Сумяшчальнасць сістэмы захоўвання энергіі з сеткай у асноўным задаецца пытаннем, ці могуць гэтыя акумулятарныя сістэмы падключыцца да электрычнай інфраструктуры, якую мы пабудавалі 50-70 гадоў таму, без таго, каб усё пайшло ўбок. Электрасетка была разлічана на адзін кірунак - электрычнасць цячэ ад электрастанцый да вашага дома. Канец гісторыі. Цяпер мы спрабуем прымусіць яго працаваць з батарэямі, якія зараджаюцца, разраджаюцца і пераключаюцца паміж імі за секунды.
Тэхнічнае вызначэнне трапляе ў параметры напружання, частотную характарыстыку і гармонікі. Але ўсё зводзіцца да таго, ці добра сістэма захоўвання працуе з усім астатнім, падключаным да сеткі. Ці можа ён рэагаваць на сігналы аператара сеткі? Ці стварае гэта электрычны шум, які выводзіць з ладу іншае абсталяванне? Ці будзе ён заставацца стабільным пры змене ўмоў сеткі?
Чаму хуткасць важная больш, чым ёмістасць
Большасць людзей засяроджваецца на тым, колькі энергіі можа захоўваць батарэя. Гэта мегават-гадзіны (МВт·г). Але для сумяшчальнасці з сеткай намінальная магутнасць у мегаватах (МВт) і хуткасць рэагавання маюць не меншае значэнне.
Hornsdale Power Reserve у Паўднёвай Аўстраліі прадэманстраваў нешта важнае - іх акумулятарная батарэя Tesla магутнасцю 100 МВт/129 МВт·гадз магла перайсці ад нуля да поўнай магутнасці за 140 мілісекунд. Традыцыйным газавым пікавым устаноўкам патрабуецца 10-15 хвілін, каб запусціць і дасягнуць поўнай магутнасці. Гэтая розніца велізарная, калі вы спрабуеце падтрымліваць стабільную частату сеткі. Частата павінна заставацца ў дыяпазоне ад 49,9 да 50,1 Гц у Аўстраліі (або 59,9-60,1 Гц у Паўночнай Амерыцы), і адхіленні за межамі гэтага дыяпазону могуць пашкодзіць абсталяванне або выклікаць каскадныя збоі. Дадзеныя з teslamag.de паказалі, што гэтая батарэя рэагуе на паездку вугальнай станцыі ў Паўднёвай Аўстраліі хутчэй, чым любы іншы рэсурс у сетцы.
Праблема частоты, якую ніхто не планаваў
Сеткі працуюць ад пераменнага току, які вагаецца з пэўнай частатой. У Паўночнай Амерыцы гэта 60 Гц, у большасці іншых месцаў - 50 Гц. Калі генерацыя і нагрузка збалансаваны, частата застаецца стабільнай. Пры раптоўнай страце генерацыі - электрастанцыя адключаецца ад сеткі - частата падае. Традыцыйныя электрасеткі спраўляліся з гэтым, круцячыся рэзервы, у асноўным электрастанцыі, якія працуюць з меншай магутнасцю і могуць хутка нарасціць.
Батарэі змянілі раўнанне. Яны могуць падаць энергію амаль імгненна, але яны таксама могуць разрадзіцца гэтак жа хутка, калі не кантралявацца належным чынам. Гэта стварае новыя праблемы сумяшчальнасці, таму што сістэмы кіравання сеткай былі распрацаваны з улікам больш павольных характарыстык рэакцыі звычайнай генерацыі.
Стандарты, якія не адстаюць
IEEE 1547 з'яўляецца асноўным стандартам у ЗША для падлучэння размеркаваных рэсурсаў энергіі. Абнаўленне 2018 года павінна было выправіць праблемы з версіяй 2003 года, якая была напісана да таго, як існавала-вялікамаштабнае захоўванне батарэі. Але нават стандарт 2018 года не ахоплівае ўсё, што трэба рабіць сістэмам захоўвання.
Згодна з дадзенымі Каліфарнійскага незалежнага сістэмнага аператара, даступнымі на caiso.com, Каліфорнія дасягнула 10 000 МВт усталяванай ёмістасці акумулятараў у пачатку 2024 года. Большасць такіх установак складаецца з фасфату літыя і жалеза (LiFePO4) з шчыльнасцю энергіі каля 90-120 Вт·гадз/кг. Ніжэй, чым 150-200 Вт·гадз/кг, якія вы атрымліваеце з акумулятарамі NMC, але яны больш стабільныя пры высокіх тэмпературах і маюць больш працяглы цыкл для сеткавых прымянення.
Праблема ў тым, што кожная камунальная служба дадала ўласныя патрабаванні да IEEE 1547. Hawaiian Electric мае адзін набор правілаў. У PG&E ёсць розныя. Тое, што працуе для ўстаноўкі батарэі ў Каліфорніі, можа не адпавядаць патрабаванням у Тэхасе ці Нью-Ёрку. Рэальнай стандартызацыі няма, што робіць павелічэнне сховішча даражэйшым, чым трэба.
Інвертары - сапраўднае вузкае месца
Інвертар - гэта месца, дзе энергія батарэі пастаяннага току пераўтворыцца ў сетку пераменнага току. Гэта таксама кропка сумяшчальнасці. Сучасныя інвертары,-звязаныя з сеткай, павінны забяспечваць рэгуляванне напружання, падтрымку рэактыўнай магутнасці, частотную характарыстыку і ўзаемадзейнічаць з аператарамі сеткі з дапамогай такіх пратаколаў, як DNP3 або Modbus. Некаторыя інвертары могуць рабіць усё гэта добра. Іншыя не могуць.
Калі ў вас ёсць некалькі сістэм захоўвання ў адной размеркавальнай ланцугу, іх інвертары могуць змагацца адзін з адным. Адна сістэма спрабуе павысіць напружанне, іншая - панізіць. Гэта стварае ваганні, якія могуць пашкодзіць абсталяванне або спрацаваць ахоўныя рэле. Каардынацыя некалькіх інвертараў патрабуе складаных сістэм кіравання, якіх у большасці камунальных службаў яшчэ няма.
Рэальныя праекты, рэальныя праблемы
Назапашвальнік энергіі Moss Landing у Каліфорніі ў цяперашні час з'яўляецца адной з найбуйнейшых акумулятарных установак у свеце - 3 000 МВт згодна з дакументацыяй Pacific Gas & Electric на pge.com. Ён можа пераключацца з поўнай зарадкі на поўную разрадку менш чым за секунду, што робіць яе карыснай для рэгулявання частоты і кіравання пікавым попытам.
Але сумяшчальнасць не была аўтаматычнай. PG&E прыйшлося абнавіць трансфарматары і ахоўнае абсталяванне ў пункце злучэння. Ім спатрэбіліся новыя сістэмы кіравання для каардынацыі акумулятара з іншымі генерацыйнымі рэсурсамі. Праект заняў тры гады ад зацвярджэння да эксплуатацыі, і значная частка гэтага часу была выдаткавана на даследаванні інтэграцыі сеткі і мадэрнізацыю інфраструктуры.
Меншыя ўстаноўкі размеркаваных сховішчаў сутыкаюцца з іншымі праблемамі. Жылыя і камерцыйныя сістэмы павінны адпавядаць стандартам бяспекі UL 9540 і UL 1973. Яны павінны адпавядаць мясцовым электратэхнічным нормам, якія моцна адрозніваюцца ў розных юрысдыкцыях. У некаторых месцах патрабуецца магчымасць хуткага адключэння. Іншыя патрабуюць спецыяльных выключальнікаў або сістэм пажаратушэння.
Кошт сумяшчальнасці
Выкананне патрабаванняў узаемасувязі дадае 15-20% да ўстаноўленага кошту сістэмы захоўвання дадзеных. Гэта ўключае ў сябе спецыялізаванае ахоўнае абсталяванне, камунікацыйнае абсталяванне, даследаванні якасці электраэнергіі і аплату камунікацый. Для невялікіх праектаў гэтыя выдаткі могуць цалкам знішчыць эканоміку. Камерцыйная сістэма захоўвання на 500 кВт/гадз можа мець сэнс для зніжэння спажывецкай платы, але не ў тым выпадку, калі вам давядзецца выдаткаваць дадатковыя 50 000 долараў на патрабаванні да ўзаемасувязі.
Германія мае розныя стандарты праз VDE, якія не адпавядаюць патрабаванням IEEE. Абсталяванне, прызначанае для паўночнаамерыканскага рынку, часта мае патрэбу ў апаратных мадыфікацыях, каб працаваць у Еўропе. Гэта фрагментуе рынак і прадухіляе эфект маштабу масавай вытворчасці, які прывёў да зніжэння кошту сонечных батарэй.
Што адбываецца, калі батарэі старэюць
Літыевыя батарэі дэградуюць. Ёмістасць змяншаецца, унутраны супраціў павялічваецца, а прадукцыйнасць з часам зніжаецца. Акумулятарная сістэма, якая адпавядала ўсім патрабаванням сеткі, калі была новай, можа мець праблемы пасля 5-7 гадоў інтэнсіўнай язды на ровары.
Грыд-коды на самай справе не ўлічваюць гэта пагаршэнне. Сістэма павінна заставацца сумяшчальнай на працягу чаканага тэрміну службы 10-15 гадоў. Сістэмы кіравання павінны адаптавацца да змены характарыстык батарэі. Некаторыя раннія ўстаноўкі назапашвальнікаў сутыкаюцца з праблемамі, калі сапсаваныя батарэі не могуць забяспечыць час водгуку або ўзровень магутнасці, які яны першапачаткова абяцалі аператарам сетак.
Няма стандартнага падыходу да вырашэння гэтай праблемы. Некаторыя распрацоўшчыкі праектаў першапачаткова павялічваюць свае сістэмы, плануючы дэградацыю. Іншыя выкарыстоўваюць складаныя сістэмы кіравання батарэямі, якія рэгулююць працоўныя параметры па меры старэння батарэй. Але гэта дадае складанасці і кошту, чаго не было ў ранніх мадэлях праектаў.
Праблема інтэграцыі аднаўляльных крыніц энергіі
Высокае пранікненне аднаўляльных крыніц стварае крутыя пандусы, з якімі сховішча павінна справіцца. Калі ўвечары сонечная вытворчасць падае, батарэі разраджаюцца, каб запоўніць прабел. Калі ўначы раптоўна ўзмацняецца вецер, акумулятары зараджаюцца, каб паглынуць лішкі энергіі.
Каардынацыя гэтага паміж тысячамі індывідуальных сістэм захоўвання з'яўляецца праблемай кантролю, з якой сеткі раней не сутыкаліся. Вам патрэбны-маніторынг у рэальным часе, хуткая сувязь і алгарытмы, якія могуць аптымізаваць адпраўку праз размеркаваныя рэсурсы. Некаторыя рэгіёны нарошчваюць гэтыя магчымасці. Іншыя ўсё яшчэ працуюць на сістэмах кіравання з 1980-х гадоў, якія ледзь спраўляюцца са звычайнай генерацыяй, не кажучы ўжо пра тысячы батарэй, якія могуць змяняць сваю магутнасць за мілісекунды.
Інфраструктура, якую ніхто не хоча фінансаваць
Прыхільнікі захоўвання кажуць пра тое, што батарэі дазваляюць выкарыстоўваць аднаўляльныя крыніцы энергіі. Гэта дакладна толькі ў тым выпадку, калі інфраструктура сеткі можа апрацоўваць двухнакіраваны паток энергіі. У многіх месцах гэта не можа. Размеркавальныя трансфарматары былі распрацаваны для-аднабаковага патоку энергіі. Схемы абароны мяркуюць, што ток замыкання паходзіць ад сістэмы перадачы, а не ад акумулятараў размеркавальнай сеткі.
Абнаўленне гэтай інфраструктуры каштуе мільярды. Камунальныя службы не жадаюць марнаваць грошы на мадэрнізацыю, якая можа не акупіцца дзесяцігоддзямі. Рэгулятары змагаюцца за ўхваленне павышэння ставак для інфраструктуры, якую кліенты непасрэдна не бачаць. Такім чынам, абмежаванні сумяшчальнасці захоўваюцца, таму што няма асновы для падтрымкі таго, што могуць зрабіць сістэмы захоўвання дадзеных.
Дзе справы стаяць
Аўстралія і Каліфорнія даведаліся больш аб інтэграцыі-сеткавага сховішча, чым дзе-небудзь яшчэ. Іх шырокае разгортванне выявіла праблемы, якія не былі відавочнымі ў пілотных праектах. Яны распрацавалі лепшыя стандарты, палепшылі сістэмы кіравання і навучылі камунальны персанал, які разумее, як кіраваць сеткамі са значнай ёмістасцю захоўвання.
Але універсальнай п'есы не існуе. Тое, што працуе ў Паўднёвай Аўстраліі з яе ізаляванай сеткай, можа не прымяняцца да Тэхаса з яго масіўнай ўзаемазвязанай сістэмай. Каліфарнійскі падыход да кіравання рэсурсамі захоўвання дадзеных не распаўсюджваецца непасрэдна на рэгіёны з рознымі рынкавымі структурамі або нарматыўна-прававой базай.
Сумяшчальнасць сістэмы захоўвання энергіі з сеткай застаецца ў стадыі распрацоўкі. Тэхналогія існуе. Стандарты паляпшаюцца. Вопыт назапашваецца. Але для забеспячэння надзейнай працы батарэй з электрычнымі сеткамі, якія не прызначаны для іх, патрэбны час, грошы і інстытуцыйнае навучанне, якое нельга спяшацца. Некаторыя рэгіёны зразумеюць гэта хутчэй, чым іншыя, а тыя, што гэтага не робяць, будуць плаціць большыя выдаткі за менш надзейныя сеткі, чым яны маглі б мець.