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9/9/20

让我们变得灵活-抽水蓄能和电力系统的未来

抽水蓄能水电已被证明是解决电网运营商面临的日益增长的挑战的理想方案.

随着向清洁能源的过渡,未来迅速展开, 这种灵活的技术将变得更加重要的可靠, 可负担的低碳电网, IHA分析师Nicholas Troja和撒母耳定律写道.

"任何可能出错的事都会出错". 这条古老的格言,墨菲定律,在2020年对许多电网运营商来说一定是合适的.

今年已经像其他年份一样测试了全球电网的安全运行和可靠性. 通常被称为“有史以来最大的机器”,管理电力系统, 涉及复杂和即时交互的协调, 在最好的情况下是一项艰巨的任务吗.

2019冠状病毒病大流行的影响加上极端天气菠菜评级排行, 可再生能源和日益老化的热能资产的渗透更大, 在许多市场,这项任务只会变得更加艰巨.

这些挑战使人们对能源储存的需求日益增长, 例如由 抽水蓄能水电站.

最近的菠菜评级排行凸显了抽水蓄能的必要性

新型冠状病毒肺炎继续对电力市场产生巨大影响. 在全球封锁的高峰期, 大部分经济部门关闭或严重受损, 电力需求下降了百分之三十 在欧洲的一些国家和印度.  

作为Fatih Birol, 国际能源机构(IEA)总干事表示, 需求下降”快进到未来10年的一些电力系统“关于整合更高比例的可变可再生能源(VRE),收到优先调度到电网. 管理如此低需求的时期,可能会产生“重大的操作风险"对于电网运营商. 在一些市场, 这导致了削减, 或关闭, 风能和太阳能设施来稳定电网.

在这样的时期, 抽水蓄能水电站, 它能够长期储存和产生大量的能量, 这些电网运营商的第一个停靠港是否足够幸运,能够拥有这样的电站. 在英国,它的四个抽水蓄能电站被《菠菜评级排行》誉为“第一道防线保卫英国的光明”. 能够通过将水抽回上层水库来增加系统需求, 抽水蓄能是管理电网的一种更经济有效的方式,而不是向运营商支付费用来减少可变供应.

今年8月,美国经济放缓.S. 自2001年以来,加利福尼亚州首次经历了轮流停电,原因是创纪录的热浪推高了需求, 不稳定的燃气电站和缺乏可调度的发电. 正如加州独立系统运营商(CAISO)总裁斯蒂芬·伯贝里希所说:我们以为会有足够的电力来满足需求,但我们错了“加州经济的损失将是巨大的.

这些有管理的停电菠菜评级排行为政策制定者敲响了警钟,提醒他们有必要为零排放的未来做出适当的规划. 只有有限的平衡资源,比如抽水蓄能, 加州的电网不具备将足够的发电能力转移到晚上的灵活性,因为那时太阳已经下山,但需求仍然很高.

鉴于加州的目标是到2045年实现100%的清洁电力, 主要来自风能和太阳能,目前占发电量的20%, 在灵活性上的大量投资, 需要低碳平衡资源.

在回应, 加州在短时间存储电池上下了很大的赌注, 从几秒到四小时不等, 管理净负荷的日内变化. 然而, 这些高水平的VRE在网格上, 长时间存储, 在额定功率下,哪些可以放电10小时以上, 是否需要适应VREs的季节性模式. 它将通过在数日、数周和数月的供需失衡中转移世代来实现这一目标. 对于世界上许多有着雄心勃勃的气候目标的国家来说,这是一个真实的故事.

政府决定将超过30mw的常规水电站归为a级,这使得加州实现清洁能源目标变得更加困难 可再生能源组合标准下的不可再生资源. 这种武断的分类与 国际共识 并惩罚该州最古老的廉价、灵活、低碳电力来源.

   

图1: 说明一个闭环(河外)抽水蓄能站,以及如何使用它支持VRE.

抽水蓄能

总装机容量接近160吉瓦, 在全球电网规模的应用中,抽水蓄能目前占存储容量和存储能量的94%以上. 这为抽水蓄能赢得了世界“水电池”的称号。. 它是一种成熟和可靠的技术,能够每天或每周循环存储能量,甚至长达数月, 以及季节性应用, 取决于项目规模和配置.

抽水蓄能通过将水从较低的蓄水池抽水到较高的蓄水池,以重力势能的形式储存电力(见图1)。. 这个简单的解决方案的结果是非常高的往返效率达到80%, 与其他存储技术相比,哪一种技术更有利.

抽水蓄能往往有很高的能量功率比,很适合提供长放电时间 非常低的能量储存成本. 在不同的时间尺度下,抽水蓄能具有多种功能(见图2). 例如, 在更短的放电时间, 适用于频率平衡、备用备用等辅助服务.

4到8小时的放电,它可以提供日间移动的能量套利. 使用时间超过10小时, 它可以适应多日供应剖面的变化, 减少能源缩减, 取代峰值发电能力,提供输电效益.

   

图2: 上面的图(使用对数刻度)显示了目前运行的约250个抽水蓄能站的估计放电时间与安装容量和储能容量的关系, 根据IHA抽水蓄能跟踪工具的信息. 绝大多数抽水蓄能电站的放电持续时间超过6小时, 有些还能进行季节性储存.

今天的大多数抽水蓄能电站建于大约40年前. 然而,它们至今仍在为我们的电力系统提供重要的服务. 通过偶尔的翻新,这些长期资产可以在未来几十年里持续使用.

尽管这是一项成熟的技术, 抽水蓄能技术的兴起带来了大量新的抽水蓄能技术&D计划. 一个突出的例子是欧盟委员会的四年政策 XFLEX水电项目该项目旨在开发新的技术解决方案,以提高水电的灵活性. 最新的创新, 比如变速涡轮和智能数字操作系统, 将在一系列抽水蓄能示范地点进行测试.

虽然经常被认为是地理上的限制, 最近的研究表明,抽水蓄能在世界范围内的菠菜评级具有巨大的技术潜力. 澳大利亚国立大学的研究强调 超过60万个潜在的低影响下游抽水蓄能菠菜评级地点包括在加州的分店. 人们对改造抽水蓄能电站的兴趣也越来越大 废弃的矿井, 地下洞室, 不作功的大坝水库水电站.                              

寻求一条通向干净、负担得起和安全的过渡之路

加州是能源转型的先驱. 尽管许多反对风能和太阳能的人不幸地以停电为例,说明为什么它们的快速推广会对安全造成威胁, 可靠的电网. 正如前面提到的, 停电并不是因为电网上有太多的VRE容量, 但缺乏综合规划,以支持不断菠菜评级的电力组合,拥有足够的可调度发电和存储.

国际能源署最近表示, 可分派抽水蓄能, 除了常规水电, 是经常 被忽视的灵活性的主力. 然而, 它的菠菜评级, 就像许多储能技术一样, 目前是否因为缺乏适当的监管框架和市场信号来奖励其对电网的贡献而受到阻碍. 在中国以外地区,装机容量同比增幅一直很低,仅为1.自2014年以来的5%(见图3).

   

图3: 全球各地区抽水蓄能装机容量. 请注意,2019年的抽水蓄能增速是10多年来最低的, 只增加了304兆瓦. 来源:宫内厅的数据库.

考虑到这项技术的开发周期很长, 迫切需要投资决策,以确保抽水蓄能, 与其他低碳灵活性选择相结合, 是否对电网运营商可用,而不需要依赖碳密集的燃气发电作为备用. 这一点尤其重要,因为VRE普及率已达到越来越高的水平,这是尚未经常经历的.

IHA继续在水电部门开展工作,并寻求从其他部门吸取经验教训,以支持抽水蓄能的菠菜评级和部署. 与国家当局和多边开发银行合作, 我们正在开发一项新的全球倡议,以塑造和加强该技术在未来电力系统中的作用.

进一步的信息

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如欲进一步了解IHA及我们在抽水蓄能方面的工作,请浏览: www.水电.org/pumped-storage

联系作者请发电子邮件 尼古拉斯.troja@水电.org撒母耳.law@水电.org

尼克Troja 是高级水电行业分析师. 他的工作重点是建立和分享全球水电知识, 包括确定项目融资的趋势, 政策和市场动态.

在加入宫内厅, Nick曾在英国钢铁业工作,主要研究欧盟排放交易系统,以及其他欧盟层面的气候变化和能源政策对该行业的影响. 在此之前,他在英国能源和气候变化部工作, 他的工作涉及广泛的政策领域,并担任堪培拉排放交易和气候变化问题影子部长的顾问. 他拥有国际商务学士学位和公共政策硕士学位.  

撒母耳定律 是水电行业分析师. 他的工作重点是建立和分享可持续水电开发的知识, 从事清洁能源系统等领域的工作, 绿色融资机制与区域水电开发.

Samuel拥有伦敦帝国理工学院环境技术硕士学位,并拥有环境工程技术背景. 在加入IHA之前,他在曼谷的联合国完成了实习. 在联合国, 他进行了关于可持续菠菜评级目标的研究, 集成资源管理和协作治理, 以及支持项目实施和组织国际会议. 他还在伦敦担任过商业情报分析师, 在那里他对市场动态和各行业的投资趋势进行了研究.

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