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電池儲能系統在英國電網停電事件中如何發揮重要作用

作者:劉伯洵 來源:中國儲能網 發布時間:2019-11-04 瀏覽:
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中國儲能網訊:據外媒報道,2019年8月9日下午16:52,英國電網遭遇了一次10年未遇的大規模停電事件,導致電力中斷、部分鐵路線停止運行、交通信號燈失靈,影響了110多萬居民的工作和生活。行業專家Liam Stoker在發表的一篇文章中探討了此次電力中斷的根本原因以及電池儲能系統在此次事件發揮的重要作用。

16:52:33.490,這9個數字成為英國電力系統運行歷史的一個令人印象深刻的時間戳。2019年8月9日下午,英國電網由于一條電力線路遭到雷擊而引發了一系列電力中斷事件,導致英國十多年來首次大范圍停電。

英國100多萬人經歷了停電和嚴重的中斷,部分鐵路線停止運行。盡管是一個暫時性事件,但這一事件成為全國性的頭條新聞。

那么英國電力系統是否遭到網絡攻擊?并不是,英國主要輸電系統運營商National Grid公司很快排除了這個可能。供電并不穩定的可再生能源發電設施是罪魁禍首嗎?由于當天的風力發電提供了英國一半以上的電力。而電力中斷事件發生后的幾天,National Grid公司也駁斥了可再生能源發電導致電網斷電的這種說法,這并不是最終導致停電的原因。

英國8月9日停電事件凸顯了電池儲能系統對于電網穩定運營的重要性

National Grid公司在8月19日發布的初步調查報告宣布這次事件真正的起因。

雷擊是導致電力中斷的起因

National Grid公司發布的電力事件時間表將一系列事件匯總在一起,這些事件雖然各自可控,但匯集在一起造成的后果導致電網頻率下降,隨后導致電力中斷。根據調查,事發當天下午,雷電擊中了劍橋郡圣尼奧斯附近的小鎮伊頓索肯附近的一條輸電線路。此次雷擊與當天發生的數十起雷電襲擊電網基礎設施的事故一樣,通常由其電力保護系統自動處理。但是確實觸發了電網“斷電”協議,該協議從電力系統中斷了約500MW的嵌入式發電設施(家用太陽能發電設施和電池儲能系統等)的連接。而損失的這一容量至關重要。(注:嵌入式發電設施通過在配電網建立單獨的發電單元來對重要負荷進行供電,并通過公共連接點與電網進行能量交換。)

幾秒鐘之后,在發生雷擊地點的幾英里之外的由電力廠商RWE公司擁有的一個名為Little Barford的一座聯合循環燃氣輪機發電廠(CCGT)的一臺發電機組脫機,并使英國電網損失了約700MW的發電量。在這幾秒鐘內,Orsted公司的Hornsea海上風電場也隨之脫機,連鎖的電力中斷促成了這一罕見電力事故發生。

National Grid公司表示,兩個大型發電設施同時脫機的原因仍在繼續調查當中,但希望RWE公司和Orsted公司能夠合作,以更好地調查這些發電設施發生故障的原因,但到目前為止,這兩家電力運營商都對這一事件保持沉默。然而,National Grid公司表示,這些事件以某種方式相互關聯,或者可能是一個發電設施的故障觸發了另一個發電設施的故障。

在短短幾秒鐘內,英國的電力系統總共損失了約1378MW的發電量,使電網頻率驟降至49.1Hz的初始低點,隨后出現二次下降,使頻率降至48.8Hz,遠遠超出了安全運行極限。National Grid公司試圖使用備用容量恢復電網頻率的嘗試失敗了,該公司被迫要求區域性電網運營商開始實施低頻需求斷開(LFDD)方案;實質上是切斷客戶的電源。

National Grid公司表示,在此期間,儲能運營商連接電網的電池儲能系統(據稱裝機容量為475MW)迅速響應向電網供電,對于電網穩定運營發揮了重要作用。

停電時間表

16:52:33.490-英國國家電網輸電公司(NGET)收到報告,伊頓索肯-懷蒙德利電力線路因雷擊而發生相間對地故障。

16:52:33.728-Orsted公司Hornsea海上風電場開始卸載其發電容量,損失了799MW的發電量。

16:52:34-Little Barford發電廠一臺汽輪發電機跳閘,使電力系統損失了244MW的發電量。

16:52:34-英國國家電網調度中心(ESO)啟動其頻率響應,以穩定電網頻率,使其降至49.1Hz。

16:53:18-英國國家電網調度中心(ESO)報告頻率響應恢復到49.2Hz,阻止了頻率下降。

16:53:31-Little Barford發電廠啟動更多發電機組,同時National Grid公司的所有頻率響應發電機組正在啟動,試圖恢復電網頻率。

16:53:49.398-電網頻率再次下降,低于安全頻率48.8Hz。配電網運營商觸發低頻需求斷開(LFDD)協議并斷開電網連接,損失了931MW的發電量。

16:53:58-Little Barford發電廠的另一臺發電機組脫機,使事情進一步復雜化。至此,累計饋電損耗最高為1,878MW,其中損失的輸電系統并網發電量總計1378MW,損失的嵌入式發電設施的發電量為500MW。

16:57:15-英國國家電網調度中心(ESO)在切除負荷并調用了額外的發電資源后,電網頻率恢復到50Hz。

17:06-配電系統運營商(DNO)被告知可以開始恢復供電。

17:37-所有配電系統運營商(DNO)確認已經恢復供電。

電網頻率下降并在8月9日恢復

啟動電池儲能系統和發電機組脫機

Little Barford發電廠的一臺發電機組在脫機幾毫秒后,National Grid公司采用其備用容量以抵消失去的發電量,與此同時電池儲能系統開始放電,其他發電機開始啟動,在此期間,似乎最壞的情況已經消除。但是,Hornsea風力發電場發生故障使電網頻率再次下降,導致National Grid公司的儲備容量不足。

National Grid公司在此次事件之后表示,當時的儲備裝機容量約為1GW,這是符合安全和供應質量標準允許的最低數量。

對于幾秒鐘內損失接近1.4GW發電量這一重大事件(或者說是一系列單獨事件的集合)National Grid公司顯然并沒有為此做好準備。電力系統運營商是否應該保持規模更大的儲備裝機容量,尤其是當大量非同步的可再生能源發電進入電力系統時,這很可能成為行業人士爭論的核心內容。

由于電池儲能系統放電,其他發電機繼續啟動供電,電網頻率開始恢復正常。電網負荷和頻率響應的恢復過程只用了2分22秒,這是電池儲能系統發揮的重要作用,它可以將電網頻率恢復到安全水平,比在2008年發生的這種情況快四倍。電網頻率只用了3分47秒就已恢復到安全運行水平,比10年前的11分鐘要快得多。

當低頻需求斷開(LFDD)協議開始實施時,從運營的角度來看,這一事件變得更加有趣。National Grid公司已經指示靈活電力資產進行放電,以彌補損失的容量,但是當配電系統運營商(DNO)開始減輕負荷后,National Grid公司很快看到了電網頻率的反彈,電池儲能系統指令也被迅速地指示響應。Anesco公司資產管理總監Mike Ryan說,“當National Grid公司切斷電源時,電網頻率迅速反彈,這意味著我們的電池儲能系統需要中斷供電來保持電網平衡。”

曾被認為是世界上最安全的英國電力系統在不到四分鐘的時間內跳閘隨后恢復,然后恢復到安全的運行范圍內,這表明電池儲能系統起到了關鍵的作用,但電力系統中斷的事實已經成為一個有爭議的事件,需要進行官方調查。

部署更多的電池儲能系統可以發揮更大作用嗎?

Limejump公司首席執行官Erik Nygard呼吁大幅提高頻率響應(FFR)型設施部署容量,這些設施可以獲得必要的快速響應以抵消電網頻率的急劇下降。

National Grid公司的200MW增強型頻率響應(EFR)電池儲能系統組合可在0.5秒內響應頻率事件,確實有助于電力系統運營商的響應。

Nygard說,National Grid公司如果將支持頻率響應(FFR)的儲能容量增加一倍,有可能緩解諸如8月9日發生這樣的情況,但由于每年的運行成本約為1億英鎊,并且這些成本將通過征稅轉嫁給用戶,可能讓用戶對電費上漲更加敏感,但如果每戶居民每年多花幾英鎊可以保障英國電網運營安全,那么可能只是一個很小的代價。

與此同時,KiWi Power公共事務主管兼英國項目經理Jonathan Ainley表示,National Grid公司必須采取更多的措施,以向更多數量的分布式發電開放平衡機制(BM)。他認為,英國的電力目前主要由規模龐大、集中式化石能源發電的傳統發電商所主導。

實際上,英國目前正在經歷一場電網規模的電池儲能部署熱潮。National Grid公司的200MW增強型頻率響應(EFR)電池儲能系統為電力行業提供了一個穩定的基礎,并且開發商和投資商現在都在推動數量可觀的儲能部署。Solar Media公司內部市場研究團隊此前曾表示,僅在今年英國就可能部署裝機容量為500MW的電網規模電池儲能系統,而這還沒有考慮到新興的工業和商業(C&I)儲能市場和住宅儲能市場的增長。

部署電池儲能系統以及提高英國電網安全能力方面還面臨一些障礙。National Grid公司分布式能源(DER)部門為幫助更小、更靈活的資產運營商進入新的市場提供了一些幫助,但仍然存在一些壁壘,能源供應許可證對小公司來說是一個令人望而卻步的障礙。

Ainley說:“有了合適的市場,靈活的供應商可以迅速推出快速靈活的電力服務,以幫助National Grid公司避免重演停電事件,并創造一個更智能、更清潔、更具彈性的電力系統。”

這一事件本身雖然可能令人震驚,但可以證明National Grid公司電力系統和斷電協議的有效性。這一罕見的電力事件表明電網安全性仍然非常脆弱,National Grid公司目前運營機制可能不再適合快速變化的電力系統。

由英國天然氣電力市場辦公室(Ofgem)和英國政府能源緊急情況執行委員會(E3C)牽頭進行的調查將確定是否有相關方有過錯,如果有過錯,將進行經濟處罰。如果National Grid公司被發現違反許可的問題,則該公司可能被處以年營業額10%的罰款。

在此次電力事件中,電池儲能系統在穩定電網方面發揮重要的作用。業界人士認為,英國電力系統運營商今后將會增加儲能系統的部署。

關鍵字:電力事故 電池儲能系統

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