中國儲能網(wǎng)訊：為了確保德國電網(wǎng)的穩(wěn)定性并確保其能源轉型的順利進行，電網(wǎng)運營方需采取必要行動大幅提高電網(wǎng)的靈活性。如何消除現(xiàn)有的釋放靈活性障礙，并以更加友好的方式將儲能技術集成到電網(wǎng)中是電網(wǎng)運營方必須考慮和解決的實際問題。
1.電池儲能的應用背景
關鍵技術
2030年德國80%的發(fā)電量預計將來自可再生能源。2045年這一數(shù)字甚至將可能達到100%。這給電網(wǎng)帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，因為如果不提高電網(wǎng)的靈活性，就無法保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。特別是可再生能源的高波動性帶來了一個重大問題，因為可再生能源對天氣條件的依賴意味著基本負荷電力不可能在一天的任何時候都持續(xù)供應。因此隨著可再生能源在電力結構中所占比例的不斷增加，必須采取措施，以便在未來能夠更加靈活地應對可再生能源生產(chǎn)的波動。大型儲能系統(tǒng)在這方面發(fā)揮著關鍵作用。由于其超過90%的高效率和極快的響應時間（可在幾分之一秒內(nèi)提供全部電力），它們可以在短時間內(nèi)補償可再生能源發(fā)電的波動，同時為可再生能源長期并入電網(wǎng)做出重要貢獻。
市場挑戰(zhàn)
可再生能源的廣泛應用增加了對電網(wǎng)基礎設施和服務的需求，也提升了確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和供應安全的難度。這是因為可再生能源在電力組合中所占比例越大，能源生產(chǎn)的波動性和不可預測性就越大。這導致新能源同時系數(shù)偏差很高，從而越來越多地導致電網(wǎng)過載堵塞，這又進一步削減了相關的電力生產(chǎn)（主要是可再生能源）。除此之外，能源需求和發(fā)電的不同步性也增加了在日照不足和風力不足期間出現(xiàn)發(fā)電不足的風險。這些現(xiàn)象造成電力市場價格的巨大波動，以及化石燃料發(fā)電廠高峰負荷覆蓋率造成的高價格。
2022年第 50周德國的電力生產(chǎn)和交易電價
可再生能源短缺期間市場和電網(wǎng)的價格高峰和波動
2023 年第 16周德國的電力生產(chǎn)和交易電價
在可再生能源占主導地位的階段，發(fā)電量不穩(wěn)定，市場和電網(wǎng)出現(xiàn)波動
外部影響因素，如俄烏戰(zhàn)爭以及與之相關的2022年2月起的天然氣短缺，也對現(xiàn)貨市場的電價（下圖：EXPEX Spot Baseload）和電力市場的波動性（下圖：Trianel FlexIndex 電力市場的波動性）產(chǎn)生了明顯的重大影響。然而在2021年年中左右烏克蘭戰(zhàn)爭爆發(fā)之前，整個市場的水平和波動性都已顯著上升。
雖然目前（截至 2023 年 9 月）電價區(qū)間已經(jīng)恢復到烏克蘭戰(zhàn)爭爆發(fā)前的水平，但仍處于持續(xù)的高水平，這個情況與市場平均價格水平的發(fā)展日益脫鉤。這表明，電力市場波動的基本驅動因素，尤其是間歇性可再生能源的大規(guī)模擴張，現(xiàn)在已經(jīng)在很大程度上顯現(xiàn)出來，盡管天然氣的供應情況現(xiàn)在已經(jīng)恢復穩(wěn)定，但電力市場的動蕩仍然很大。
2.電池儲能的應用領域
電網(wǎng)面臨的這些挑戰(zhàn)也為電池儲能系統(tǒng)提供了施展拳腳的空間。儲能被部署在電網(wǎng)節(jié)點上，用于平衡可再生能源波動和需求波動造成的價格波動，減少堵塞，并保持系統(tǒng)在50Hz頻率下的穩(wěn)定。以下是應用領域概覽：
日內(nèi)交易，電池儲能系統(tǒng)參與短期電力市場的交易，以彌補電力短缺或過剩，從而抵消極端的價格波動。這一點尤為重要，因為近年來德國現(xiàn)貨市場、鄰近市場以及整個歐洲電網(wǎng)的價格波動都在急劇增加。通過智能營銷，即在價格有利時（通常是可再生能源過剩）獲取電力，并在價格高時（通常是可再生能源過少）將電力輸入電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)的運行水平直接影響電價的穩(wěn)定和降低。
堵塞管理，是指避免或消除電網(wǎng)過載。儲能系統(tǒng)可以快速、精確和經(jīng)濟高效地輸入或提取能量，以平衡電網(wǎng)中的負載流。
大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)就能最大限度地減少光伏、風電等可再生能源的停機，并支持電網(wǎng)的擴展。通過這種方式，大規(guī)模電池儲能可以最大限度地減少光伏、風電等可再生能源的停機時間，并為電網(wǎng)擴容提供支持。同時，儲能系統(tǒng)還能降低重新調(diào)度成本，從而幫助減少電網(wǎng)費用。
從純粹的技術角度來看，電池儲能的其他用途也是可行的，例如無功功率管理、黑啟動能力、類似于TSO目前計劃的 "電網(wǎng)助推器 "的用途，提供瞬時儲備。然而，在實踐中缺乏實施這些措施的監(jiān)管框架條件。
提供平衡能源的目的是平衡電網(wǎng)頻率的波動，保持50Hz的恒定頻率。由于儲能系統(tǒng)的反應速度非?？?，電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定可以在幾毫秒內(nèi)完成，而且非常精確可靠。電池儲能系統(tǒng)在這方面做得非常成功且部署速度快，這也直接導致近年來，特別是近幾個月來，F(xiàn)CR的價格不斷下降，最終用戶因電網(wǎng)費用降低而受益。
實例/電池儲能的應用實例
在實踐中，Kyon Energy 的儲能系統(tǒng)被用于多種用途--在日內(nèi)服務于不同的應用場景，有時甚至同時服務于不同的應用場景。下圖概述了一個示例日，在這種情況下，在頻率控制儲備（FCR 和aFRR）和日內(nèi)市場上進行營銷。
隨著時間的推移，可以將各種價值收入流結合起來。必須考慮的前提是，德國的平衡電量目前是在前一天以4小時為單位拍賣的。電網(wǎng)運營商向儲能運營商支付預留控制儲備的價格。在二級控制儲備的情況下，還商定了一個為所提供的能源支付的價格。除前一天的拍賣外，還可在15分鐘區(qū)塊的日內(nèi)過程中提供二級控制儲備，但只對交付的控制能量進行補償。
同樣重要的是，在單個4小時區(qū)塊內(nèi)，可以將幾種收益方案結合起來。例如，在實際操作中，通常會提供固定收益率，并將可用容量投放到日內(nèi)市場。同時銷售全脂回收率和盤中市場也是可行的，同時銷售所有三種收入流也是可行的。重要的是，儲能設施必須始終在允許的技術范圍內(nèi)運行，并且在儲能設施已經(jīng)完全清空的情況下，不得再出售電力（見下圖）。
德國電池儲能市場：現(xiàn)狀與增長需求
隨著可再生能源越來越多地并入電網(wǎng)，以及傳統(tǒng)發(fā)電廠的同時關閉，導致發(fā)電量與需求量之間的差距越來越大，德國的電池儲能市場非?；钴S，增長勢頭強勁。電池儲能系統(tǒng)作為電網(wǎng)穩(wěn)定和有效利用可再生能源的解決方案，正逐漸成為人們關注的焦點。盡管如此，其潛力還遠遠沒有被挖掘出來。為了實現(xiàn)2030年80%的可再生能源和 2045 年 100% 的可再生能源的目標
Fraunhofer ISE 預測到 2024儲能需求將增加到超過100GWh，到2030年將增加到180GWh，其中很大一部分將由電池儲能來滿足。2037/45 年電網(wǎng)發(fā)展計劃也認為有必要擴大儲能，將其作為進一步發(fā)展電網(wǎng)基礎設施不可或缺的一部分，不過該計劃的預測更為謹慎。到 2037 年，將有 23.7GWh的電池儲能空間，到2045 年將達到 54.5GWh。德國離這些數(shù)字還有很大差距。截至今天（2023 年 9 月）共1.3GWh的電池儲能容量在運行。
3.電池儲能系統(tǒng)對電網(wǎng)的其它積極作用
電網(wǎng)可維護性 - 這意味著什么？
“電網(wǎng)性能”是指電力系統(tǒng)或裝置對電網(wǎng)的穩(wěn)定性、高效性和可靠性做出積極貢獻的能力。與電網(wǎng)兼容的系統(tǒng)能夠應對電網(wǎng)的要求和挑戰(zhàn)，并有助于優(yōu)化能源流。這一方面可以通過電網(wǎng)運營商對系統(tǒng)的了解、規(guī)劃或可控性來實現(xiàn)，另一方面也可以通過促進電網(wǎng)負荷的均衡來實現(xiàn)。
在可再生能源和儲能系統(tǒng)方面，“電網(wǎng)服務能力”是指系統(tǒng)幫助平滑發(fā)電和需求波動、保持電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定、避免瓶頸和減少昂貴的電網(wǎng)擴建需求的能力。
電池儲能系統(tǒng)的電網(wǎng)友好型使用
純粹支持電網(wǎng)使用的儲能系統(tǒng)可以減少電網(wǎng)中的一些最大問題，從而降低總體電網(wǎng)成本。然而，目前的法律和監(jiān)管框架極大地限制了儲能系統(tǒng)的電網(wǎng)服務利用率和技術潛力。一方面由于沒有既定的重新調(diào)度補償法規(guī)，特別是對電池存儲運營商而言，電網(wǎng)運營商無法實施該流程；另一方面，由于電網(wǎng)運營商本身不允許從儲能系統(tǒng)的運營中獲得任何收入，因此不允許擁有至少部分在市場上運營的系統(tǒng)。因此，純粹為電網(wǎng)服務在經(jīng)濟上是不可行的。因此，很大一部分電網(wǎng)服務，如無功功率管理、黑啟動能力、作為電網(wǎng)運行資源用于（"n-1"）運行或瞬時儲備，仍將無法利用。
電網(wǎng)友好型應用的挑戰(zhàn)
既然電池儲能系統(tǒng)具有更大的技術潛力，而且現(xiàn)在已經(jīng)可以接管更多的電網(wǎng)支持系統(tǒng)服務，為什么還要阻止它們呢？電網(wǎng)運營商已經(jīng)認識到了儲能系統(tǒng)的附加值，但在使用這些系統(tǒng)之前，仍有許多監(jiān)管和運營方面的障礙需要克服。要以對電網(wǎng)友好的方式利用儲能系統(tǒng)，必須克服以下關鍵挑戰(zhàn)：
1. 面向終端消費者，制定儲能系統(tǒng)的建造補貼計劃。
2. 根據(jù) EnWG 第118(6)條的規(guī)定，電網(wǎng)費豁免暫時僅限于2026年年中之前投入使用的儲能設施。
3.根據(jù) EnWG 第118(6) 節(jié)，電網(wǎng)費豁免不適用于除電網(wǎng)利用外，發(fā)電側儲能或工業(yè)商業(yè)儲能業(yè)務模式的存儲設施。
4. 過長的并網(wǎng)申請和實施時間。
5.電網(wǎng)基礎設備建設的時間過長，電網(wǎng)并網(wǎng)容量的部分不可用，使得儲能系統(tǒng)容量的無法充分發(fā)揮，因為電網(wǎng)規(guī)劃的基礎是滿足儲能系統(tǒng)的可靠、長期，滿載運行，最大程度滿足最終消費者/發(fā)電廠的調(diào)用需要。
解決方案：利用市場服務型儲能設施為電網(wǎng)服務
一種可行的解決方案是利用市場化的儲能設施為電網(wǎng)服務，這樣既能實現(xiàn)市場收入潛力，又能為電網(wǎng)提供支持。例如，電網(wǎng)服務儲能設施的建設和運營可由第三方進行，并根據(jù)收費規(guī)定出租給電網(wǎng)運營商。必須進行監(jiān)管改革，以確保因使用電池儲能系統(tǒng)而節(jié)省的擁堵管理費用對電網(wǎng)運營商的資產(chǎn)負債表產(chǎn)生積極影響。
為了克服電網(wǎng)運營商缺乏利用儲能靈活性的激勵機制這一障礙，從長遠來看，需要對激勵條例進行調(diào)整。特別是，必須確保電網(wǎng)運營商的資產(chǎn)負債表中反映出利用儲能設施進行擁塞管理所節(jié)省的成本（例如，增加可再生能源滲透比例）。
激勵條例是一套非常靜態(tài)的規(guī)則，這意味著只有在長期內(nèi)才能對其進行實際調(diào)整。此外，聯(lián)邦網(wǎng)絡局和聯(lián)邦政府之間的權限重組目前正在進行，這也是現(xiàn)行《激勵條例》將于2028年12月31日到期并被聯(lián)邦網(wǎng)絡局的規(guī)范所取代的原因。目前的實際情況使得與激勵條例內(nèi)容相關的制定工作變得更加困難。為了在中期內(nèi)通過使用儲能來解決計劃中的電網(wǎng)容量阻塞問題，需要確定一個運營概念，以確保電網(wǎng)友好型運營，以及有關責任、成本、期限和收入不足補償?shù)姆梢?guī)定。
這種運行概念可以作為“儲能并網(wǎng)條例”(SpeicherNAV)
"SpeicherNAV" 是 Kyon Energy 制定的一份概念文件，旨在快速實施透明、明確的法規(guī)，以促進儲能設施的并網(wǎng)、市場和電網(wǎng)友好型應用。
要實現(xiàn)這一點，成功的存儲凈增值需要考慮五個關鍵點：
1.應用領域：
適用范圍應包括所有儲能系統(tǒng)與供電電網(wǎng)的并網(wǎng)，電壓至少為10千伏（中壓電網(wǎng)及以上）。
2.優(yōu)先并網(wǎng)：
與可再生能源系統(tǒng)一樣，為系統(tǒng)提供服務的儲能系統(tǒng)也應獲得加速和優(yōu)惠并網(wǎng)（類似于《2023 年歐洲能源條例》第 8 節(jié)），以便能夠盡快利用其潛力。
3.電網(wǎng)友好型運行理念：
如果儲能設施享受SpeicherNAV的特權，其運行模式也必須符合電網(wǎng)的需求。作為一種靈活和個性化的解決方案，可以理解為配電系統(tǒng)運營商在連接過程中根據(jù)特定規(guī)則為儲能系統(tǒng)的運行概念定義一定的指導原則，以便能夠使儲能系統(tǒng)的行為以最佳方式適應個別電網(wǎng)情況。這將為電網(wǎng)運營商提供必要的承諾，增加電網(wǎng)運營商的電網(wǎng)運行裕度。
4.操作概念的定義：
為了創(chuàng)建運行概念，必須確定計劃中的儲能系統(tǒng)的技術能力和限制，并由電網(wǎng)運營商檢查并網(wǎng)點、輸電線、潮流和電網(wǎng)影響以及儲能系統(tǒng)的預期使用范圍。然后，運營概念將描述電網(wǎng)運營商在以下方面的選擇方案：調(diào)整儲能設施在時間、供應水平和饋入方向上的運行，提前協(xié)調(diào)運行時段和周期，在有限時段內(nèi)自由處置儲能設施及禁止儲能設施運營商在某些時段提供平衡能源。
5.公平分配成本：
該法規(guī)應對儲能系統(tǒng)運營商與電網(wǎng)運營商之間的成本分擔做出明確規(guī)定，以確保儲能項目的經(jīng)濟可行性，并公平分配經(jīng)濟利益。如果儲能運營商允許電網(wǎng)運營商干擾儲能設施的運行，則應為限制儲能運行而獲得相應補償。該規(guī)定基本上可參照 EnWG 第 13a 節(jié)（重新調(diào)度措施）。經(jīng)濟補償應確保儲能系統(tǒng)運營商不會遭受任何經(jīng)濟損失，不會超過其在沒有運行限制的情況下所遭受的損失。
結語
如果以對電網(wǎng)友好的方式使用電池儲能系統(tǒng)，它們就有可能承擔電網(wǎng)中重要的系統(tǒng)任務，減少電網(wǎng)中的一些最大挑戰(zhàn)，從而普遍降低電網(wǎng)成本?，F(xiàn)在必須創(chuàng)造適當?shù)姆珊捅O(jiān)管框架條件，從而使整個經(jīng)濟、電網(wǎng)和社會受益。
