Jaką rolę w sieci odgrywają wielkoskalowe magazyny energii?

Kilka wiodących regionów wdraża magazyny energii na skalę sieciową (wielkoskalowe magazyny energii) w tempie szybszym niż kiedykolwiek. Jaki wpływ mają te urządzenia na problemy, które próbuje się z ich pomocą rozwiązać?

Niniejszy tekst powstał w oparciu o fragmenty artykułu pt. „What role is large-scale battery storage playing on the grid today?”, którego autorem jest Cameron Murray. Przywołany artykuł ukazał się wcześniej w kwartalniku technicznym Solar Media dedykowanemu przemysłowi fotowoltaicznemu: Vol. 31 of PV Tech Power. Każda jego edycja zawiera „Storage & Smart Power” – specjalną sekcję stworzoną przez zespół Energy Storage News.

Przełomowy rok dla magazynów energii

Ubiegły rok był przełomowy dla sektora, ponieważ udowodnił, że w skali lokalnej magazynowanie energii w akumulatorach jest opłacalnym, odpornym i niezawodnym źródłem energii.

Thomas Cornell, starszy wiceprezes ds. rozwiązań magazynowania energii w Mitsubishi Power Americas

W chwili pisania tego tekstu wiemy, że na najbardziej zaawansowanych rynkach w USA, Wielkiej Brytanii i Australii zainstalowano około 6500 MW w akumulatorowych magazynach energii podłączonych do sieci. Szczegółowo przedstawia to poniższa tabela. Około dwie trzecie z tych wdrożeń odbyło się w ubiegłym roku.

Większość ekspertów zgodziła się jednak, że pomimo tak wysokiego poziomu wdrożeń magazynowanie jest nadal wykorzystywane głównie jako zabezpieczenie. Haresh Kamath, dyrektor organizacji zajmującej się badaniami i rozwojem oraz projektami demonstracyjnymi mówi:

Na razie magazyny energii pełnią głównie funkcję systemu rezerwowego. Istnieje nadzieja, że zaczną one w większym stopniu przesuwać obciążenie źródeł odnawialnych. Ale przy obecnej dostępności jest to ograniczone.

Haresh Kamath, dyrektor ds. rozproszonych źródeł energii i magazynowania energii w Electric Power Research Institute (EPRI)

Przesunięcie energii wytwarzanej ze źródeł odnawialnych z okresów wyższej produkcji na okresy wysokiego zapotrzebowania to duża długoterminowa korzyść z magazynów. Jednak zdolność do opłacalnego działania w tym zakresie dopiero się kształtuje i znajduje się na stosunkowo wczesnym etapie. A nawet tam, gdzie dochodzi do przesunięcia obciążenia (tak jak w Kalifornii) niekoniecznie jest to przesunięcie energii odnawialnej.

Kalifornia ISO (CAISO)

Kalifornijska sieć ISO (CAISO) stanowi dojrzały rynek w zakresie wdrażania technologii magazynowania. W związku z tym uważa się ją również za idealne miejsce do rozpoczęcia pracy z systemami magazynowania 2700 MW podłączonymi do sieci. Magazyny zaczęto wdrażać w odpowiedzi na szereg dyrektyw CPUC. Zobowiązują one przedsiębiorstwa energetyczne i inne podmioty obsługujące obciążenie do pozyskiwania nowych elastycznych zdolności przesyłowych.

Gabe Murtaugh, kierownik sektora magazynowania w CAISO, mówi o korzyściach z magazynowania energii. Według niego magazyny regularnie przenoszą nawet 6 000 MWh energii z okresów niskich cen w środku dnia na okresy wysokich cen wieczorem. To pomaga złagodzić Duck Curve, czyli tzw. krzywą kaczki w zapotrzebowaniu na energię elektryczną w ciągu dnia w Kalifornii. Murtaugh dodaje jednak, że przesunięcie obciążenia polega głównie na przesunięciu tanich, ale powodujących zanieczyszczenie zasobów gazu:

W niektórych okresach występuje nadprodukcja energii ze źródeł odnawialnych i magazyny z pewnością pochłaniają część tej energii. Ale minie jeszcze kilka lat zanim magazyny będą ładowane głównie ze źródeł odnawialnych.

Gabe Murtaugh, kierownik sektora magazynowania w CAISO

CAISO ostatnio ujawniła rolę magazynów podczas pożaru Oregon Bootleg w lipcu 2021 r. Sieć zadysponowała wówczas energię około 1000 MW, aby pomóc w podtrzymaniu oświetlenia po wyłączeniu trzech linii przesyłowych łączących regiony.

Przy szczytowym zapotrzebowaniu w sieci CAISO na poziomie 28 971 MW w marcu, magazyny regularnie obsługują co najmniej 10% obciążenia w różnych odstępach czasu.

ERCOT

Teksas jest zdecydowanie wiodącym stanem USA, jeśli chodzi o wykorzystanie energii odnawialnej, z mocą 45 077 MW. Głównie jest to energia wiatrowa. To dwa razy więcej niż w Kalifornii, która zajmuje drugie miejsce z mocą 22 929 MW. Dane te są aktualne na koniec 2021 r. i pochodzą z Amerykańskiego Stowarzyszenia Czystej Energii. 

Stwarza to możliwości czerpania korzyści z niestabilnego rynku energii i pomagania w łagodzeniu nierównowagi w sieci. Ponadto kolokacja z wiatrem zapowiada się na istotną siłę napędową rynku magazynowania w nadchodzących latach.

Głównym czynnikiem generującym przychody z magazynowania energii była dotychczas odpowiedź na zmiany częstotliwości. a konkretnie Responsive Reserve Service (RRS) i Firm Frequency Response (FFR).

Jason Abiecunas, SVP Business Development w teksaskim i kalifornijskim integratorze systemów FlexGen

Jednak obecnie proporcje między usługami równoważenia sieci i reagowania na częstotliwość a handlem energią są zbliżone do 50:50. Tak przynajmniej mówi Alex O’Cinneide, dyrektor generalny brytyjskiego inwestora w dziedzinie magazynowania energii Gore Street Capital, który niedawno nabył kilka magazynów w Teksasie.

Z danych opublikowanych pod koniec 2021 roku przez operatora sieci ERCOT wynika, że w Teksasie istnieje prawdopodobnie od 1300 do 1800 MW magazynów podłączonych do sieci.

Jednak nic nie wskazuje na to, aby rynki FFR i RRS miały się w najbliższym czasie nasycić. Zatem pozostaną one główną siłą napędową magazynowania energii w tym stanie.

Od niszczycielskiego sztormu zimowego z lutego 2021 roku, który pochłonął setki ofiar, minął już ponad rok. Ale wciąż mówi się o nim jako o krytycznym momencie, w którym można było zademonstrować potencjał magazynowania energii w teksańskiej sieci energetycznej.

Wszyscy dostrzegli ogromną wartość, jaką magazyny energii były w stanie dostarczyć w czasie kryzysu. Dostrzegli, że jest to zasób, który zapewnia lokalną stabilność. Na którym można polegać w zakresie świadczenia różnych usług, gdy sieć tego potrzebuje. I który może dostosować swoje działania do potrzeb chwili.

Jason Abiecunas

W lutym tego roku przez Stany Zjednoczone przetoczyła się kolejna ekstremalna burza zimowa. Tym razem sieć się dobrze trzymała, zasoby magazynowe działały i wszystkie systemy były w normie.

Wielka Brytania/Irlandia

W 2021 roku w Wielkiej Brytanii zainstalowano bateryjne magazyny energii o mocy 446 MW. W chwili pisania tego tekstu oznacza to łączną moc przyłączoną do sieci na poziomie 1700 MW. (Dane pochodzą z Solar Media’s UK Battery Storage Project Database Report.)

Większość akumulatorów przez większość czasu jest (…) w stanie gotowości na wypadek, gdyby coś się stało. Zatem rzeczywiste wykorzystanie akumulatorów pod względem ilości energii, jaką ładują i rozładowują w usługach (…) jest niskie.

Robyn Lucas, główny specjalista ds. analiz w firmie Modo Energy zajmującej się badaniem rynku

Usługi w zakresie odpowiedzi na zmiany częstotliwości mają łączną moc nieco ponad 1000 MW. Ponadto są w dużej mierze przeznaczone dla magazynów energii, a tym samym przez nie zdominowane. Należą do nich Dynamic Containment (DC), firm frequency response (FFR) i enhanced frequency response (EFR), które według firmy Modo w 2021 roku odpowiadały za ponad 90% przychodów z magazynów bateryjnych. Jednak pod koniec roku nastąpiła zmiana. 

Przychody z tytułu sprzedaży hurtowej / handlowej zaczęły się naprawdę zwiększać w przypadku magazynów. W I i II kwartale mniej niż 5% przychodów pochodziło z tych źródeł. Ale w III i IV kwartale udział ten wzrastał do 10%, a nawet 20%.

Alex Done, szef badań w Modo

Na rynku hurtowym jest teraz bardzo dużo możliwości ze względu na to, jak zmienne były ceny.

Alex O’Cinneide twierdzi, że optymalny koszyk przychodów w Wielkiej Brytanii to nadal 80-85% bilansowania sieci, 10% mocy wytwórczych i 5-10% handlu energią.

Wykorzystanie magazynów mierzone w MWh może być niskie. Jednak usługi odpowiedzi częstotliwościowej są niezbędne do sprawnego działania sieci. Robyn Lucas mówi, że ostatnie duże wydarzenie, w którym potrzebna była ich moc, miało miejsce 22 marca 2022 roku:

O godzinie 15:27 błąd w systemie spowodował spadek częstotliwości sieci do 49,67Hz. Zakładając, że zakontraktowane akumulatory o mocy 1100 MW zareagowały zgodnie z umowami, w celu przywrócenia częstotliwości do 50 Hz magazyn wytworzył maksymalnie 650 MW energii, co zajęło 10 minut.

Robyn Lucas

Innym godnym uwagi przykładem szybkiej reakcji ze strony magazynów jest awaria nowego połączenia międzysystemowego IFA2 z Francją. Stało się to 29 stycznia 2021 r., miesiąc po uruchomieniu.

Magazyny energii stają się również znaczącym graczem w aukcjach Capacity Market organizowanych przez National Grid. W ostatniej aukcji na lata 2025/26 baterie o mocy 1 094 MW zwyciężyły w przetargu na łączną moc 27 632 MW.

Chociaż rola magazynów w Mechanizmie Bilansowania (Balancing Mechanism) jest na razie niewielka, dla National Grid jest to ważny obszar bilansowania sieci w krótkim okresie. Handel na rynkach hurtowych pomaga ograniczyć zmienność cen, więc jest korzystny z punktu widzenia systemu.

W Irlandii poziom wdrożenia jest znacznie niższy, ale nadal istnieją tam godne uwagi przykłady magazynowania energii w bateriach. Dwa bateryjne systemy magazynowania o łącznej mocy 37 MW zadziałały w krytycznym momencie. Było to w maju 2021 roku, gdy częstotliwość irlandzkiej sieci energetycznej spadła poniżej normalnego zakresu pracy. Wówczas sieć wyszła poza zakres 49,9-50,1 Hz na ponad 14 minut! Było to najdłuższe zaniżenie częstotliwości w tym kraju od wielu lat. Na szczęście akumulatory zadziałały w ciągu 180 milisekund.

Europa Zachodnia

Europa Zachodnia pozostaje nieco w tyle za Wielką Brytanią, Kalifornią, Teksasem i Australią, jeśli chodzi o wdrażanie magazynów.

Francja ma około 300 MW magazynów podłączonych do sieci, Niemcy około 600 MW, a Holandia i Belgia poniżej 100 MW. jednak w każdym z tych krajów istnieją duże plany, w tym 500 MW w samej Francji.

Jean-Paul Harreman, dyrektor firmy EnAppSys, zajmującej się badaniem rynku

Większość z nich to rezerwa utrzymania częstotliwości (Frequency Containment Reserve), czyli usługa reagowania na zmiany częstotliwości wymagająca aktywacji w ciągu 30 sekund od wystąpienia spadku. W ostatnim roku w ramach aukcji odnotowano wyższe płatności za dostępność ze względu na krótsze okresy dostaw oraz wzrost cen gazu i węgla. Krótsze okresy dostaw w przypadku usług związanych z reagowaniem na zmiany częstotliwości również powodują, że bardziej konwencjonalne aktywa są wypierane z rynku na rzecz magazynowania. 

Jednak ze względu na niewielką skalę magazynowania w Europie Zachodniej nie ma jak dotąd przykładów, w których odgrywałoby ono kluczową rolę w utrzymaniu stabilności sieci. Potrzeba 3-5 lat, aby magazynowanie zaczęło wywierać wpływ.

W dłuższej perspektywie magazynowanie może zmniejszyć zmienność rynku, począwszy od końcowych punktów rozkładu. Ponieważ do osiągnięcia rentowności wymagana jest pewna rozpiętość cenowa między ładowaniem i rozładowywaniem, magazyn będzie starał się uchwycić najbardziej skrajne ceny na obu końcach dystrybucji.

Jean-Paul Harreman

Rynek FCR może być pierwszym, który się nasyci. Jednak magazyny mogą się kwalifikować do różnych rynków. Z kolei operatorzy aktywów będą mogli wybrać swój rynek, czy to FCR, aFRR czy rynek wyłącznie energetyczny.

Australia

Australijski operator sieci AEMO chce, aby więcej magazynów było podłączonych i uczestniczyło w rynku usług pomocniczych. Jest to jednak rynek niewielki. Obejmuje około 800-820 MW, w tym 600 MW usług pomocniczych związanych z kontrolą częstotliwości (FCAS – frequency control ancillary services). Zatem im więcej magazynów jest instalowanych, tym bardziej ceny ulegają kanibalizacji.

Tak twierdzi Ben Cerini, konsultant zarządzający w Cornwall Insight Australia. Mówi on, że podłączonych jest około 580 MW magazynów na skalę sieciową, a do 2030 r. spodziewane jest około 15 GW (kolejne 30 GW stanowić będą rozproszone zasoby energii, w tym energia słoneczna na dachach). Magazyny mają teraz około 25% udziału w rynku usług FCAS. 

Obecnie 80-90% przychodów magazynów energii w skali sieciowej w Australii pochodzi z usług FCAS. Natomiast pozostałe 10-20% – z handlu energią. Ekonomiczna opłacalność modelu czysto komercyjnego nie została jeszcze udowodniona, ale możliwości stają się coraz większe. Przewiduje się więc, że w przyszłości może się to zmienić.

Różnice między środkiem dnia a szczytem wieczornym będą się w przyszłości zwiększać. Zwłaszcza że w systemie pojawi się dużo więcej dachowych instalacji słonecznych.

Ben Cerini

Oto jedno z największych wydarzeń w Australii Południowej, w którym magazynowanie odegrało kluczową rolę w utrzymaniu stabilności sieci: 

Dwa lata temu Australia Południowa została zmuszona do przejścia w stan wyspowy, odizolowana od reszty sieci. Większość magazynów w kraju została wtedy zainstalowana w Australii Południowej i wszystkie one zostały wezwane do świadczenia usług w ciągu 17 dni, aby utrzymać stabilność sieci.

Ben Cerini

Wyzwania dotyczące wielkoskalowych magazynów

Z punktu widzenia twórców i właścicieli magazynów energii, istnieją wyzwania związane z maksymalizacją przychodów. Ale to nie wszystko. Oprócz tego istnieje perspektywa operatorów sieci energetycznych i dystrybucyjnych, którzy borykają się z własnymi problemami związanymi z rosnącą ilością magazynów energii. Jako kluczowe wyzwania techniczne wymienia się:

  • dostępność danych o zasobach magazynowych w czasie rzeczywistym,
  • długoterminowe planowanie zasobów ze względu na unikalny charakter akumulatorów.

Pomimo ogromnej liczby wdrożeń, które widzieliśmy w 2021 r., magazynowanie energii wciąż jest dalekie od przenoszenia obciążenia w celu dostosowania do generacji odnawialnej. Jednak mamy nadzieję, że pewnego dnia cel, do którego branża dąży, uda się osiągnąć.

Dalsze wnioski

Jakkolwiek rola magazynów jako rezerwowego źródła energii w ramach odpowiedzi na zmiany częstotliwości jest nadal istotna dla funkcjonowania sieci. Błyskawiczne reakcje na spadki częstotliwości, czy to spowodowane awariami technicznymi, czy ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi, stanowią namacalny dowód użyteczności i korzyści z magazynowania energii.

Wyraźnie widać też dążenie do zwiększenia z czasem handlu hurtowego, który powinien zacząć wywierać wpływ na zmiany obciążenia. W połączeniu z coraz większą liczbą odnawialnych źródeł energii, w najbliższych latach będziemy coraz częściej obserwować, w jaki sposób magazynowanie może przyczynić się do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla przez nasz system elektroenergetyczny.

Źródło:

What role is large-scale battery storage playing on the grid today?, Energy Storage News

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE