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研究表明，在能源轉(zhuǎn)型期間，管理發(fā)電設(shè)施峰值容量正成為輸電網(wǎng)運營商面臨的主要挑戰(zhàn)。而能源行業(yè)正在從集中式火力發(fā)電轉(zhuǎn)向分布式可再生能源發(fā)電。而可再生能源發(fā)電設(shè)施通常部署在風能和太陽能資源豐富的地區(qū)，但其所在地的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施通常往往比較薄弱，容納風力發(fā)電場或太陽能發(fā)電場的全部發(fā)電容量的能力有限。傳統(tǒng)的方法是投資建設(shè)高壓輸電線路或升級改造現(xiàn)在的變電站。但是，這一選項對于管理可能只持續(xù)幾分鐘的峰值電力需求是一種成本高昂的方法。法國能源開發(fā)商RTE公司為此正在探索將儲能系統(tǒng)作為一種更靈活的替代方案。
市場中立的方法
在通常情況下，電網(wǎng)運營商可以通過調(diào)峰來管理峰值電力需求。在這種模式下，電池儲能系統(tǒng)將在電力充足、市場價格較低時儲存能量，并在電力需求回升且價格更高時提供電力。RTE公司是一家受監(jiān)管的公用事業(yè)公司，其使命是用戶提供更好的電力服務。因此能不會通過影響能源的價格或可用性來干擾電力市場。RTE公司并不是簡單地進行調(diào)峰，而是為RINGO儲能項目開發(fā)了一個新概念，其中在法國各地運營的儲能系統(tǒng)將同時存儲和釋放能量。這確保了可再生能源得到充分利用——換句話說，避免了限電措施；還將克服輸電基礎(chǔ)設(shè)施中可能存在的瓶頸，而不會隨時影響電網(wǎng)上的凈電量。在RINGO儲能項目的早期階段，儲能系統(tǒng)提供商Saft公司就儲能系統(tǒng)的功能及其在電網(wǎng)中的作用向RTE公司提供了建議。其目標是幫助RTE公司評估一種在技術(shù)和經(jīng)濟上可行的先進的電池儲能解決方案。
變電站
在部署RINGO儲能項目的同時，RTE公司還關(guān)注在可再生能源豐富地區(qū)運營的三個變電站。由于該公司肩負輸電系統(tǒng)運營商提供公共服務的使命，看到了在法國儲能市場發(fā)展的機會，并授權(quán)三個法國企業(yè)或財團采購或部署新的儲能系統(tǒng)。
法國電池廠商Saft公司正與其項目合作伙伴施耐德電氣公司在法國西部上維埃納省的貝拉克變電站開展合作，該變電站可以調(diào)度大量太陽能。Saft和施耐德電氣在多個研發(fā)示范和商業(yè)項目上有著長期的合作記錄。其中包括法國配電運營商Enedis公司的Ventea項目，以及Langa集團在科西嘉島兩家太陽能發(fā)電場配套部署電池儲能系統(tǒng)的合同。施耐德電氣公司為此提供AC/DC電源轉(zhuǎn)換器、變壓器以及保護和控制設(shè)備。
而Saft公司提供該公司開發(fā)的2.5MWh集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)，其中包括熱管理、安全管理和控制系統(tǒng)。Saft公司于2020年1月開始動工建設(shè)，計劃于2022年1月開通運營。
其電池儲能系統(tǒng)安裝在獨立的20英尺集裝箱中，這些集裝箱式儲能系統(tǒng)在法國波爾多的Saft工廠進行了組裝和測試，并將交付到項目的現(xiàn)場安裝。
部署在變電站附近
而采用Blue Solutions公司部署的10MW電池儲能系統(tǒng)和ENGIE Solutions公司部署的30.2MWh電池儲能系統(tǒng)部署在法國東南部阿爾卑斯地區(qū)的Ventavon變電站附近，該地區(qū)也擁有豐富的太陽能。該變電站已經(jīng)在2021年7月投入使用。
這三家公司都按照RTE公司提供的規(guī)范工作，盡管已經(jīng)根據(jù)當?shù)貤l件進行了調(diào)整。 RTE公司希望為其客戶提供良好的價值，因此在功能和性能保證方面制定了更高要求的規(guī)范。此外，該公司還進行了生命周期評估(LCA)，以評估其儲能系統(tǒng)在其工作壽命對環(huán)境的影響。
同時儲存和釋放能量
RINGO儲能項目在開通運營之后要以緩解電網(wǎng)擁塞。為了說明其必要性，以一個峰值電力需求為130MW的城市為例。雖然這可以與附近風電場的發(fā)電能力相匹配，但現(xiàn)有的輸電線路的容量只有100MW。
通過在該城市電網(wǎng)的兩端部署電池儲能系統(tǒng)，下游的電池儲能系統(tǒng)在電力峰值期間可以為該城市提供30MW的電力，與此同時，在滿足峰值電力需求之后，上游的電池儲能系統(tǒng)可以通過輸電線路為位于城市下游的電池儲能系統(tǒng)提充電。但是，如果部署變電站網(wǎng)絡，RTE公司可以根據(jù)可再生能源的生產(chǎn)和需求靈活地使用它們。
高功率的趨勢
Bellac儲能系統(tǒng)的容量為10MW/30.8MWh。這相當于五臺風力渦輪機生產(chǎn)的電力或一個具有1萬名居民的城鎮(zhèn)電力需求。這是Saft公司Intensium®Max20高能(HE)集裝箱式電池儲能系統(tǒng)的首批部署之一。該儲能系統(tǒng)于2019年開通運營，以滿足對長時儲能系統(tǒng)（通常是幾個小時）日益增長的需求。
這是儲能系統(tǒng)應用如何變化的一個例子。第一代并網(wǎng)儲能以調(diào)頻為主，這需要電池儲能系統(tǒng)快速行動以注入和吸收能量，以幫助電網(wǎng)在嚴格限定的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的頻率。它需要在短時間內(nèi)（通常為幾秒鐘）提供大量電力的電池儲能系統(tǒng)。這創(chuàng)造了一種“少量而頻繁”的充放電模式，可以使用儲能系統(tǒng)保持更長的工作壽命，因為電池的工作壽命與放電深度(DOD)和充放電次數(shù)密切相關(guān)。
然而，RINGO儲能項目和其他儲能系統(tǒng)需要更高的儲能容量和更長的持續(xù)放電時間。最耗能的應用是調(diào)峰，電池儲能系統(tǒng)存儲太陽能發(fā)電設(shè)施在白天提供的多余電力，并在晚上和早上的需求峰值期間提供電力。
處理多個用例
在Bellac變電站，Saft公司的工程師確定了所部署的電池儲能系統(tǒng)的規(guī)模，其容量為10 MW/20MWh。在該容量范圍內(nèi)，該公司考慮了AC/DC轉(zhuǎn)換效率，并包括一些備用容量以允許電池老化，以及在工作開始時電池可能無法充滿電的情況.
由于放電深度（DOD）是電池老化的一個重要考慮因素，Saft公司將電池儲能系統(tǒng)設(shè)計為在單個充放電周期中具有可變放電深度（DOD）從其容量的百分之幾到70%。
并不是說電池可以指定用于深度循環(huán)或比其他同類電池更具深度循環(huán)的優(yōu)勢那么簡單。因此，Saft公司專注于幫助RTE公司等客戶優(yōu)化深度循環(huán)應用中電池的工作壽命。這意味著采用最佳操作策略來考慮電池的老化機制。Saft公司在了解這些因素方面具有優(yōu)勢，因為該公司在各種工業(yè)市場中使用自己的技術(shù)研發(fā)和制造鋰離子電池、模塊和系統(tǒng)。
Bellac電池儲有系統(tǒng)于2021年5月進行測試，并在2021年10月投入使用。RTE公司將在三年的試用期內(nèi)測試不同的運行模式。在此期間，電網(wǎng)運營商將對儲能系統(tǒng)進行微調(diào)并獲得實用的經(jīng)驗。
在試用結(jié)束之后，RTE公司將把電池儲能系統(tǒng)的使用權(quán)讓給第三方投資者，第三方投資者將使用這個電池儲能系統(tǒng)提供頻率調(diào)節(jié)、電網(wǎng)平衡和能源套利等服務。
而電池儲能系統(tǒng)足夠靈活，可以應對多種情況，其中包括在一天內(nèi)進行多次充電和放電。還可以提供從充電到放電的快速轉(zhuǎn)換，這對于頻率響應至關(guān)重要。
在該儲能項目的工作壽命內(nèi)，Saft公司將以延長保修和保證正常運行時間的方式提供支持。該公司的團隊將提供培訓、備件、監(jiān)控和技術(shù)電話支持，以及與RTE公司的維護團隊合作進行維護和維修。
靈活的架構(gòu)
電池儲能系統(tǒng)的靈活性的另一個方面是RTE公司可以在其他站點部署。它被設(shè)計成三個分支，由三個變壓器組成，每個變壓器由兩個電源轉(zhuǎn)換器和四個集裝箱式電池儲能系統(tǒng)供電。
其每個分支都是相同的，在集裝箱中安裝相同的電池、電池管理系統(tǒng)、熱管理和安全系統(tǒng)。理論上，RTE公司或其他所有者可以更改配置或?qū)㈦姵貎δ芟到y(tǒng)放在卡車上，并將其移動到另一個站點。
控制系統(tǒng)是擴大規(guī)模的關(guān)鍵
從本質(zhì)上講，電網(wǎng)運營商可以使用集裝箱式電池儲能系統(tǒng)作為一個模塊來創(chuàng)建裝機容量高達100MW的大型電池儲能系統(tǒng)。然而，隨著儲能技術(shù)變得越來越復雜，他們需要復雜的控制系統(tǒng)來確保最佳的充電和平衡。
這優(yōu)化了能量的可用性，并確保所有電池組都保持在相同的荷電狀態(tài)（SOC），并且它們不會經(jīng)歷“SOC漂移”，這是描述實際SOC與控制系統(tǒng)記錄的SOC之間差異的術(shù)語。
為此，Saft公司推出了新的CUBE控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以管理多達52個并聯(lián)電池組，為單個電源轉(zhuǎn)換器供電。即使它連接多個集裝箱式電池儲能系統(tǒng)，電源轉(zhuǎn)換器也將它們視為一個電池儲能系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)還可以允許操作人員隔離單個集裝箱式電池儲能系統(tǒng)進行維護，而其他集裝箱式電池儲能系統(tǒng)正常運行，而這提高了儲能系統(tǒng)的冗余性和可用性。
原標題：如何通過儲能系統(tǒng)構(gòu)建電網(wǎng)靈活性？
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