電池儲能系統作為老舊風力發電廠的功能助推器 菲尼克斯電氣推出開放式控制技術,縮小發電、儲存和進一步使用之間的差距。
摘要
只要有風吹起,所有風力發電機組營運商都能從風能中獲利。如果沒有風,即使仍然需要電能,一切都静止不动。这便是再生能源的不足之处,因為它們不具備獨立形成基本負載的能力。而一旦風力電廠有了自己的儲能器,一切就將改觀。在經濟性、供電安全和電網品质方面,電池儲能系統讓風力發電廠如虎添翼。為了更長時間維持並網狀態,舊型設備在送電時段以外的時間可以高效地配備儲能器。菲尼克斯電氣為這一發展方向提供模組化的系統,用以安裝儲能系統。
憑藉 1253 億 kWh 的產能,風能成為了德國能源結構中最重要的來源。
風能與儲能器搭配,舊設備重獲新生
目前,再生能源佔德國總耗電量的 46.2%。聯邦環境署研究了 2022 年的資料,將發電量達 1253 億 kWh 的風能描述為能源結構中最重要的來源。據統計,風能的占比為 21.7%。
這聼上去似乎不錯,但卻不能掩蓋事實:根據聯邦環境署的資料,為了達成氣候目標,需要加快風能開發的步伐。除了繼續擴容以外,還始終存在如何處理舊風力發電機組的問題。此處涉及的主要是 2000 年伴隨著德國再生能源法案的生效,透過國家資助所建設的風力發電機組。現如今,第一批風力發電機組已經服役整整 20 年,已經「不復當年之勇」。
隨著國家補貼的退出,對於營運商而言,需要面對是拆除設備還是繼續運作的經濟問題。第三種選項:搭配工業用儲能系統進行升級。透過這一緩衝措施,舊型風力發電廠也能夠在頻率控制備轉容量市場上有所作為。為此,風力發電廠和儲能系統的結合最好在公共電網連接點進行。在此會形成一個備用單元,基於其儲能功能可提供頻率控制備轉容量。這樣一來,老舊風力發電廠就能重獲新生,因為在與儲能系統搭配的情況下可以開拓出全新的業務和應用模型。
菲尼克斯電氣為這一發展方向提供模組化的系統,用以安裝儲能系統。此外,菲尼克斯電氣還推出開放式控制技術,縮小發電、儲存和進一步使用之間的差距。菲尼克斯電氣的最終目標是實現部門耦合,進一步推動全電力社會的建設。
Rüdiger Meyer 博士是菲尼克斯電氣的儲能系統專家
三種平衡功率,以維持電網穩定
維持電網穩定需要頻率控制備轉容量。但不會以物理方式儲存能量。因此,必須始終在供應和需求之間實現平衡。在能源行業,按反應時間劃分有三種形式的備轉容量。頻率控制備轉容量必須在 30 s 内提供到位。自動頻率復原備轉容量有五分鐘的緩衝時間,其任務是在接下來的 15 分鐘内接過頻率控制備轉的接力棒,回復頻率至正常值。三級備轉也稱為手動頻率復原備轉容量。它同樣也必須在 15 分鐘内提供到位,以提供負和正備轉容量。如果是正備轉容量,則通常會採用可以快速啓動的發電廠。負負載可以透過電弧爐、夜間蓄熱式加熱器、抽水蓄能電站等大型用電設備實現,也可以透過風力發電機組的受控關閉來實現。所有簡要概述的措施都旨在確保電網穩定性。「如果負載太高,頻率就會下降。反之,頻率則會升高。這兩種情況都應避免」,菲尼克斯電氣儲能系統應用專家 Rüdiger Meyer 博士總結道。
從經濟性的角度出發,對於手動頻率復原備轉容量而言,快速可用的燃氣輪機發電廠與將風力發電廠關機一樣低效。一方面,使用大量自動頻率復原備轉容量來發電,另一方面,卻沒有利用可用的風動能。面對這一窘境,Rüdiger Meyer 博士看到了非常良好的發展前景,以工業化規模為現有風力發電廠裝備儲能系統。「如果我們將風力發電廠與大型儲能系統結合起來,就可以緩衝網路的負載曲線。在電網飽和的情況下,風力輪機憑藉其自身的儲能器可以保持迎風狀態,並且發電。」反過來,如果一點風也沒有,也可以從儲能器中取用電力。因此,這些單元也將在電網穩定性方面發揮重要作用。
平衡尖峰負載,並從中獲利
對於製造年份較早的風力發電廠,可以朝「升級」這一方向拓展出新的業務領域。與基於鋰離子電池或氧化還原液流電池的儲能系統相結合,有助於提高電網穩定性。此外,營運商還可以開發新的盈利模式,即透過套利業務。劇烈波動的現貨市場電價是關鍵所在。儲能器在低價時段儲存風電,並且在臨時出現的高峰時段以更高的價格重新輸出所儲存的風電。這一業務模型毫無疑問是利益驅動,但卻表明藉助儲能器能夠實現發電和用電在時間上的分離。而在實現全電力社會的道路上,這種分離為部門耦合帶來了新的可能。
菲尼克斯電氣已經為此提供了準備好的解決方案,包括用於風力發電機組的即用型子應用程式。功能範圍擴展到雲端應用程序,包括當前和未來通訊標準的整合。開放式控制平台 PLCnext 在這裡發揮關鍵作用,因為它可以輕鬆滿足個人化需求。這也包括基於物聯網的商業模式。它們對於基於雲端的服務和資料庫支援的資訊流程是必要的。在硬體層面上,為供電管理應用了成套解決方案。全面的系統可以為不同性能的功率電子設備提供連接解決方案。此外,菲尼克斯電氣還提供成熟的網路監控應用程式。必不可少:透過高性能避雷器實現高效且可靠的雷電防護。
混合型再生發電廠
「今天,憑藉齊全的產品系列,我們很榮幸能夠透過工業儲能系統實現風力發電廠的升級 - 甚至達到了工程層面。這樣一來,我們就為部門耦合奠定了重要的基礎」,Rüdiger Meyer 博士總結道。對於能源的開採,用儲能系統為風力發電廠升級,就可以將再生設備蛻變為混合型再生發電厰 - 即在一個地方落實發電和儲能。Rüdiger Meyer 博士:「在此背景下,電池儲能系統是替代尖峰負載發電廠的絕佳方案,因為電池儲能系統不必啟動並在幾毫秒內提供電力。」