої споруди. Для згладжування пікового навантаження на рівні розподільчої підстанції потрібні системи потужністю 10–50 МВт·год — залежно від профілів навантаження фідерів. На рівні електромережі в міських умовах масштаб розгортання BESS становить від 100 МВт·год і більше. Потужність системи залежить від величини пікового навантаження, його тривалості та бажаного відсотка зниження, а не від будь-якої фіксованої формули.

Як довго система зберігання електроенергії (BESS) може підтримувати розряд для згладжування пікового навантаження?

Більшість урбанних систем «зрізання» пікового навантаження розраховані на 2–4 години безперервного розряду при номінальній потужності. Це охоплює типовий ранковий або вечірній піковий період. Існують також системи тривалого розряду (6–8 годин), але їхня вартість на кВт·год значно вища, і додаткова ємність рідко виправдана лише для «зрізання» піків — хоча такі системи забезпечують додаткову цінність завдяки допоміжним послугам, наприклад, регулюванню частоти.

Чи працює «зрізання» пікового навантаження за допомогою системи зберігання електроенергії (BESS) разом із інтеграцією відновлюваних джерел енергії?

Так. Поєднання BESS із сонячними панелями на дахах або міськими вітровими електростанціями створює гібридну систему, у якій надлишкова енергія від відновлюваних джерел, отримана вдень, заряджає акумулятор для розряду ввечері під час пікового навантаження. Це вирішує проблему «утиного графіка», коли виробництво сонячної енергії зменшується саме в той час, коли попит увечері зростає. Постачальники, такі як Liaoning Sinotech Group, пропонують інтегровані рішення BESS і сонячної енергетики для цього застосування.

У чому різниця між монтажем BESS у стійці та модульними (стекованими) BESS?

Система зберігання електроенергії (BESS), що встановлюється в стійки, розміщується в стандартних серверних стійках ширини 19 дюймів для внутрішніх установок у контрольованих середовищах. Складові BESS використовують погодостійкі зовнішні шафи, які електрично з’єднуються між собою й взаємодіють через центральний контролер. Встановлення в стійки підходить для будівель керування підстанціями; складові — для зовнішнього розміщення на фундаменті там, де немає приміщень для внутрішнього розміщення.

Як зменшення пікового навантаження за допомогою BESS знижує витрати на електроенергію?

Комерційні та промислові споживачі, які користуються тарифами залежно від часу доби, уникнути плати за пікове навантаження, споживаючи енергію з BESS у періоди найвищих тарифів. Плата за пікове навантаження — розраховується на основі інтервалу тривалістю 15 хвилин із найбільшим споживанням кожного місяця — може становити 30–70 % загального рахунка за електроенергію об’єкта. Зменшення пікового навантаження ліквідує або зменшує такі платежі без скорочення фактичного споживання енергії.

Яке технічне обслуговування потрібне для міської установки BESS?

Щоквартальна перевірка системи термокерування, перевірка ємності двічі на рік та безперервне віддалене спостереження через систему керування акумулятором. Хімія LiFePO4 не потребує поповнення електроліту, на відміну від свинцево-кислотних аналогів. Вирівнювання елементів відбувається автоматично через BMS під час роботи з частковим зарядом, що характерно для циклів роботи зі згладжуванням пікового навантаження.