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IRENA-全球储能典型应用系列-8:“电表后”电力储能

作者:梁海文 来源:DeepEnergy 发布时间:2021-04-05 浏览:
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IRENA(国际可再生能源署)发布了《Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability》。本文是报告第III部分全球8种储能应用案例的第8部分:“电表后”电力储能。

英文原文链接:

https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020

1. 自发自用VRE的挑战

全球电力系统正在进行深度变革。传统上大型热力发电和水力发电的集中式发电系统,正在向更复杂、分散的系统转型。可再生能源比例的提高,市场规模的扩大以及信息通信技术(ICT)技术的应用促进了小规模、分散式发电为主的智能电网发展。在智能电网下,消费者层面的可再生能源自我消纳是主要的创新方式之一,这将极大改变电力系统的架构及其运行方式。

可再生能源的自我消纳是指可再生能源发电不并网,而是直接被消费者通过与电力生产者之间的某种合约直接消纳(Dehler et al.,2017)。随着可再生能源成本的快速下降(IRENA,2018c),一些消费者会发现通过自发自用是经济的,技术上也是可行的。因此,自发自用成为了一种广泛接受的概念。光伏是最常见的自我消纳的可再生能源,主要是因为成本低、容易调制。小型风力发电机虽然没有广泛采用,但也已经被用来自发自用(Enair,2019)。

可再生能源自发自用的主要挑战是光伏和风电都是波动性的资源,其发电不能一直满足用户需求。在一些时段,它们会生产过多的电力,但是在其他一些时段又无法满足需求。消费者不能只依赖VRE。最常见的方式是安装光伏发电板来满足日间需求,同时,通过连接电网,当自发电不能满足时,从电网上获得电力供应。当光伏发电过剩时,可以输送给电网,否则就要弃电,见图1。

来源:SMA Solar Technology(2019)。

图1 自发自用系统的发电和需求情况

这种情况下,消费者仍然需要依赖电网供电。如果目标仅仅是摆脱对电网的依赖,或者实现最大化发电上网,就必须要找到其他方案。电力储能可以为业主和电网的分布式发电系统提供极大帮助。

2. 解决方案:“电表后”电力储能

电力储能可以吸收一些时段的多余电量,并在需要的时段使用。从自发自用的角度看,电力储能和光伏结合可以实现白天多余电力充电、晚上放电。这种储能形式一般称为“电表后”(BTM)储能,因为储能装置位于并网点之后,在消费者和可再生能源资产中间。

消费者的收益

“电表后”储能带来的最大收益是最大化利用了自发电量。这意味着储能系统吸收掉了所有的多余电量,然后在无光伏发电的时候满足所有的用电需要。此时,如果储能系统不能满足需求,还可以从电网上取电。根据IRENA报告(2019d),“电表后”储能的其他好处还有:

(1)降低了消费者的电费支出。在电量过剩、电价低的时候充电,在电价高的时候将电量卖给电网。

(2)降低了基本电费。基本电费一般是根据消费者最高用电需求确定的。

(3)提供了电力备用并提高了消费者用能弹性。

电网运营商的收益:

如果消费者仍然是接电网的,“电表后”储能也可以为电网运营商带来收益。IRENA的报告(2019d)显示,电网运营商的收益包括:

(1)通过调频和能量转移提高了灵活性。

(2)延缓了电网投资。

(3)延缓了调峰电厂投资。

来源:Rathi, A(2018)。

图2 德国户用电力储能

3. “电表后”储能应用和实例

在全球的很多国家,“电表后”储能的安装已经成为一种流行的方式,其应用每年都在增长。比如,在德国,截至2018年夏天,户用电力储能系统已经超过了100000。到2020年,这一数字预计会翻番(Parkin,2018)。

澳大利亚是另一个“电表后”储能增长的市场。2017年,户用电池系统超过了21000。澳大利亚希望进一步促进这一增长,2025年的目标是安装1百万的户用电池系统。目前,联邦政府计划投入2亿澳元来激励10万个新增户用电池系统的安装。如果消费者安装4kWh的户用电力储能,该计划可以提供500澳元/kWh的补贴拨款。这样计算,每套系统的补贴金额是2000澳元(Martin,2018)。

“电表后”储能项目可以为消费者和电网运营商提供收益,IRENA(2019d)对此进行了详细描述,包括:

(1)Poway Unified SchoolDistrict的6MWh“电表后”储能系统,主要用于降低用电消费支出。加利福尼亚校区预计会在10年内节约140万美元。

(2)Green Mountain Power在美国Vermont客户的场所安装了2000套特斯拉Powerwall 2电池单元,用于提供电网备用电力。这些系统需要消费者预付1500美元或者每月缴纳15美元,预计全寿期内可以为消费者节约2~3百万美元。对于电网,安装电池系统可以帮助电网削峰。2018年7月,通过削峰节约了50万美元(Brooks,2018)。

(3)新西兰的一家机构Eneco启动了CrowdNett,实际上是“电表后”储能组成的虚拟电厂。除了自发自用帮助用户省钱外,这些电池可以参与现货市场和辅助服务市场,也为电网带来了收益(Eneco,2016)。

4. “电表后”储能的关键组成

聚合商

需要重视聚合商扮演的角色以及它可以为“电表后”储能提供的价值。聚合商是主要运营虚拟电厂的新型市场参与者。聚合商将分布式电源聚合起来,然后向电网提供服务(IRENA,2019c)。图3显示了聚合商是如何工作的。

注:CHP(combined heat and power)是热电联产。

中央控制系统或分布式能源管理系统(DEMS)发送优化的调度指令给可调度的分布式电源。

图3 聚合商概述

聚合商允许提高“电表后”储能在不同电力市场的参与度,这有助于降低电力边际成本并优化电网基础设施投资。然而,它们需要一个合理的监管框架和先进计量设施来充分发挥潜能。储能聚合商的案例包括:

(1)Eneco CrowdNett,前面已经介绍了。

(2)STEM,一家总部位于加利福尼亚的创业公司,采用人工智能和“电表后”储能创建虚拟电厂,通过提供不同的服务(如能源套利)降低商业用户的电力成本(Stem,2019)。

(3)sonnenCommunity“电表后”储能聚合模型,一家来自电池企业Sonnen的德国聚合商,允许消费者参与电网服务(Sonnen,2019)。

分时电价

另一个重要的赋能者是计时(ToU)收费,它也可以支持需求响应。分时电价的费率是随时间变化的,取决于电网平衡和短期批发市场价格(IRENA,2019e)。分时电价允许消费者调整用电来降低用电成本。

分时电价可以让消费者看到电价什么时候高、什么时候低,并为消费者建议最佳的充电时间。有多种不同的分时电价形式:固定分时电价、实时电价、可变尖峰电价、临界尖峰电价。采用分时电价的国家包括意大利(固定分时电价)、西班牙和瑞典(实时电价)和法国(临界尖峰电价)。

高电价意味着可以通过赚取电价差的方式从电网获得收入。然而,做到这一点,还需要网络计费机制。

净记账机制

为了获得足够的收入保证“电表后”储能的盈利,电池需要在低电价时充电并在高电价时放电,价格差可以产生充足的现金流。要做到这一点,传统的净计量电价机制失效了。采用净计量电价时,总的净用电(一般是用电量减去向电网供应的电量)可以计算出来,乘以一个特定的价格得到总费用,以该费用进行支付。

如果储能需要从电价差中获利,可以采用净记账机制。净记账机制下,根据消费或发电上网的电量进行补偿,这允许消费者以较低的电价充电、以较高的电价放电。图64显示了净记账机制下的电费流向。有些国家已经实施了这种机制来激励自发自用。

来源:IRENA(2019f)。

图4 净记账机制下的电力和电费流向

在意大利,“Ssitema Effciente diUtenza”(SEU)对自发自用进行监管,该条例设定了自我消纳资源的符合性要求(Sani,2016)。此外,200kW以下的新能源发电资源,储能作为自我消纳资源适用于“Sacmbio sul posto”,这实际上是一种净记账机制,根据向电网售电的部分返还一部分用电费用(GSE,2016)。

实施净记账机制的国家还有墨西哥、智利、印度尼西亚、葡萄牙和德国。

其他

其他激励“电表后”储能应用的措施还包括:

(1)监管框架,尤其是在没有价格上限的开放电力批发市场(如,NYISO)。

(2)先进计量设施。

(3)更精确的发电预测。

5. 结论(案例8:“电表后”电力储能)

近年来,传统电网开始向智能电网转型。消费者可以使用自建的可再生能源直接与电网互动。为了最大化自发自用给用户和电网带来的收益,“电表后”电力储能(如电池)是关键的资源。“电表后”储能可以为消费者降低用电费用和基本电费、提供备用电力,可以为电网提供更多的灵活性、延缓电网和调峰电厂投资。

“电表后”储能已经获得了应用。比如,截至2018年夏季,德国已经安装了超过100000套“电表后”储能系统。2017年,澳大利亚已经安装了21000套户用电池系统。还有其他的一些案例。“电表后”储能为消费者带来了收益,比如,Poway Unified School District的6MWh“电表后”储能系统预计在未来十年为消费者节约140万美元费用。

为了继续激励“电表后”储能的应用,需要一个连续且良好的监管框架。这种框架必须满足:a)聚合商的参与,可以作为虚拟电厂向电网提供服务来提高“电表后”储能的价值;b)分时电价,可以帮助消费者在最经济的时候充电、放电;c)净记账机制,可以增加“电表后”储能充放电的收入。

6. 扩展阅读

“电表后”储能、人工智能和大数据、聚合商、计时收费和净记账机制是IRENA《创新图景报告》也在30种创新措施中。更多信息参见:

IRENA(2019),“Innovation Landscape Brief:Behind-the-meterbatteries”,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi.

IRENA(2019),“Innovation Landscape Brief:Aggregators”,InternationalRenewable Energy Agency,Abu Dhabi.

IRENA(2019),“Innovation Landscape Brief:Artificialintelligence and big data”,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi.

IRENA(2019),“Innovation Landscape Brief:Tine-of-use tariffs”,InternationalRenewable Energy Agency,Abu Dhabi.

IRENA(2019),“Innovation Landscape Brief:Net billing schemes”,InternationalRenewable Energy Agency,Abu Dhabi.

原文来源:

IRENA,2020. Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability.

原文链接:

https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020

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