Проект хранения энергии Tehachapi ( TSP ) представляет собой сетевую систему хранения энергии на основе литий-ионных аккумуляторов мощностью 8 МВт /32 МВт· ч на подстанции Monolith Substation of Southern California Edison (SCE) в Техачапи, Калифорния , достаточную для питания от 1600 до 2400 домов в течение четырех часов. [1] На момент ввода в эксплуатацию в 2014 году это была крупнейшая система литий-ионных аккумуляторов, работающая в Северной Америке , и одна из крупнейших в мире. [2] [3] [4] [5] TSP считается современным пионером в области хранения энергии со значительными достижениями, которые доказали жизнеспособность хранения энергии в масштабах коммунальных служб с использованием литий-ионной технологии. [6] Первоначально задуманный как научно-исследовательский и опытно-конструкторский проект, [7] TSP работал в качестве ресурса на уровне распределения для SCE, и в 2020 календарном году SCE сообщила, что TSP работала на оптовом рынке энергии с доходом, превышающим расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание. [8] [9] В 2021 году SCE начала вывод из эксплуатации TSP, за которым последовало официальное снятие с эксплуатации государственными регулирующими органами в 2022 году. [10] [11] Ожидается, что физический демонтаж TSP будет завершен к концу 2022 года. [12]
На продуваемом ветрами горном перевале на краю пустыни Мохаве находится самая мощная в Северной Америке коллекция батарей, используемых для хранения неиспользованной энергии, которая движется к революции в электричестве. [13]
Уитни Макферрон, Bloomberg
В мае 2013 года Southern California Edison заключила контракт TSP с консорциумом во главе с LG Chem , подразделением по производству аккумуляторов южнокорейского промышленного конгломерата LG Corporation . LG Chem поставила аккумуляторные системы, в то время как ABB поставила инверторы , а LG CNS обеспечила инженерную и строительную поддержку. [5]
Система TSP была одной из первых, продемонстрировавших сборку большого количества литий-ионных батарей в единую систему порядка мегаватт мощности и десятков мегаватт-часов энергии для обеспечения поддержки электросети . Проект использует батареи класса электромобилей и демонстрирует синергию между батареями для автомобильного и электросетевого секторов. [14] В период с 2009 по 2014 год было введено в эксплуатацию более 120 проектов по хранению энергии в сетях, что стало важным поворотным моментом для сетевых батарей. [15] Система TSP сыграла в этом значительную роль как крупная система, принадлежащая коммунальному предприятию, предоставляющая множество энергетических услуг с использованием коммерчески доступных продуктов. [15]
Система TSP была разработана и оценена с использованием подхода, ориентированного на приложения. [16] Хранение энергии для ветряных электростанций в перевале Техачапи [17] уже было тщательно изучено ранее, включая влияние хранения энергии на подстанции Monolith. [18] Как описывает Edison International , материнская компания Southern California Edison (SCE), существует постоянный интерес к хранению энергии со стороны коммунальных служб , а также мнение, что появятся технические инновации, которые помогут управлять сетью более эффективно и надежно. [19]
История сейсмической активности в округе Керн [20] , включая повреждение конструкций подстанций [21] , создала некоторые сложные требования к проектированию системы, такие как необходимость проектирования и испытания заполненных аккумуляторных стоек в соответствии с рекомендациями IEEE 693-2005, «Рекомендуемая практика сейсмического проектирования подстанций ». [22] [23] С момента ввода в эксплуатацию в 2014 году район испытал не только сейсмическую активность [24] , но и внезапные наводнения и последующие оползни [25] .
Одним из ключевых извлеченных уроков является важность проведения испытаний субмасштаба электроэнергетической компанией до полного развертывания системы, чтобы можно было полностью оценить безопасность и эксплуатационные элементы управления и характеристики. [26] [27] Это было первое известное использование системы субмасштаба организацией, не являющейся производителем или интегратором, для облегчения полномасштабного тестирования, ввода в эксплуатацию и текущих операций. [6] План испытаний мини-системы включал два этапа:
Первоначальная мини-система обеспечивала инженерам поддержку для запуска и ввода в эксплуатацию всей системы, но, имея только одну секцию батареи и одну линейку инверторов, инженеры не смогли протестировать работу многоинверторной линейки-аккумуляторной секции системы в лабораторных условиях, например, управление балансировкой между секциями, работу нескольких инверторов и симметричную и несимметричную работу линеек инверторов. [6] Чтобы больше походить на полную систему, в декабре 2015 года мини-система была расширена, включив в нее вдвое больше каждого компонента, в результате чего получилась система с двумя контроллерами инверторов, линейками инверторов и секциями батарей. [6]
Система TSP состоит из 608 832 литий-ионных аккумуляторных ячеек, которые заключены в 10 872 модуля по 56 ячеек в каждом, а затем сложены в 604 стойки. [2] [26] Двунаправленный инвертор или система преобразования энергии (PCS) обеспечивает преобразование постоянного тока в переменный во время разрядки батареи и преобразование переменного тока в постоянный для зарядки батареи. [26] Батареи размещены в здании площадью 6300 квадратных футов (590 м2 ) . [28] Система TSP может поставлять 32 мегаватт-часа энергии при максимальной мощности 8 мегаватт . Этого достаточно для питания от 1600 до 2400 домов в течение четырех часов. [1] Количество энергии, хранящейся в TSP, эквивалентно тому, что хранится в более чем 2000 гибридных электромобилях Chevrolet Volt . [29]
TSP является примером коммерчески доступного крупномасштабного хранилища энергии для приложений электросетей [31] и частью растущего парка систем хранения энергии. [32] Развертывание TSP стало частью ключевой основы в развитии хранилища энергии в Калифорнии [33] и для повышения надежности сети в целом. [34] TSP также обеспечивает улучшенную интеграцию и возможности для лучшей эксплуатации возобновляемых источников энергии . [35]
В 2014 году TSP был одним из крупномасштабных проектов по хранению энергии в очереди на присоединение для Калифорнийского независимого системного оператора (CAISO) с запланированными преимуществами, включая укрепление возобновляемой генерации, регулирование частоты, резервы замены спина и не спина, управление пандусом и арбитраж цен на энергию . [36] Система TSP была протестирована с использованием восьми основных тестов, проведенных оператором сети или под контролем рынка. [37] Некоторые из извлеченных уроков включали проблемы, связанные с планированием отключений, проблемы с соглашениями о присоединении, преимущества проверки компонентов на заводах и подготовку подробных пошаговых планов испытаний заранее. [30] Как коммунальное предприятие, так и поставщик системы получили важные перспективы и идеи во время проектирования, строительства, ввода в эксплуатацию и эксплуатации системы TSP. [38] [6] [22]
Для оценки 13 вариантов использования SCE определила восемь тестов для измерения способности TSP реагировать на следующие системные потребности или сигналы:
В заключительном отчете по проекту для Министерства энергетики США после развертывания системы сделан вывод о том, что TSP является современным пионером в области хранения энергии, достигшим ряда значительных успехов, которые доказали жизнеспособность хранения энергии в масштабах коммунальных предприятий с использованием литий-ионной технологии. [6] Эти достижения включают в себя: [6]
С момента начала работы на рынке в 2016 году TSP была включена в Ежемесячный перечень электрогенераторов Управления энергетической информации (EIA) в качестве электрогенератора. [39] В этот период времени EIA начала публиковать более подробную информацию о хранении энергии в своем Ежегодном отчете об электрогенераторах, включая емкость аккумулятора, скорости заряда и разряда, типы технологий хранения, номинальные реактивные мощности, типы корпусов для хранения и ожидаемые области применения. [40]
Работа системы TSP была описана как реальный пример сетевого хранилища энергии, [41] и некоторые из начальных испытаний включали хранение энергии ветра ночью и доставку ее в течение дня, когда она нужна клиентам. [42] Калифорнийский независимый системный оператор (CAISO), оператор сетевой системы, делится своим опытом эксплуатации TSP на международном уровне с другими сетевыми операторами в рамках продолжающегося тесного сотрудничества. [43] Текущая работа системы TSP продолжает предоставлять сетевые услуги на энергетическом рынке и извлекать уроки для сетевых систем хранения энергии. [44] [45]
В своем ежегодном отчете Комиссии по коммунальным услугам Калифорнии (CPUC) за 2020 календарный год компания SCE сообщила, что TSP продолжает работать на оптовом рынке CAISO и что рыночные выгоды превышают эксплуатационные и эксплуатационные расходы. [9] Помимо рыночных операций, компания SCE продолжила собирать эксплуатационные данные для оценки долгосрочных эксплуатационных характеристик технологии хранения литий-ионных аккумуляторов в масштабе сети. [9]
TSP был отключен 17 мая 2021 года, а 23 августа 2021 года SCE подала запрос в CPUC на вывод TSP из эксплуатации из-за стоимости модернизации безопасности и проблем кибербезопасности. [10] 5 мая 2022 года CPUC официально вывел TSP из эксплуатации, спустя девять лет после его ввода в эксплуатацию. [11] [46] Ожидается, что физический демонтаж TSP будет завершен к концу 2022 года. [12] Все элементы батареи будут переработаны, а инвертор будет повторно использован. [12] TSP проработал более четырех лет после первоначального двухлетнего демонстрационного периода, что SCE считает значительным, поскольку TSP использует литий-ионные продукты BESS первого поколения, которые больше не производятся. [10] Дополнительный эксплуатационный период позволил извлечь уроки о долгосрочной эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте. [10] Из-за размера системы TSP станет одной из первых и крупнейших систем литий-ионных аккумуляторов, подлежащих выводу из эксплуатации. [10] SCE описывает это так: [10]
TSP был очень успешным проектом, который помог преобразовать отрасль, продемонстрировать большую литий-ионную технологию BESS, расширить эксплуатационный опыт для SCE и предоставить ценность для клиентов коммунальных служб Калифорнии. BESS намного превзошел свою первоначальную двухлетнюю демонстрацию; сейчас его уместно вывести из эксплуатации.
Одним из основных преимуществ системы TSP является широкий спектр исследований и анализов, выполненных несколькими организациями для решения различных аспектов энергетического рынка. Оперативная информация использовалась как часть разработки стимулов для распределенного хранения энергии для Калифорнии , Нью-Йорка , Гавайев и нескольких других штатов. [47] Система управления энергией (EMS) и структура EMS для TSP были изучены для разработки и определения технических, рыночных и нормативных требований к системам хранения энергии. [48]
Калифорнийский университет в Риверсайде использовал TSP для стохастической оценки накопления энергии на оптовых рынках электроэнергии с целью определения оптимальных последовательностей распределения электроэнергии. [49] Результаты этого исследования включают:
В отдельном анализе Калифорнийский университет в Риверсайде использовал реальные рыночные данные от TSP для разработки оптимальной структуры торгов, планирования и развертывания на основе рыночных цен на день вперед и в реальном времени, местоположения, размера, эффективности, срока службы и скоростей заряда и разряда. [51] Также рассматривается тема использованных и вторичных аккумуляторов, и анализ показывает, что при использовании одного из предложенных методов торгов TSP может по-прежнему получать прибыль даже после потери половины своей энергетической мощности. [51]
На основе исследований, описанных выше, Калифорнийский университет в Риверсайде провел дополнительный анализ сценариев, в которых аккумуляторные системы принадлежат инвесторам и управляются независимо и участвуют в существующих рынках. [52] Исследование предлагает новую структуру оптимизации для координации работы крупных, ценообразующих и географически распределенных систем хранения энергии на энергетическом рынке с ограниченной узловой передачей. [52]
Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал сборник технических статей, анализирующих хранение энергии, включая обзор TSP. [53] В обзоре описывалось, как TSP достигла целей проекта и обеспечила требуемые эксплуатационные возможности. [53] Хотя были некоторые проблемы, включая проблемы с системой управления и плохую конструкцию трансформатора, эти проблемы не были связаны с самой технологией хранения. [53] SCE продолжает использовать свой опыт TSP при разработке дополнительных проектов хранения энергии. [53]
Институт электричества Эдисона (EEI), представляющий все принадлежащие инвесторам коммунальные предприятия в Соединенных Штатах, опубликовал ряд тематических исследований и описал, как TSP может обеспечить практически мгновенную максимальную мощность для наращивания возобновляемых источников энергии, что сводит к минимуму потребность в традиционных резервных генераторах . [54] EEI также описал, что TSP продолжал работать после 24-месячного пилотного и испытательного периода проекта. [54]
Европейская комиссия проводит постоянный анализ систем хранения энергии, включая TSP, и осуществляет глобальное сотрудничество с техническими экспертами для обмена и изучения деталей эксплуатации, проблем и передового опыта. [55] Некоторые из проблем, решенных для TSP, включали логику программирования, пределы безопасности и агрегацию данных, а также использование последовательных путей для коммуникаций компонентов. [55] В анализе также упоминается, как в целом аспекты системной интеграции и управления для систем хранения энергии должны быть решены и рассмотрены в европейском генеральном плане. [55] Кроме того, переработка является темой, которую необходимо решать по мере продолжения роста рынка. [55]
PV Tech Power опубликовала журнальную статью, описывающую, как TSP и аккумуляторные батареи используются в качестве пиковой мощности . [56] В статье упоминается, что TSP оказала поддержку быстрому расширению возобновляемой энергии, а также была редкой аккумуляторной батареей коммунального масштаба с 4-часовой продолжительностью в течение временного интервала 2014 года, когда она была введена в эксплуатацию. [56] В статье объясняется, как четыре часа теперь считаются оптимальной продолжительностью для пиковой мощности по двум причинам: 1) смягчение пикового спроса, поскольку солнечная энергия снижается в конце дня и вечером, и 2) обеспечение оптимальной точки стоимости для литий-ионных батарей, чтобы обеспечить эту мощность. [56]
Кажется, это неподходящее место для технологической революции: продуваемый ветрами участок пустыни Мохаве, втиснутый рядом с железнодорожными путями и гигантским цементным заводом. Но вот он, на территории подстанции Southern California Edison's Monolith около Техачапи, Калифорния: крупнейшая батарея для хранения электроэнергии в Северной Америке. [1]
Билл Лавинг, Edison International - Energized
Официальная церемония перерезания ленточки, экскурсия по объекту и вручение сертификата признания от Сената штата Калифорния состоялись 24 сентября 2014 года. [3] [57] [58] На церемонии выступили Дуг Ким (директор по передовым технологиям, Southern California Edison ), Зак Скривнер (руководитель, Совет по надзору округа Керн ), доктор Имре Гюк (менеджер программы по хранению энергии, Министерство энергетики США ), доктор Сокхван Квак (вице-президент по маркетингу, LG Chem ) и Ромео Агбалог (офис сенатора штата, Джин Фуллер – 18-й округ). [58] Были организованы экскурсии по диспетчерской, аккумуляторной и корпусам инверторов. [57] [58]
После ввода в эксплуатацию TSP был выбран в качестве финалиста премии Innovation Award for Energy Storage North America (ESNA) 2014 года и избран в Зал славы ESNA. [59] [60] Позже в 2014 году TSP был включен в Innovations Across the Grid , опубликованный Институтом инноваций в области электротехники Фонда Эдисона , в котором описывалось, как распределительная сеть развивается для оптимизации электросети, интеграции новых ресурсов и предоставления решений для клиентов. [61] TSP был представлен как реальное исследование нового энергетического ресурса. [61]
Научный корреспондент PBS Майлз О'Брайен освещал TSP в выпуске PBS NewsHour от 15 декабря 2015 года в сегменте с Дугом Кимом из SCE, в котором обсуждалось использование TSP для хранения энергии, вырабатываемой ветряными турбинами. [42]
В сотне миль к северу от Лос-Анджелеса, в Техачапи, Калифорния, ветер может быть щедрым ресурсом, но, к сожалению, не в то время. Он дует сильнее всего ночью, раскручивая эти ветровые турбины до их пиковой мощности, когда спрос на электроэнергию самый низкий.
— Майлз О'Брайен, PBS NewsHour
Таким образом, соответствие мощности ветра потребностям клиентов — это, безусловно, одна из задач, которую мы рассматриваем в этой системе, поскольку она позволяет хранить энергию.
— Дуг Ким, PBS NewsHour
В 2016 году California Energy Storage Alliance представил TSP в ведущей позиции в видеоролике с политиками, руководителями коммунальных предприятий и пионерами в области хранения энергии под названием Gamechangers: How Energy Storage Transforms the Power System , в котором описывается, как SCE стала пионером в использовании сетевого хранения энергии. [62] Регион 6 IEEE вручил SCE премию директора в 2016 году за успешное завершение TSP как одно из ключевых достижений. [63] Ассоциация по хранению энергии (ESA) вручила LG Chem премию Брэда Робертса за выдающиеся достижения в отрасли в 2017 году за достижения на рынке и в отрасли за последние несколько лет, включая успешную поставку и ввод в эксплуатацию TSP. [64] [65]
На энергетическом саммите округа Керн 2017 года Вибху Каушик, главный менеджер SCE, описал TSP как начало проектов по хранению энергии в масштабах коммунальных предприятий для SCE. [66]
…история действительно началась здесь, в округе Керн, около пяти лет назад, когда мы построили крупнейший в мире проект по хранению энергии, проект Tehachapi Battery Storage. 8 мегаватт 32 мегаватт-часа. Он привлек много внимания и стал новостью во всем мире, поскольку хранение в аккумуляторах стало частью энергетического баланса в то время, когда люди начали рассматривать хранение в аккумуляторах как ресурс масштаба мегаватт.
— Вибху Каушик, саммит по энергетике округа Керн 2017 г., последние проекты по хранению энергии Southern California Edison
PBS представила TSP в эпизоде «Поиск супербатареи» Nova в 2017 году. [67] Ведущий и научный писатель Дэвид Поуг рассказал, как литий-ионные батареи устанавливаются в сети, а Дуг Ким из SCE объяснил использование TSP для сглаживания, укрепления и временного сдвига ветровой энергии. [67]
Отчеты Экономического круглого стола 2018 и 2019 годов Экономического альянса долины Антилопы включают TSP в качестве основного момента в разделах «Возобновляемая энергия». [68] Округ Керн, Калифорния, описывает TSP как ключевую функцию в своем портфеле возобновляемой энергии [69] для хранения энергии от солнечной и ветровой энергии и повышения гибкости и надежности сети. [70] Округ Керн продолжает развивать хранение энергии как обеспечение возможностей экономического развития на 2020 год и далее; [71] к 2023 году в Керне, Калифорния и США будут работать хранилища, в сто раз превышающие TSP. [72]
В 2019 году Министерство энергетики США представило TSP в разделе «Истории успеха: решение проблем хранения энергии в отрасли» . [73] В исследовании рассматривались две области: технологическое развитие и воздействие. [73] TSP продвинула технологию, показав способность систем хранения литий-ионных аккумуляторов практически мгновенно наращивать максимальную мощность. [73] TSP также продемонстрировала технические возможности для регулирования частоты, снижения потерь при передаче, стабилизации напряжения и отложенных инвестиций в передачу. [73] В исследовании описывается, как TSP эксплуатировалась за пределами лаборатории и в масштабе. [73] В результате одним из важных воздействий TSP является то, что она предоставила практический опыт эксплуатации и надежности в реальных условиях как одна из крупнейших систем хранения энергии, расположенных в сети с высоким трафиком. [73] Проект предоставил возможности обучения аппаратному и программному обеспечению для поставщика системы для будущих проектов. [73] Дополнительные воздействия включали предоставление расширенного определения и разработки процесса для подключения систем хранения энергии к сети. [73] В свою очередь, это обеспечило улучшения для интеграции систем хранения энергии в рынки электроэнергии и предоставления финансовых данных для оценки будущих проектов. [73] Еще одним упомянутым воздействием было то, что TSP обеспечила увеличение количества возобновляемой энергии в сети, а также улучшила надежность сети и качество электроэнергии. [73]
В 2021 году Forbes упомянул TSP как яркий пример накопителя энергии, используемого SCE для зарядки и разрядки электроэнергии из электросети в поддержку возобновляемой энергетики и подготовки электросетей к электрификации и декарбонизации . [74] Forbes пояснил, что TSP может хранить и разряжать энергию в любое время, используя литий-ионные аккумуляторы с ограниченным сроком службы. [74]
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )