储能-一流考量

在寻求弹性、高效的电网的过程中，电池储能系统 (BESS) 作为一种变革性解决方案应运而生。本文探讨了 BESS 在电网中的多种应用，重点介绍了使这些系统能够提高整体电网性能和可靠性的关键技术考虑因素。

当我们应对现代能源管理的复杂性时，储能技术的集成对于应对需求波动和对可再生能源日益依赖所带来的挑战至关重要。

本文涵盖了几个关键主题，首先是电能时间转移（套利），其中 BESS 能够在低成本时期购买和存储廉价能源，以便在价格上涨时使用。这种做法不仅可以稳定能源成本，还可以通过储能原本会被削减的多余能源来优化可再生资源的利用。

此外，我们还讨论了 BESS 在增强电力供应能力方面的作用，特别是在推迟或减少对新中央电站发电投资的需求方面。还探讨了监管作为辅助服务的重要性，强调 BESS 如何在不同的需求下有效管理交换流量并维持电网频率。

我们进一步探讨旋转、非旋转和补充储能，详细说明 BESS 如何在意外供应中断期间提供必要的备用电源。本文还重点介绍了电压支持，展示了战略性部署的存储系统如何取代传统的无功发电并提高电网可靠性。

最后，解决了 BESS 的黑启动能力，展示了其在灾难性故障后为输电线路供电和恢复发电厂的潜力。

通过这些讨论，本文旨在全面了解 BESS 在现代电网应用中发挥的重要作用，为更具弹性和可持续的能源未来铺平道路。

目录：

黑启动：停电后电力系统恢复的关键用于电网合规性和恢复的 BESS 黑启动电池储能系统 (BESS) 的电压支持带有电池储能系统 (BESS) 的旋转、非旋转和补充储备电池储能系统 (BESS) 的调节电力供应能力和储能系统（ESS）的作用电能时间转移（套利）与储能系统

1.黑启动：停电后电力系统恢复的关键

黑启动是用于在完全或部分停电后恢复电网供电的关键程序。这是一个精心协调的过程，旨在在不依赖外部电源的情况下重新启动电力系统，因为电网本身可能会停机。

黑启动过程涉及多个阶段，每个阶段都旨在逐步重建电网的发电和输电能力，以确保安全稳定的恢复。

第1阶段 – 启动孤立发电站：

停电后，能够独立启动、无需从电网获取电力的电站将首先上线。这些通常是小型的、战略性布局的发电厂，具有黑启动能力，例如水力发电厂，无需任何外部能源供应即可启动。

第 2 阶段 – 重新连接发电站：

一旦最初的黑启动装置启动并运行，下一步就是逐步重新连接其他较大的发电厂和关键负载。这些较大的电站通常依靠外部电源来运行，并使用黑启动单元产生的能量重新启动。随着越来越多的发电机组并网，它们开始向电网输送能量，逐渐在更广泛的地区重建电力供应。

必须仔细控制重新连接过程，以避免系统过载。

第3阶段 – 使用辅助发电机：

在某些情况下，现场辅助发电机（通常是小型柴油或燃气发电机组）用于启动发电站的主发电机。这些辅助发电机提供在电网停机时使大型发电机上线所需的初始电力，确保大型发电站能够为黑启动过程做出贡献。

2.用于电网合规性和恢复的 BESS 黑启动

电池储能系统 (BESS) 通过黑启动功能在电网恢复中发挥着关键作用，在灾难性电网故障期间提供关键的能源储备。在发生大停电或电网崩溃的情况下，BESS可以立即提供电力，为输电和配电线路重新供电，为恢复系统稳定性提供可靠且分散的解决方案。

通过提供电站电力，BESS确保发电厂无需外部电网电力即可恢复上线，从而实现更平稳、更快速的恢复过程。

与依赖化石燃料的传统黑启动发电机不同，BESS 提供了一种更清洁、更灵活的替代方案，能够提供短时的高功率输出和长期持续的能量。如果战略性地选址并连接到关键输电线路，BESS 还可以为大型发电厂提供启动电力，确保它们能够在电网故障后同步并提高容量。

主要规格和功能：

——规格范围：专为黑启动应用设计的 BESS 系统通常范围为 5 至 50 MW，使其能够满足各种电网规模和恢复需求。——目标放电持续时间：这些系统可以在 15 分钟到 1 小时之间的任何时间提供电力，为重新为关键电网基础设施供电和启动更大的发电源提供了重要的窗口。——每年最少循环次数：专为黑启动应用而设计的 BESS 通常预计每年循环 10 到 20 次，以确保它们在需要时仍然是强大且可靠的备份资源。

3. 电池储能系统 (BESS) 的电压支持

电压支持是维持电网稳定性的关键功能，通常通过产生无功功率（以 VAr 测量）来抵消电网内的电抗来实现。传统上，指定发电厂或同步发电机负责产生无功功率以维持电网电压水平。

然而，随着电池储能系统（BESS）的日益普及，这一任务可以通过战略性放置的存储系统来有效地处理，从而提供更灵活和分布式的解决方案。

BESS如何提供电压支持？

BESS 可以安装在电网的关键位置，或分布在大型负载中心附近，而不是仅仅依赖大型集中式发电厂提供无功功率。这种分布式方法可以对电压波动做出更本地化的响应，从而提高电网可靠性并减少传输损耗。

通过将储能系统放置在最需要的地方，电网运营商可以确保更有效的电压调节，特别是在负载密度高的地区或远离传统发电源的地区。

BESS 内的功率转换系统 (PCS) 在提供电压支持方面发挥着至关重要的作用。PCS 必须设计为在非单位功率因数下运行，这意味着它可以根据需要生成和吸收无功功率。

这种灵活性使 BESS 能够快速响应电网状况的动态变化，提供或吸收无功功率以稳定电压，而不会影响整体有功电源。

主要规格和功能：

——存储系统规格范围：电压支持应用通常使用 1 至 10 MVAr 范围内的 BESS 系统，具体取决于电网规模和特定的电压调节需求。目标放电持续时间：与以能量为中心的应用不同，电压支持没有特定的——放电持续时间，因为它取决于无功功率的瞬时需求。相反，BESS 会不断调整其输出，以将电压水平维持在可接受的范围内。——最小周期/年：同样，电压支持的周期数也不是预先确定的，因为系统处于连续使用状态，并根据电网状况需求调整其无功功率输出。

BESS 电压支持的优点：

与传统的电压支持方法相比，BESS 具有多种优势：

——分散控制：通过 BESS，电压支持可以分布在整个电网上，减少对大型发电厂的依赖。这样可以实现更快的响应时间和更精确的局部区域电压控制。——提高效率：通过战略性地将存储系统放置在大负载附近，BESS 减少了对无功功率长距离传输的需求，而无功功率传输通常会导致能量损失。——可扩展性：BESS 可以根据电网要求进行扩展，无论是通过集中安装还是在整个电网中放置较小的单元。这种可扩展性使公用事业公司能够随着电网的发展以及可再生能源整合的增加而进行调整。——灵活性：BESS系统可以在多种模式下运行，包括有功发电和无功发电。这使得它们成为电压支持和整体电网管理的多功能工具。

电池储能系统配备先进的功率转换系统后，可以为电网提供必要的电压支持。通过提供分散、可扩展且灵活的解决方案，BESS 不仅增强了电压稳定性，而且还支持向可再生能源过渡并减少对传统发电厂的电网支持功能的依赖这一更广泛的目标。

4. 带有电池储能系统 (BESS) 的旋转、非旋转和补充储备

电网的稳定性和可靠性取决于是否有足够的备用容量，当部分常规电力供应意外断电时，可以激活这些备用容量。这种储备容量可确保电网在发电量不足或大型发电机突然断电时能够继续运行而不会中断。

储备的大小通常与电网上最大发电机组的容量相匹配，确保影响最大发电机组的任何停电都可以通过立即可用的电力进行补偿。备用容量一般为正常供电总量的15%至20%。

电池储能系统 (BESS) 可用于提供三种类型的储备：旋转储备、非旋转储备和补充储备。

旋转储能：

旋转储能是指已上线且与电网同步的储备电量。它是电网扰动时的第一道防线，几乎可以瞬间出动。传统上，这一角色是由火力发电厂或水力发电机来填补的，这些发电厂或水力发电机的运行低于满负荷，但准备在电力短缺的情况下迅速提高发电量。

BESS 现在可以通过维持可在需要时立即释放的电荷来提供旋转储备，而不会出现与机械发电机启动相关的延迟。这使得 BESS 成为提供旋转储备的更快、更高效的选择，特别是因为它不需要燃料并且可以在几毫秒内响应。

非旋转储能：

非旋转备用处于离线状态，但可以在短时间内（通常为 10 分钟或更短时间）上线并与电网同步。BESS 可以通过处于待机状态并准备在需要时立即提供电力来满足这一要求。由于电池存储系统没有传统发电机的机械限制，因此可以更快、更精确地提供非旋转储能。

补充储能：

在电力供应短缺期间，补充储备通常是最后才被调用的。它们不需要像旋转储能或非旋转储能那样快速响应，但仍必须能够在规定的时间内（通常为 30 分钟到一小时）为电网稳定做出贡献。

BESS 可以作为补充储能，提供灵活且可扩展的电力，并可以根据供应短缺的严重程度和持续时间分阶段部署。BESS的快速部署能力使其能够高效处理各种备用功能，确保电网在长时间缺电的情况下仍能保持稳定。

主要规格和功能

——存储系统规模范围：10-100 MW，具体取决于电网规模和具体储备要求。——目标放电时间：15分钟至1小时，为短期和稍长期的储备需求提供灵活性。——每年最少周期：每年 20-50 个周期，表明 BESS 系统应做好每年多次部署的准备，以响应电网事件。

BESS 储备功能的优势：

——瞬时响应：BESS 可以为旋转备用提供接近瞬时的响应时间，从而提高突发干扰期间的电网可靠性。——无燃料运行：与传统发电机不同，BESS不需要燃料，使其更加环保且运行成本更低。——可扩展性：BESS可以扩展以满足任何电网的备用需求，从小型微电网到大型国家电网。——灵活性：同一个BESS系统可以提供多种储备服务，包括旋转、非旋转和补充储备，而不需要额外的设备或基础设施。

5. 电池储能系统 (BESS) 的调频

调频是一项重要的辅助服务，通过实时平衡供需来确保电网的稳定性和可靠性。其主要目标是将电网频率维持在规定范围内，确保电力系统平稳运行并防止频率不平衡造成的中断。

电池储能系统（BESS）因其快速响应能力和操作灵活性而特别适合提供调频服务。

什么是调频？

调频涉及控制电网不同控制区域之间的交流流量以及管理特定区域内电力需求的瞬时波动。这些波动可能是由于需求的微小变化而引起的，例如某个地区的负载概况的突然变化。为了确保电网频率保持稳定（通常在 50 或 60 Hz 左右），发电和需求必须始终紧密匹配。

在传统电力系统中，调节通常由发电机调整其输出以适应需求变化来进行。然而，随着可再生能源的日益一体化（其本质上是可变的），传统的监管方法变得越来越不有效。

BESS 在调频中的作用

BESS 可以快速向电网注入或吸收电力，以纠正频率不平衡。当电网频率下降时（由于需求超过供应），BESS 会释放能量，帮助频率恢复到正常水平。相反，当频率上升（由于供给过剩）时，BESS可以吸收多余的能量，帮助维持平衡。

BESS 在调节方面的主要优势之一是它能够几乎瞬时执行这些调节，比传统机械发电机快得多。这种快速响应对于维持电网稳定性至关重要，特别是在风能和太阳能等可再生能源渗透率较高的电网中。

调频中 BESS 的主要规格：

• 储能系统规模范围：通常在 10-40 MW 之间，具体取决于电网规模和监管需求。

• 目标放电时长：BESS可以放电15分钟到1小时不等，为不同的调节场景提供了灵活性。

• 每年最少循环次数：调节功能需要频繁循环，BESS 系统通常每年循环 250 至 10,000 次。这种高循环能力对于持续调节至关重要。

BESS 对调频的好处：

——快速响应：BESS 以毫秒为单位响应频率偏差，与传统发电源相比，其调节效率要高得多。——精确：BESS 可精确控制功率输出，实现微调以保持频率稳定性。——减少磨损：与因持续循环而遭受磨损的传统发电机不同，BESS 可以处理频繁循环，同时将性能退化降至最低，从而延长系统寿命。——电网整合：BESS 通过消除供应的波动性来帮助适应可再生能源，从而在不影响频率稳定性的情况下将更多的可再生能源整合到电网中。

6. 供电能力和储能系统（ESS）的作用

储能系统（ESS）在供电系统现代化中发挥着越来越重要的作用。它们为公用事业和电网运营商提供了管理高峰需求并提供更可靠电力供应的灵活性。ESS 的主要优势之一是它能够推迟或减少对新的中心站发电容量的需求或从批发电力市场购买额外容量的需求，特别是在需求高峰时期。

利用 ESS 优化供电能力

电力需求全天波动很大，高峰期往往会给发电资源带来压力。传统上，公用事业公司会投资建设新发电厂或购买额外容量来满足高峰需求。然而，这种方法并不总是最具成本效益或环境可持续的解决方案。

相比之下，储能系统提供了一种在需求低迷时期储存多余能源并在需求高峰时释放的方法，有助于拉平需求曲线并减少对额外发电容量的需求。

ESS 如何促进容量优化？

储能系统可以战略性地部署在电网中，以处理峰值负载并在系统紧急情况下提供备用电源。通过在高峰时段释放储存的能量，ESS 可以帮助公用事业公司避免现有发电基础设施超载，并降低电网故障的可能性。

此外，ESS 可以更好地利用可再生能源，因为风能和太阳能等来源的多余能源可以储存起来，并在这些来源的供应有限时使用。

容量应用中储能的关键规格：

——存储系统规模范围：容量应用的ESS范围可以从1MW到500MW，具体取决于供电系统的具体需求。——目标放电持续时间：通常，担任此角色的 ESS 旨在提供 2 至 6 小时的电力，覆盖高峰需求时段或供应短缺。——每年最少循环次数：涉及供电能力的系统通常每年运行 5 至 100 个循环，具体取决于高峰需求事件的频率和持续时间。

ESS 在供电能力方面的优势：

1. 节省成本：通过减少对新一代容量或昂贵容量购买的需求，ESS 帮助公用事业公司节省基础设施投资和运营成本。

2. 峰值负载管理：ESS 可以消除需求峰值，减轻发电设施和整个电网的压力。

3. 电网可靠性：在高需求或系统压力期间，ESS可以提供备用电力以增强电网稳定性。

4. 支持可再生能源整合：ESS 通过储存多余的发电量供以后使用，从而减少对备用化石燃料发电的需求，从而更好地利用可再生能源。

7. 电能套利与储能系统

电能时移，也称为套利，是利用电力市场价格波动的储能系统（ESS）的重要应用。该策略涉及在价格较低的时期购买或存储电力，然后在需求高且价格上涨的时期释放或出售所存储的能量。

这不仅可以最大限度地提高能源交易的财务回报，还可以通过更有效地调整供需来提高电网效率。

能源时间转移机制

能源时间转移的工作原理是在电价便宜时为储能系统充电——通常是在非高峰时段，此时需求较低，风能和太阳能等可再生能源产生的能源多于立即消耗的能源。多余的能量并未被削减，而是存储在 ESS 中。

随后，在电价上涨的高峰需求期间，储存的能量可以被释放以满足更高的需求或以溢价卖回电网，为公用事业或电网运营商带来利润。

可再生能源整合的套利

除了市场套利之外，ESS还可以通过存储风能或太阳能等可再生能源的剩余能源来进行能源套利，这可能产生比电网实时吸收的更多的能源。这可以防止限电，确保可再生能源不被浪费。

随后，当发电量下降时，可以利用存储的可再生能源，从而为电网提供更加一致和稳定的可再生能源贡献。

能量套利应用的主要规格：

• 存储系统规模范围：专为套利而设计的储能系统范围可以从 1 MW 到 500 MW，具体取决于电网规模和市场动态。

• 目标放电时长：通常，套利的放电时长小于1小时，因为在高需求时段能量释放很快。

• 每年最少循环次数：能源时移系统通常每年执行 250 个或更多循环，经常充电和放电，以利用能源价格波动的优势。

ESS 能量套利的优点：

1. 财务优化：通过在价格便宜时购买能源并在价格高时出售能源，ESS 帮助公用事业和电网运营商实现收入最大化。

2. 提高可再生能源利用率：时间转移可以更多地利用可再生能源，因为可以储存而不是减少多余的发电量，从而提高电网运行效率。

3. 电网灵活性：ESS在匹配能源供应与需求方面提供了更大的灵活性，确保高峰负载期间更平稳的运行。

4. 减少弃电：通过存储多余的可再生能源而不是浪费它，ESS 有助于避免宝贵的清洁能源的弃电。

文章来源：CeylonMEPFReview

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