Põhjalik juhend: Mis on primaarne ja sekundaarne sageduse reguleerimine energia salvestamisel?
Euroopas (sh Põhja-Euroopas) ja suuremas osas Aasiast on standardne võrgusagedus 50 Hz; Põhja-Ameerika osades on see 60 Hz. Elektrienergia tootmine ja tarbimine peavad olema reaalajas tasakaalus. Kui koormus järsult suureneb või taastuvenergia toodang järsult langeb, langeb sagedus; vastupidi, kui tootmine ületab tarbimist, tõuseb sagedus.
Varem haldasid seda peamiselt soojus- ja hüdroelektrijaamad. Kuna aga taastuvenergia osakaal jätkuvalt kasvab, on võrgu sageduse kõikumised muutunud palju tundlikumaks, kuna tuule- ja päikeseenergial puudub traditsioonilistele sünkroongeneraatoritele omane pöörlemine.
Aku energiasalvestussüsteemid (BESS)Teisest küljest pakuvad need millisekundilist reageerimisaega, täpset juhtimist ja kahesuunalist laadimis-/tühjendusvõimet, mis muudab need ideaalselt sobivaks võrgu sageduse reguleerimiseks. Eelkõige on elektrokeemilise energia salvestamisest saanud võtmetegija abiteenuste turgudel kogu Ühendkuningriigis, Austraalias, USA-s ja Euroopas. Selles blogipostituses selgitame, mida primaarne ja sekundaarne sageduse reguleerimine endaga kaasa toob, millised on tehnilised nõuded ja millised on reaalse turu rakendused.
Primaarne sageduskarakteristik (FCR)
Primaarne sageduskarakteristik viitab lokaliseeritud seadmete kohesele ja autonoomsele reageerimisele alati, kui võrgu sagedus erineb nimiväärtusest. Näiteks kui 50 Hz võrgu sagedus langeb 49,8 Hz-ni, tuvastab energiasalvestus- ja võimsusmuundamissüsteem (PCS) lokaliseeritud languse ja suunab automaatselt energia võrku; kui sagedus tõuseb, neelab see automaatselt energiat laadimiseks.
Peamised omadused on:
- PäästikumehhanismKohaliku sageduse tuvastamine, automaatne autonoomne reageerimine.
- ReaktsioonikiirusMillisekunditest mitme sekundini.
- Kontroll-sihtmärkSagedushälve ise (languse/tõusu peatamine).
- Tüüpilised nõudedKiire, stabiilne ja kahesuunaline aktiivvõimsuse reguleerimine.
- BESS-i eelisedPCS reageerib palju kiiremini kui söeküttel töötavad elektrijaamad, mistõttu on see väga sobiv kiireks sageduskarakteristikuks.
Euroopas liigitatakse primaarne sageduse reguleerimine ametlikult FCR-iks (sageduse piiramise reserv). FCR toimib esimese reageerimisliinina pärast sagedushäiret, mille järel võtavad üle sekundaarsed sageduse reguleerimise ressursid. Ühendkuningriigis jagunevad sarnased teenused spetsiaalseteks toodeteks, mida nimetatakse dünaamiliseks piiramiseks (DC), dünaamiliseks modereerimiseks (DM) või dünaamiliseks reguleerimiseks (DR), mis kõik töötavad koos, et hoida süsteemi sagedus vastuvõetavates tööpiirides.
Teisejärguline sageduse reguleerimine: AGC ja aFRR
Teisese sageduse reguleerimine sarnaneb võrgu dispetšerkeskusega, mis annab elektrijaamadele ja hajutatud varadele reaalajas juhiseid nende väljundvõimsuse pidevaks reguleerimiseks automaatse genereerimise juhtimise (AGC) käskude abil.
Ainult lokaalse sageduse tuvastamise asemel jälgib dispetšerteenus võrguülest sagedust, ühendusliinide võimsusvooge ja piirkondliku süsteemi tasakaalu olekut. Energiasalvestussüsteemid laadivad ja tühjendavad vastavalt nendele juhistele, et taastada sagedus täpsele sihtväärtusele, vabastades ja lähtestades seeläbi FCR-i ressursid järgmise võimaliku häiringu jaoks.
Soome turu näitel eristab ülekandesüsteemi haldur (TSO) Fingrid neid kahte selgelt: FCR hõlmab võrguga ühendatud ressursse, mis vähendavad kiire sageduskarakteristiku abil koheseid sagedushälbeid; samas kui aFRR kasutab AGC-d väljundi reaalajas reguleerimiseks tsentraliseeritud dispetšijuhiste alusel, et taastada süsteemi tasakaal.
Peamised omadused on:
- PäästikumehhanismTsentraliseeritud AGC-käsklused, mille väljastab võrgu dispetšer või turuoperaatori platvorm.
- ReaktsiooniaegTavaliselt mitu sekundit kuni mitu minutit.
- Kontrolli sihtmärkeSageduse taastamine, piirkonna juhtimisviga (ACE), tasandi-liinide ühendusvõimsus.
- Tüüpilised nõudedSuur jälgimistäpsus, püsivad tõusukiirused ja piisav saadaolev energiamaht.
- BESS-i eelisedErakordne jälgimistäpsus ja võimalus koheselt vahetada täismõõdulise edasi- ja tagasikäigu vahel ilma mehaanilise kulumiseta.
Euroopas vastab sekundaarne sageduse reguleerimine üldiselt aFRR-ile (automaatne sageduse taastamise reserv). See võtab süstemaatiliselt FCR-ilt üle võrgu nimiseisundi taastamiseks vajalikud funktsioonid.
Tehniline võrdlus: primaarne vs sekundaarne sageduse reguleerimine
| Võrdlusobjekt | Esmane Sagedus Määrus (FCR/FRR) | Teisejärguline regulatsioon (aFRR/AGC) |
|---|---|---|
| Üldised terminid | Primaarne sageduskarakteristik, FCR, FFR | Teisene regulatsioon, aFRR, AGC |
| Põhifunktsioon | Peatab koheselt kiire sageduse kõrvalekalde | Taastab sageduse nominaalse sihtväärtuseni |
| Juhtimisallikas | Kohapealse seadme lokaliseeritud automaatne reageerimine | Tsentraliseeritud juhised dispetšikeskusest või VPP platvormilt m |
| Reaktsioonikiirus | Millisekundid sekunditeks | Sekunditest minutiteni |
| Tehniline fookus | PCS kiire reageerimine, täpne | AGC jälgimine, side, SOC haldamine |
| Energia salvestamise nõuded | Suur võimsus, kiire reageerimisvõime, SOC-reserv | Pidev jälgimine, saadaolev võimsus, dispetšeri kommunikatsioon |
| Tulude omadused | Peamiselt võimsustasud ja tulemustasud | Peamiselt läbisõidutasud, mahutavustasud ja jõudlushinnangud |
Millised riigid sobivad kõige paremini energia salvestamiseks sageduse reguleerimiseks?
II aste: Küpsed kaupmeeste turud (otsene BESS-i osalus)
| Riik/regioon | Sobivus | Peamised teenused | Kiire hindamine |
|---|---|---|---|
| Ühendkuningriik | Väga sobiv | Dünaamiline piiramine (DC), dünaamiline reguleerimine (DR), tasakaalustusmehhanism (BM) | Väga küpsed ärimudelid; selged, virnastatavad sagedusteenuste raamistikud kaupmeeste varadele |
| Iirimaa/Põhja-Iirimaa | Väga sobiv | DS3 raamistik, FFR, süsteemiteenused | Mittesünkroonse taastuvenergia suur osakaal; väike isoleeritud võrk; suur nõudlus kiire sageduskarakteristiku järele |
| Austraalia (NO) | Väga sobiv | FCAS (regulatsiooni- ja ettenägematute olukordade turud) | Ülimalt mastaapsete BESS-ide suur osakaal; FCAS on peamine esialgne kaupmeeste tuluallikas |
| Ameerika Ühendriigid (PJM) | Väga sobiv | Regulatsioon (RagA/RagD), reservturud | Küpse turu puhastused; tugevad tulemuspõhised palganäitajad, mis premeerivad BESS-i kiire reageerimisega varasid |
| Texas (ERCOT), USA | Väga sobiv | Reg-Up, Reg-Down, RRS, ECRS | Väga tulus ajalooline tootlus, kuigi kiire aku küllastumine suurendab konkurentsi ja vähendab hindu |
| Saksamaa | Sobib | FCR, aFRR | Euroopa piiriülesed turud on väga standardiseeritud; ideaalne kommunaalteenuste mastaabis eraldiseisva salvestuse ja koondatud C&I portfellide jaoks |
| Prantsusmaa, Holland, Belgia, Austria, Šveits | Sobib | FCR, aFRR | Osa Euroopa sünkroonvõrgust; turureegleid ühtlustatakse järk-järgult |
| Itaalia | Sobib | Kiirreserv, minimaalselt eraldatud võimsus, võimsusmehhanism, abiteenused | Taastuvenergia kiire kasv; märkimisväärne ruum energia salvestamise osalemiseks |
II aste: suure potentsiaaliga ja arenevad turud (areneva raamistiku)
| Riik/regioon | Sobivus | Hindamine |
| Jaapan | Sobivaks saamine | Edasijõudmist soodustavad tärkavad tasakaalustusturud, äsja moodustatud võimsusturud ja sihtotstarbelised arvesti ees olevate energia salvestamise toetused |
| Hispaania | Võimalused on olemas | Päikesepaneelide suur osakaal, suur nõudlus energia salvestamise järele, kuid sageduse reguleerimise tulumehhanismid on vähem küpsed kui Ühendkuningriigis või Austraalias |
| Poola | Võimalused on olemas | Kasvav nõudlus võimsusturgude ja võrgu paindlikkuse järele; energia salvestamine hakkab turule sisenema |
| Põhjamaad (Rootsi, Soome, Norra jne) | Väga sobiv; üleminek aktiivsele tegevusele | Sellised teenused nagu FCR-N, FCR-D, aFRR ja mFRR on BESS-i jaoks tehniliselt optimaalsed. Põhivõrguettevõtjad (nt Fingrid, Svenska kraftnät) lubavad sõltumatut BESS-i osalemist. Päev-ette ja päevasisese spot-kaubanduse tsüklid lühenevad, mistõttu on VPP-de koondamine ja mitme turu tulude kuhjamine piiratud turuvõimsuse tõttu kriitilise tähtsusega. |
| Tšiili | Võimalused on olemas | Päikeseenergia järsk piiramine; energia salvestamine pakub võimalusi nii tippkoormuse vähendamiseks kui ka abiteenuste osutamiseks |
Põhja-Euroopas on Rootsi Svenska kraftnät ja Soome Fingrid lubanud sõltumatutel energiasalvestussüsteemidel osaleda FCR-i ja aFRR-i turgudel, mida saab integreerida päev-ette ja päevasisese elektrienergia turgudega, et luua mitme tuluga mudel, mis ühendab „energiaturud, primaarne sageduse reguleerimine ja sekundaarne sageduse reguleerimine.„Siiski tuleb märkida, et Põhja-Euroopa sageduse reguleerimise turgude võimsus on suhteliselt piiratud, mistõttu on agregeerimis- ja kiirreageerimisvõime energiasalvestussüsteemide peamisteks konkurentsiteguriteks.“
III aste: projektipõhised ja PPA-põhised turud (avatud kõrvalturge pole)
| Riik/regioon | Sobivus | Hindamine |
| Saudi Araabia | Märkimisväärsed projektivõimalused, kuid sageduse reguleerimise turg pole veel küps | Praegu keskendutakse rohkem taastuvenergia salvestamisele, pikaajalistele elektrienergia ostulepingutele ja võimsusgarantiidele, mitte puhtalt turupõhisele sageduse reguleerimisele. |
| Araabia Ühendemiraadid | Olulised projektivõimalused | Paljud suuremahulised päikeseenergia ja energia salvestamise projektid, kuid abiteenuste turumehhanismid on vähem küpsed kui Euroopas, USAs ja Austraalias |
| Omaan, Jordaania, Egiptus | Peamiselt projektipõhine | Energia salvestamist kasutatakse rohkem päikesepaneelide tasandamiseks, tippkoormuse vähendamiseks, diislikütuse asendamiseks ja ooterežiimis |
| Mõned Kagu-Aasia riigid | Varajases staadiumis õppimise võimalused | Nõrgad elektrivõrgud vajavad tehnilisest vaatenurgast sageduse reguleerimist, kuid kommertsmehhanismid pole veel küpsed. |
Sellistel turgudel nagu Lähis-Ida saab energia salvestamise abil tehnilisest vaatenurgast kindlasti pakkuda primaarset ja sekundaarset sageduse reguleerimist, kuid projekti tulud ei tule üldiselt otse avatud abiteenuste turgudelt, nagu see on Ühendkuningriigis, Austraalias ja PJM-is; pigem on need lisatud PPA-desse, EPC tehnilistesse spetsifikatsioonidesse või võrguühenduse standarditesse.
Milline on selle mõju energiasalvestussüsteemi konfiguratsioonile?
Kui projekti eesmärk on teostada primaarset sageduse reguleerimist (FFR), keskenduge järgmisele:
| Süsteemi komponent | Peamised kaalutlused |
| TK-d | Reaktsiooniaeg, ülekoormustaluvus, sageduse languse kontroll, GFM/GFL-võimekus |
| EMS/PPC | Sageduse juhtimise loogika, SOC reserv, võimsuse jaotamine |
| BMS | Võimekus taluda sagedasi, väikese energiatarbega laadimis-/tühjendustsükleid; täpne SOC/SOH |
| Suhtlus | Kohaliku reageerimise prioriteet, koordineerimine PPC/SCADA-ga |
| Aku | Suur tühjenemiskiirus ei pea tingimata olema äärmiselt kõrge, kuid see peab taluma sagedasi mikrotsükleid |
Kui projekt nõuab sekundaarset sageduse reguleerimist/AGC-d, keskenduge järgmisele:
| Süsteemi komponent | Peamised kaalutlused |
| EMS/PPC | AGC käskude jälgimine, võimsuse tõusukiirus, reageerimise täpsus |
| SCADA | Side dispetšikeskusega; IEC 60870-5-104, IEC 61850, Modbus jne. |
| TK-d | Kahesuunaline kiire reguleerimine, madala latentsusega teostus |
| Akusüsteem | SOC-i haldamine on kriitilise tähtsusega; akut ei tohi käsu saamisel kohe täielikult laadida ega tühjeneda. |
| Leping | Vaadake üle tulemusnäitajad, läbisõiduhüvitis, saadavuse määr ja rikkumiste eest karistused |
Rakenduse analüüs: kuidas Piloottehnoloog Edendab Põhjamaade FCR-i ja VPP-de arendust
Kuna energiasalvestusvarade põhiväärtus nihkub lihtsast riistvara juurutamisest tarkvarapõhise turu monetiseerimise poole, on Põhjamaade piirkond (Taani, Rootsi, Soome) kujunenud peamiseks katsepolügooniks täiustatud abiteenuste osutamiseks. Intersolar Europe'is Piloottehnoloogia esitles oma terviklikku Cloud-Pipe-Edge-Deviceintegreeritud nutikas energialahendus, mis on spetsiaalselt loodud Põhjamaade turul kahanevate päev-ette ja päevasisese elektrienergia kauplemistsüklitega tegelemiseks.
Pilot Technology raamistik kiirendab kohalike varade arendamist kogu Põhja-Euroopas tihedalt seotud riist- ja tarkvaraarhitektuuri kaudu:
- Kiire sageduskarakteristiku vastavus serval: Primaarse sageduse reguleerimise (näiteks FCR-D) puhul on reageerimiskiirus ülioluline. Piloodi enda väljatöötatud Äri- ja tööstushooned (C&I) BESS sisaldab lokaliseeritud Energiahaldussüsteem (EMS) mis on integreeritud kiirete tehisintellektiga juhtimisahelatega. See võimaldab riistvaral teostada sekundilise täpsusega võimsuse reguleerimisi, mida Põhjamaade põhivõrguettevõtjad vajavad võrguhälvete stabiliseerimiseks.
- Mitme turu abiteenuste virnastamine VPP platvormide kaudu: Teisejärguline reguleerimine ja optimeerimine nõuavad makrotasandi orkestreerimist. Piloti virtuaalse elektrijaama (VPP) agregeerimisplatvorm kasutab lokaliseeritud koormuse prognoosimise ja hetkehinna algoritme, et dünaamiliselt genereerida automatiseeritud laadimis- ja tühjendamisprofiile. See võimaldab hajutatud varade omanikel automaatselt koondada tootlust mitme turu vahel – osaledes Põhjamaade hetkeelektrikaubanduses koos mitmetasandiliste abiteenustega, sealhulgas FCR-D, aFRR ja mFRR, ilma käsitsi operatiivse sekkumiseta.
- Kohalike regulatiivsete tõkete ületamine: Põhjamaades esinevad ainulaadsed operatiivsed väljakutsed, alates spetsiifilistest võrguühenduste kinnitustest kuni erinevate kohalike mõõtmisraamistikeni. Nutikate servalarvutuse väravate abil võtab Piloti lahendus need piirkondlikud tehnilised üksikasjad arvesse, võimaldades varadel sujuvalt integreeruda jaemüügienergiavõrkude ja kohalike agregaatorite raamistikega kogu Taanis ja Rootsis.
Praktikas – näiteks Piloti juurutamisel Taani energialahenduste pakkujatega – ületab see ühtne riistvara ja VPP strateegia lõhe kliendipoolse infrastruktuuri ja hulgimüügienergia turu vahel. Ühendades C&I päikeseenergia salvestusvarad nutikate elektriautode laadimissüsteemidega, Platvorm haldab trafode tippkoormusi, et vältida kohaliku võrgu infrastruktuuri ülekoormustasusid, pakkudes samal ajal akude varjatud paindlikkust tulu teenivateks abivaradeks Euroopa elektrivõrgu jaoks.
BESS-i tehnilise konfiguratsiooni nõuded
Nende lokaliseeritud tuluallikate edukaks jäädvustamiseks tuleb riist- ja tarkvaraarhitektuure projekteerida vastavalt konkreetsetele jõudlushälvetele:
Süsteemi konfiguratsioon primaarseks sageduse reguleerimiseks (FCR/FFR)
- TK: Peab olema ülimadala latentsusajaga, ajutise ülekoormuse tolerantsiga, sageduse languse juhtimise võimalusega ja võrgu moodustamise (GFM) / võrgu jälgimise (GFL) paindlikkusega.
- EMS / PPC: Sagedusjuhtimise loogika kiired töötlemisahelad, mis säilitavad ranged reaalajas SOC tööribad kättesaadavuse tagamiseks.
- BMS: Peab olema varustatud mikrotsükli arvutusvõimalustega, et jälgida kiireid, kõrgsageduslikke ja madala tühjenemissügavusega (DOD) võimsuskõikumisi.
- Akuelemendid: Konstrueeritud taluma kõrgsageduslikku mikrotsüklit ilma kiirendatud mahtuvuse vähenemise või termilise akumuleerumiseta.
Süsteemi konfiguratsioon sekundaarse sageduse reguleerimiseks (aFRR/AGC)
- EMS / VPP platvorm: Pidev AGC käskude jälgimine, automatiseeritud käivituskiiruse piiramine ja mitme turu optimeerimise algoritmid.
- SCADA/telemeetria: Kõrge töökindlusega sideliidesed, mis toetavad tööstusprotokolle, näiteks IEC 60870-5-104, IEC 61850 ja Modbus, et säilitada pidev ühendus keskse võrgu dispetšeriga.
- Aku süsteem: Energiamaht muutub äärmiselt kriitiliseks. Pikaajaliste ja pidevate suunatud laadimis- või tühjenemisjuhiste säilitamiseks ilma enneaegse mahutavuse ammendumiseta on vaja suuri SOC-i tööpuhvreid.
Kokkuvõte
Primaarne sageduse reguleerimine on ülioluline tänapäevaste, vahelduva taastuvenergia tootmisega küllastunud võrkude jaoks, kus BESS-i varad kasutavad ära kiirust ja autonoomset teostust. Teisene sageduse reguleerimine tugineb keerukatele tururaamistikele ja tsentraliseeritud koordineerimisele, kus salvestusvarad monetiseerivad oma täpsuse ja pideva kahesuunalise jälgimise võimalustega.
Tõeliselt panganduskõlbliku vara loomiseks sellistes arenenud valdkondades nagu Põhjamaad ei saa arendajad enam riistvara eraldi vaadata. Edu saavutamiseks on vaja integreerida suure jõudlusega BESS-seadmed, lokaliseeritud servakontrolli vastavust ja intelligentset VPP-orkestreerimist, et muuta toores tehniline paindlikkus jätkusuutlikuks ja mitme turu finantstuluks.
