Amb l’augment continuat de la proporció de nova energia volàtil com la potència eòlica i la fotovoltaica a la xarxa elèctrica, la capacitat de regulació de freqüència de la generació d’energia tèrmica tradicional és poc capaç de complir els requisits d’estabilitat de la xarxa elèctrica. Els contenidors d’emmagatzematge d’energia s’han convertit en la “nova estimada” del mercat de serveis auxiliars de la xarxa elèctrica amb velocitat de resposta mil·lisegona, vida elevada de cicle i característiques de desplegament flexibles. Tenen un paper insubstituïble en la regulació de freqüència primària, la regulació de freqüència secundària, l’afaitat màxima i el farcit de la vall i redefineix el mode de control estable del sistema d’alimentació.
1 Resposta de nivell mil·lisegon
L’estabilitat de la freqüència de la xarxa d’energia (50Hz ± 0,2Hz a la Xina) és l’indicador bàsic per al funcionament segur del sistema d’alimentació. Quan la càrrega augmenta de sobte o la producció de nova energia baixa bruscament, la freqüència es desviarà immediatament del valor estàndard. Si no s’ajusta a temps, pot provocar interrupcions d’alimentació a gran escala. El temps de resposta de freqüència de les unitats de potència tèrmica tradicional sol ser de 10-30 segons, mentre que la velocitat de resposta dels contenidors d’emmagatzematge d’energia pot arribar a ser de 50 mil·lisegons, que és de més de 200 vegades la de les unitats d’energia tèrmica. Poden intervenir ràpidament en les primeres etapes de les fluctuacions de freqüència i suprimir l’expansió de les desviacions.
En un reglament de freqüència, el contenidor d'emmagatzematge d'energia simula les característiques d'inèrcia d'un generador síncron mitjançant "control d'inèrcia virtual". Quan la velocitat de canvi de freqüència de la xarxa elèctrica supera els 0,1Hz/s, el sistema d'emmagatzematge d'energia allibera o absorbeix automàticament la potència activa. Cada grup de contenidors d’emmagatzematge d’energia de 100MW/20MWh pot proporcionar 50MW de capacitat de regulació instantània, equivalent a la contribució de modulació de freqüència de dues unitats d’energia tèrmica de 300MW. El projecte de contenidors d’emmagatzematge d’energia que suporta un milió de parcs eòlics de Kilowatt a Jiangsu ha augmentat la taxa de qualificació de freqüència de la connexió de la xarxa eòlica del 98,5% al 99,9% a través d’un servei de regulació de freqüència, reduint les multes de més de 3 milions de iuan anuals a causa de la freqüència superior a la norma.
La regulació de freqüència secundària prova la capacitat de regulació contínua del sistema d’emmagatzematge d’energia. Els contenidors d'emmagatzematge d'energia han de mantenir la sortida de potència estable en 1-5 minuts segons les instruccions de despatx de la xarxa per compensar les desviacions residuals després d'una regulació de freqüència. El contenidor adopta una solució d’emmagatzematge d’energia híbrida de “fosfat de ferro de liti+supercapacitor”, que pot equilibrar la densitat d’energia i la densitat de potència: el supercapacitor és responsable de l’impacte d’alta potència en els primers 10 segons, i la bateria de liti realitza l’ajust continu després, fent que la precisió de la resposta de freqüència secundària del sistema d’emmagatzematge d’energia de 20mWh arribi al 1%, que és tres vegades més alta que la solució de bateries de Lithium Pure.
2 Peak Afait i farciment de la vall: el "expert en energia" al mercat elèctric
Al mercat elèctric on hi ha una diferència significativa entre els preus de l’electricitat pic i vall, els contenidors d’emmagatzematge d’energia poden proporcionar tant afaitat com el farciment de la vall per a la xarxa elèctrica, així com els rendiments estables per als inversors, a través del model d’arbitratge de “recàrrega de vall i descàrrega màxima”. Prenent com a exemple Xangai, el 2024, el preu de l’electricitat durant les hores punta (10: 00-11: 00, 14: 00-15: 00) arribarà a 1,2 yuan/kWh, mentre que durant les hores punta (0: 00-7: 00) només serà de 0,25 yuan/kWh, amb una diferència de preu de gairebé 5 vegades. Un grup de contenidors d’emmagatzematge d’energia de 100 mWh pot completar un cicle de càrrega i descàrrega al dia, amb un benefici diari d’uns 80000 iuans després de deduir pèrdues i un benefici anual de més de 29 milions de iuan. El període de devolució de la inversió es pot controlar en un termini de 5-6 anys.
En resposta al fenomen de la "reducció de l'energia eòlica i solar" causada pel ràpid desenvolupament de la nova energia, els contenidors d'emmagatzematge d'energia es poden carregar durant el pic del migdia de la producció fotovoltaica i descarregada durant la càrrega màxima de la nit, millorant la taxa d'absorció d'energia neta. El projecte de contenidors d'emmagatzematge d'energia de 500mWh que recolza una base fotovoltaica a Gansu pot augmentar el consum anual de fotovoltaic en 120 milions de kWh, reduir la taxa de reducció del 15% fins al menys del 5% i proporcionar una capacitat d'afaitat màxima de 100 MW per a la xarxa elèctrica, rebent subvencions d'afaitar màxims d'uns 20 milions de yuan per any.
Els serveis de còpia de seguretat de la capacitat són una altra font d’ingressos per a contenidors d’emmagatzematge d’energia. Durant els períodes de càrrega màxima de la xarxa elèctrica, el sistema d'emmagatzematge d'energia serveix com a font d'energia de còpia de seguretat per mantenir un estat d'espera en calent, a punt per respondre a l'escassetat d'alimentació en qualsevol moment i rebre subvencions en funció de la capacitat de còpia de seguretat. Un contenidor d’emmagatzematge d’energia de 20 mWh en un parc industrial de Guangdong pot generar un ingrés anual addicional d’1,2 milions de iuans participant en el mercat de la reserva de capacitats, que equival a una reducció de 0,15 iuanes dels costos d’electricitat per quilowatt.
3 clúster modular: el "cos elàstic" dels serveis auxiliars de la xarxa
La naturalesa modular dels contenidors d'emmagatzematge d'energia els permet formar ràpidament "clústers de regulació de freqüència" i ajustar de manera flexible la seva escala segons les necessitats de la xarxa elèctrica. Un únic contenidor de 20 peus pot proporcionar 5-10mWh de capacitat d'emmagatzematge d'energia. Mitjançant la tecnologia de control de clústers, centenars de contenidors poden formar una central d’emmagatzematge d’energia de nivell GWH, responent a les necessitats de regulació d’energia a gran escala de la xarxa elèctrica. El projecte d’emmagatzematge d’energia Vistra a Texas, EUA, consisteix en un sistema d’1,2GWh format per 400 contenidors d’emmagatzematge d’energia. Durant el període màxim de consum elèctric a l’estiu de 2023, proporcionarà serveis de regulació de freqüència més de 500 vegades al dia, estabilitzant la freqüència local de la xarxa elèctrica.
El nucli de la tecnologia de control de clúster és la plataforma de gestió de la central elèctrica virtual (VPP). La plataforma recopila SOC en temps real (estat de càrrega), sortida de potència i altres dades de cada contenidor mitjançant una comunicació 5G. Utilitzant algoritmes de control predictiu del model, equilibra els temps de càrrega i descàrrega de cada contenidor mentre compleixen les instruccions de la graella, ampliant així la vida general del clúster en un 10%. En el projecte de clúster d'emmagatzematge d'energia de la xarxa elèctrica d'una determinada província, la plataforma VPP va controlar les diferències de càrrega i descàrrega de 100 contenidors dins del 5%, evitant la jubilació prematura dels equips individuals a causa d'un excés d'ús.
La capacitat d’inici negre és la garantia definitiva per als clústers de contenidors d’emmagatzematge d’energia. Quan hi ha una interrupció d’alimentació a gran escala a la xarxa elèctrica, el clúster d’emmagatzematge d’energia pot servir com a font d’energia d’inici negre per subministrar energia a equips auxiliars en centrals tèrmiques i plantes hidroelèctriques, ajudant la principal font d’energia a reprendre el funcionament. El clúster de contenidors 100MWh d'una determinada central d'emmagatzematge d'energia a la província de Zhejiang s'ha verificat mitjançant proves d'inici negre per proporcionar una potència de posada en marxa durant dues unitats de potència tèrmica de 600MW en 30 minuts, reduint el temps de recuperació de la xarxa elèctrica a menys de 2 hores i reduint-la en 4 hores en comparació amb els esquemes tradicionals d'inici negre.
L’aplicació generalitzada de contenidors d’emmagatzematge d’energia al camp dels serveis auxiliars de la graella marca la transformació del sistema d’alimentació des de la “font després de la càrrega” fins a la “coordinació d’emmagatzematge de càrrega de la graella”. Aquests "reguladors energètics" flexibles no només milloren l'estabilitat de la xarxa elèctrica i la capacitat d'absorbir una nova energia, sinó que també obtenen beneficis considerables a través de la participació en el mercat elèctric, formant un model guanyador de "beneficis socials+beneficis econòmics", proporcionant un suport clau per a la construcció de nous sistemes de potència.