كيفية نشر نظام تخزين طاقة البطارية ذات السعة المثبتة المناسبة بناءً على تخطيط النمذجة

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Leverancier van draagbare energiecentrales

مع زيادة نسبة توليد الطاقة من الطاقة المتجددة في نظام الطاقة، أصبح نظام تخزين طاقة البطارية وسيلة فعالة للتعامل مع توليد الطاقة من الطاقة المتجددة، ولكن لا يزال من غير الواضح عدد القدرات المثبتة التي يمكن نشرها والتي يمكنها حقًا تحسين موثوقية الطاقة. عندما سألت عن كيفية التخطيط لنشر أنظمة تخزين طاقة البطاريات في مزيج الطاقة المستقبلي، كانت إجابات المرافق العامة ومستشاري تخطيط الموارد والباحثين: يعتمد هذا على المواقف التفصيلية. وتتمثل متغيراتها الرئيسية في مرافق توليد الطاقة قبل الطاقة المتجددة لنظام الطاقة ومعدل انتشار أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات.

ومع ذلك، في مجموعات الطاقة المستقبلية التي تهيمن عليها الطاقة المتجددة، فإن التخطيط لنشر أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات ذات السعة المثبتة المناسبة يمكن أن يكشف عن الرؤى الرئيسية لموثوقية الطاقة في إمداد أنظمة تخزين الطاقة. وقال دانييلشتاينبرج، الباحث الأول في مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي (NREL)، في ندوة عبر الإنترنت عقدت في جمعية كاليفورنيا للطاقة (CESA) في 22 مايو، إن المخططين يعملون على زيادة الموثوقية في الحصول على أنظمة تخزين طاقة البطاريات. وقد تم تحقيق تقدم كبير. وتخطط بعض الشركات بشكل نشط لتحسين تكنولوجيا تخزين الطاقة على المدى القصير، في حين أن تكنولوجيا تخزين الطاقة على المدى الطويل هي أيضًا في مرحلة التطوير والاكتشاف.

وقال برادالبرت، نائب الرئيس التنفيذي لشركة APS، إن الشركة تخطط لنشر مشاريع الطاقة الشمسية + تخزين الطاقة بدلاً من مرافق توليد الطاقة بالغاز الطبيعي، واستخدام أساليب متعددة للتخطيط لطلب تخزين الطاقة. وقال "لا توجد طريقة مثالية اليوم، تمامًا كما لا يمكننا التنبؤ بنفس وباء فيروس كورونا الجديد في عام 2020. ولذلك يجب علينا أن نحكم على التخطيط الاستراتيجي.

"في بعض الحالات، قد يكون استخدام المزيد من الطاقة المتجددة أكثر فعالية من حيث التكلفة من نشر أنظمة تخزين الطاقة. ومع انخفاض التكلفة والاستخدام المتزايد للطاقة المتجددة وأنظمة تخزين الطاقة في أنظمة الطاقة، تغيرت قيمة موثوقية نظام تخزين طاقة البطارية بشكل كبير. ويقول بعض أصحاب المصلحة إن مثل هذا التحليل الدقيق يمكن أن يبسط قرارات الحجم مثل القدرة الفعالة للحمل (ELCC).

لكن بعض الناس يعتقدون أن هذا الحساب غير قادر على استبدال حكم الخبراء. (ملاحظة: القدرة الحاملة الفعالة (ELCC) هي مؤشر لقدرة حمل الحمولة التي تصف مرافق توليد الطاقة من الطاقة المتجددة. على الرغم من أن شركات المرافق العامة أدركت منذ فترة طويلة قيمة تخزين الطاقة عن طريق الضخ وتخزين الهواء المضغوط وتوليد الطاقة من خلال تخزين الحرارة الشمسية المجمعة، إلا أن تكنولوجيا تخزين الطاقة هذه لم تثبت فعاليتها من حيث التكلفة وقابلية التوسع.

ولذلك، فإن بعض أنشطة المناقصات في الولايات المتحدة تجذب انتباه المخططين إلى نظام تخزين الطاقة بالبطاريات. أجرت شركة Xcelenergy مناقصة طاقة مهمة في عام 2016 لجعل سعر العطاء لمشروع طاقة الرياح + تخزين الطاقة منخفضًا إلى 21 دولارًا أمريكيًا / ميجاوات في الساعة، وسعر العطاء لمشروع تخزين الطاقة الشمسية + 36 دولارًا أمريكيًا / ميجاوات في الساعة. وقال جيسونبوروين، نائب رئيس جمعية الطاقة الأمريكية: "في ذلك الوقت، وبسبب التكلفة الباهظة لنظام تخزين طاقة البطاريات، لم يقم المخططون حتى بإدراجها في النموذج.

إن نموذج خطة الموارد لحوالي 80% من شركات المرافق العامة اليوم عبارة عن أنظمة تخزين طاقة البطاريات الجذابة، ويتم اختيار بعضها وفقًا لقدرتها التنافسية من حيث التكلفة. وقال جوناثان ديلمان، نائب رئيس الموارد الاستراتيجية والتخطيط التجاري، إن الشركة اعتمدت مؤخرًا برنامج Anchorsolutions الذي يمكنه بناء "قيمة التحكيم في السعة والطاقة" لأنظمة تخزين طاقة البطاريات المختلفة في سيناريوهات مختلفة. قالب.

وأشار ADELMAN إلى أن شركة Xcelenergy تقوم بإنشاء نموذج لنظام تخزين طاقة البطارية لكل ساعة من نظام تخزين طاقة البطارية من خلال اعتماد هذه الأداة الجديدة. قامت الشركة ببناء نظام تخزين طاقة البطارية لمدة 4 ساعات لهذا الغرض من برنامج تخزين الطاقة الطويل الأجل لعام 2019 في مينيسوتا للمساعدة في تلبية احتياجات الطاقة. وقال ألبرت من شركة APS إن الشركة افتتحت مشروع تخزين الحرارة الشمسية المجمعة SOLANA الذي تم تشغيله في عام 2013، والذي يتمتع بسعة تخزين حرارية لمدة ست ساعات.

ولتحقيق هذه الغاية، راجع تخزين الطلب على الطاقة القصوى. هل يمكن للنظام أن يكون ذو قيمة؟ قررت شركة APS اختيار مشروع تخزين الطاقة الشمسية + الطاقة بدلاً من محطة الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي في العطاءات.

وأكد ألبرت أن "نظام تخزين الطاقة أصبح الآن تخطيطًا طويل الأمد لشركات المرافق، ولكن خطة الموارد لشركات المرافق لا ينبغي أن تهتم بحالة واحدة فقط. يمكن لمحطات الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي وأنظمة تخزين طاقة البطاريات تلبية الطلب على الطاقة في أوقات الذروة، ولكن من خلال تخزين ونقل توليد الطاقة الشمسية لتلبية متطلبات الطاقة في أوقات الذروة، يمكن لأنظمة تخزين طاقة البطاريات توفير المزيد من التكاليف للعملاء. وتجلب أنظمة تخزين طاقة البطاريات المزيد من القيمة في سوق الجملة، لذا فهذا أيضًا جزء من خطتنا.

أشارت مجموعة براتل في ندوة عقدت في معهد ماساتشوستس في 13 مايو/أيار إلى أن تكلفة نظام تخزين الطاقة ببطارية الليثيوم أيون سريعة للغاية، بحيث أصبح هذا الأمر مرتبطًا حاليًا بتكنولوجيا تخزين الطاقة الأخرى. ليس من الممكن منافستها في موثوقية الإمداد وخدمة الشبكة. ويشير تقرير براتل إلى أن سعر أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات انخفض إلى ما دون 400 دولار/كيلوواط ساعة في عام 2010، أو إلى أقل من 200 دولار/كيلوواط ساعة أو أقل بحلول عام 2040.

ومع ذلك، قال بعض شركات المرافق ومشرفي أقسام التخطيط إن الأسعار ليست الاعتبارات الوحيدة لنشر أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات، وهناك ميزة أخرى وهي موثوقية أنظمة تخزين الطاقة، ولكن من الصعب تحديدها. قالت أوتمن براودلوف، المديرة المتقدمة بمركز تكنولوجيا الطاقة النظيفة في ولاية كارولينا الشمالية (NCCETC)، إنه لا توجد رغبة تقريبًا في تحديد قيمة نظام تخزين طاقة البطاريات في تخطيط موارد المرافق العامة. وقالت: "طلبت بعض الولايات مؤخرًا من شركات المرافق العامة أن تفكر في نشر أنظمة تخزين الطاقة أثناء عملية التخطيط.

قد تكون ولاية واشنطن أكثر تعمقًا في البحث حول طريقة النمذجة لكل ساعة، وهذا من شأنه أن يؤدي إلى تحليل قيمة نظام تخزين الطاقة. وأضاف براودلوف أن تكنولوجيا الطاقة النظيفة في ولاية كارولينا الشمالية (NCCCETC) لم يتم تحديدها بعد، بما في ذلك القيمة المرنة لتخزين الطاقة أو نظام تخزين الطاقة لمختلف خدمات الشبكة المتاحة أثناء عملية التخطيط. وقال رئيس شركة براتل إن مطالبات القيمة لنظام تخزين الطاقة تعتمد على ما إذا كان من الممكن تعويضه بالكامل، وهذا يعتمد إلى حد كبير على الموارد والحمل الصافي لنظام تخزين الطاقة.

بدأت شركة المرافق تدرك أن نموذج التخطيط الخاص بها لا يجيب على مشكلة نشر تخزين الطاقة بشكل جيد. وأشار هليديك إلى أن نموذج التخطيط لهذه الشركات الخدمية يقسم الحمل إلى عدة مجموعات زمنية متشابهة للحمل ويؤسس قرارات التخطيط بناءً على هذه المجموعات. ويعد هذا النهج مفيدًا عند استخدام شركة المرافق لتشغيل مرافق توليد الطاقة من الوقود الأحفوري، في حين تدعم مرافق توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية نشر أنظمة تخزين طاقة البطاريات الفعالة من حيث التكلفة.

وقال هليديك إن العديد من شركات المرافق في براتل تتجه إلى اعتماد أدوات التخطيط طويلة الأجل لإظهار الجزء الداخلي من أنظمة تخزين الطاقة ومرافق توليد الطاقة المتجددة على أنظمة الطاقة بشكل أفضل. وقال جانيسيلين، مؤسس ورئيس تنفيذي لشركة ستراتجين التي تتبنى أدوات التخطيط لوكالة استشارات الطاقة، إن تطوير شركة المرافق لمحافظ الموارد المستقبلية هو عملية معقدة، حيث يتم التخطيط للتنبؤ بمتطلبات توليد الطاقة ونقلها وأنظمة الطاقة الأخرى. وأضافت أنه بما أن نظام تخزين طاقة البطارية هو منشأة لتوليد الطاقة وحمل أيضًا، فمن الممكن توفير عدد من تدفقات القيمة، وبالتالي فإن دقته تتطلب نمذجة دقيقة لكل ساعة من السنة.

لقد ترك برنامج النمذجة الحالي مساحة كبيرة للابتكار التكنولوجي. سلطات تخطيط الموارد في هذه الندوة عبر الإنترنت في جمعية كاليفورنيا للطاقة (CESA)، يساهم ظهور أدوات النمذجة في العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند تحديد سعة تخزين الطاقة الصحيحة في مجموعة الموارد المستقبلية. وقال المستشار المتقدم والمدير الفني RoderickGo في ندوة عبر الإنترنت: "إن إحدى المشكلات الأساسية في التخطيط هي تخزين الطاقة قصير الأجل والتخزين الطويل لتلبية قدر كبير من القدرة على تلبية الطلب على الحمل.

وأشارت "جو" إلى أن التدابير التحفيزية والمتطلبات الإلزامية وانخفاض تكاليف المرافق هي التي تدفع احتياجات أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات. لفترة طويلة، ستؤدي التغييرات في اللوائح والتغييرات في التكنولوجيا وتطور السوق إلى زيادة مساحة نشر تخزين الطاقة لأنظمة الطاقة. تشكل برامج النمذجة المبتكرة فئة منافسة عنيفة للغاية، في حين يضاف ارتفاع توليد الطاقة من الطاقة المتجددة بشكل متزايد إلى مفهوم القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC).

القدرة الفعلية على التحميل (ELCC) هي الحساب المحدد لموثوقية الموارد. من المرجح أن تتمتع محطة الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري القابلة للاشتعال بقدرة تحمل فعالة بنسبة 100% (ELCC)، لأنه من الناحية النظرية، تتعرض موثوقية نظام الطاقة للتهديد في أي وقت تقريبًا. وبحسب النمذجة، فإن قيمة نظام تخزين طاقة البطارية تزداد مع الزيادة الجديدة في توليد الطاقة المتجددة في نظام الطاقة، لكن قيمتها انخفضت مع الطلب الأقصى.

بشكل عام، يعمل نظام تخزين الطاقة على تقليل الحمل الأقصى إلى 15% مما يسمح لنظام تخزين طاقة البطارية بالحصول على قدرة حمل فعّالة (ELCC)، ويمكن استخدامه عادةً أثناء متطلبات الذروة. وأضاف أنه مع انخفاض الحمل الأقصى بنسبة تتراوح بين 15% إلى 30%، فإن سعة التحميل الفعالة (ELCC) لنظام تخزين طاقة البطارية سوف تنخفض أيضًا، لأنه من المرجح أن يتم استخدامها لتلبية الطلب على الطاقة بشكل معتدل، ولم تعد تلبي الطلب الجنسي على الكهرباء. يتم التعبير عن ASTRAPE CHASEWINKLER ANTERNESTERN SME الاستشاري من خلال البحث في القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) التي وصفها RoderickGo من خلال البحث في جمعية الكهرباء الجنوبية الغربية ونظام الطاقة في كاليفورنيا.

قال المتحدث باسم مكتب الطاقة الكهرومائية في لوس أنجلوس (LADWP) كارولتوكر إن المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) وهيئة الطاقة الكهرومائية في لوس أنجلوس (LADWP) يعملان على تطوير "أفضل الممارسات" لأصحاب المصلحة الآخرين لمساعدة كاليفورنيا في تنفيذ هدف استخدام طاقة الطاقة المتجددة بنسبة 100٪ في عام 2045. قال دانييل شتاينبرج، الباحث الأول في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، في ندوة عبر الإنترنت، إن خطة البنية التحتية المتكاملة القابلة للتطوير في المختبر الوطني للطاقة المتجددة تعمل على تطوير مجموعة أفضل الممارسات لمعالجة نشر نظام تخزين الطاقة. وقال شتاينبرغ إن النهج التكراري الذي يتبعه المختبر الوطني للطاقة المتجددة بدأ يتسع نطاقه، وذلك لتحديد "ما الذي سيتم بناؤه، وأين سيتم بناؤه".

الخطوة التالية هي تنفيذ نمذجة تكلفة التشغيل لكل ساعة. كل يوم، مرة واحدة في الساعة، سيتم استخدامه من خلال النمذجة الموسعة للقدرة لتحقيق مزيج الموارد الأكثر فعالية من حيث التكلفة والموثوقية. إن خطة الموارد الكاملة هي الخطوة التالية في العملية، والتي يمكن أن تلبي معايير الموثوقية لمدة 10 سنوات.

إذا لزم الأمر، فسوف تكرر عملية المختبر الوطني للطاقة المتجددة الخطوات الثلاث لتحقيق أهداف الموارد الكافية الأكثر فعالية من حيث التكلفة. وأخيرا، يضمن نموذج الاتجاه المحدد حماية مرافق الشبكة. وإذا كان هناك تهديد لموثوقية الطاقة، سيتم إعادة تشغيل هذه العملية.

وأشار المتحدث باسم ورشة العمل عبر الإنترنت إلى أنه من أجل تحديد قيمة نظام تخزين طاقة البطارية بدقة أثناء هذه التخطيطات، فإن العديد من الأشخاص يدافعون عن استخدام القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC)، إلا أن القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) في التخطيط مثيرة للجدل. النزاعات حول القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) عندما تسعى شركات المرافق والشركات الأخرى إلى تحديد القدرة المركبة لنظام التخزين، يجب أن تحدد القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) قيمة تخزين الطاقة المستخدمة لأهداف تخطيط الموارد، ولكن بعض الناس يعتقدون أنها ليست أفضل أداة لتحقيق هذا الهدف. أصبح إدواردراندولف، مدير إدارة الطاقة في هيئة المرافق العامة في كاليفورنيا (CPUC)، جزءًا من لجنة تخطيط الموارد المتكاملة (IRP) التابعة لهيئة المرافق العامة في كاليفورنيا (CPUC).

وقال "إن أحدث بيان لحساب سعة الحمولة (ELCC)، وجميع موثوقية الموارد قد تضيف نظام تخزين الطاقة، وتخزين الطاقة الشمسية + الطاقة، والطلب، والمشتريات الأخرى التي يمكن أن تلبي بشكل أفضل الطلب على الطاقة في أوقات الذروة. يقول ماثيوتيسديل، مستشار الطاقة السابق في شركة GridWorks في شركة المرافق العامة في كاليفورنيا (CPUC)، إن نزاعها يكمن في القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) وما إذا كانت تدعم الموارد الأقل تكلفة والأكثر موثوقية لتلبية احتياجات وأهداف الدولة، وهذا النزاع هو حاليًا عملية التخطيط الشامل للموارد (IRP) لشركة المرافق العامة في كاليفورنيا (CPUC). تعتقد شركة TISDALE أن القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) هي عملية حسابية معقدة، ولكنها قد تتجاهل قيمة موارد معينة مقارنة بالتكلفة، بما في ذلك قيمة نظام تخزين الطاقة.

في ندوة عقدت في 6 ديسمبر 2018، أعرب المشاركون عن قلقهم بشأن قيمة سعة تخزين الطاقة التي اقترحها مشغل نظام نيويورك المستقل (NYISO) في 6 ديسمبر 2018. بعض أصحاب المصلحة تم اقتراح هذه الطريقة للقدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) لهذا الغرض. وفقًا لاستجابات مشغلي نظام نيويورك المستقلين (NYISO) في مايو 2019، يريد أصحاب المصلحة الحصول على إشارات تسعير خدمات التوازن والموثوقية والاستثمار من سوق الطاقة بالجملة في نيويورك.

على الرغم من إمكانية استخدام القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC)، فقد وجد مشغل النظام المستقل في نيويورك (NYISO) أن ذلك قد يعتمد بشكل كبير على النظام الإداري، أو الحسابات الأكثر تعقيدًا، مما يجعل خطة شركة المرافق غير واضحة للغاية. وقال بوروين، من جمعية الطاقة الأمريكية، إن أستراب طرحت آراء مماثلة بشأن القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) لشركة Southwestern United Anti-Care Company التابعة لشركة US Power. أطلقت لجنة إدارة الطاقة الفيدرالية الأمريكية إجراءً في أكتوبر 2019 لدراسة القدرة الفعلية على حمل الأحمال لشركات الإنترنت PJM (ELCC).

وقال "هذا المفهوم يتطور". حتى دقة نمذجة النموذج لم يتم التقاطها بالكامل لقيمة المرونة في نظام تخزين طاقة البطارية في العالم الفعلي. "يقدم المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) نهجًا بديلاً للقدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC) في يونيو 2019.

يزعم تقرير البحث أن "محاكاة قدرة الاستفادة الفعالة (ELCC) قد يتعين عليها إجراء عدد كبير من الحسابات عند النظر في عدد كبير من المشاهد. يمكن لقيم تقريبية أكثر بساطة ولكنها دقيقة بنفس القدر أن تحلل السعة المركبة لنظام تخزين طاقة البطارية المطلوبة لتقليل "الطلب الصافي الأقصى". وقال تيسديل من شركة GridWorks: "نظرًا للعديد من المزايا التنافسية، وعلى أساس عدم اليقين المستقبلي، فإن لدى العاملين في الصناعة آراء مختلفة حول القدرة الاستيعابية الفعالة (ELCC)، وهي ليست كافية.

غريب، لأن النمذجة لا تحل محل حكم الخبراء. وأشار هليديك من شركة براتل إلى أن النمذجة المعقدة والمحددة يمكنها تحديد أن الزيادات التدريجية التدريجية التي جلبها المزيد من أنظمة تخزين الطاقة تساوي تكلفة أنظمة تخزين الطاقة الجديدة في نظام الطاقة. وقد يتطلب هذا نشر المزيد من أنظمة تخزين الطاقة.

وأضاف هليدجيك أن "التكنولوجيا وأسعار الموارد ومحركات أنظمة الطاقة الأخرى هي عوامل تتطور بسرعة. من أجل فهم بعض التغييرات الكبرى في المستقبل، ينبغي لتخطيط الموارد أن يتعامل بعناية مع بعض القضايا التي تبدو معقولة ويتم تحديثها في كثير من الأحيان. وقد أضافت القدرة المركبة لنظام تخزين طاقة البطارية هذه التحديات، ولكن الأمر لم يعد مجرد فرضية، بل أصبحنا نفهم كيفية استخدام نظام تخزين الطاقة لتحقيق تقدم كبير.

".