为了推动能源项目的发展,很多企业正在采用风力发电、太阳能发电设施、电池储能系统来稳定电网,提高效率,降低电力成本。
行业专家在2019年美国风能协会的Windpower会议上指出,虽然美国在能源混合项目和储能系统方面尚未全面部署,但美国可再生能源行业正面临着互联互通、调度、补偿等挑战和障碍。
这次会议举办了多个研讨会,讨论这些可再生能源混合项目的试点和机遇。而根据可再生能源集团之间达成的资源伙伴关系,明年的会议将更名为“清洁能源2020”。
InterTran Energy咨询负责人Rhonda Peters说,“能源混合项目就像正在酝酿的风暴一样,虽然尚未来临,但却是未来发展趋势。”
研究表明,在资源强度等特征互补的情况下,风力发电和太阳能发电项目共址部署具有一定的理论价值。美国和其他国家的试点项目验证了这项研究。俄勒冈州和亚利桑那州已签订了电网规模能源混合项目的电力购买协议(PPA)。但在克服监管和政策障碍之前,这一概念可能并不会成为市场现实。
能源混合项目理论上可行
Peters表示,混合能源项目被定义为两个或多个共享互连点的能量来源,并被“作为一个单一的发电实体”进行调度。在理论上,这些项目可以允许可再生能源参与容量市场,并在峰值需求期间储能系统的电力,否则需要天然气调峰发电厂进行调峰。
莱斯大学土木与环境工程副教授Daniel Cohan表示,“风力发电设施和太阳能发电设施是新一代发电设施中成本最低的两种选择,但它们的发电是间歇变化的,而且并不总是在电网最需要时发电。”
Cohan对于德克萨斯电网的研究显示,夜间发电的风力发电设施和日间发电的太阳能可以消除其中一些限制。
他说,位于同一个变电站或附近的风力发电和太阳能发电共址部署项目在技术上也是可行的,并且具有经济可行性。但这些地点需要足够的风力发电和太阳能发电资源、合适的土地以及可用的输电能力,这三个条件很难同时具备。
他表示,在德克萨斯州和爱荷华州等风力发电量较大的地方添加成本更低的太阳能发电设施是有道理的,因为白天可能需要太阳能发电设施的输电能力。
风力发电、太阳能发电、储能系统在这些地方部署也可能具有经济可行性,而这些项目可能需要较少的储能容量,其成本仍然高于风力发电和太阳能发电的混合部署。
全球风能理事会(GWEC)市场情报总监Karin Ohlenforst表示,尽管在美国、亚洲和澳大利亚没有很多共址部署的能源混合项目,但这些项目确实存在于不同的发展和运营水平。
她补充说,“增长的关键在于证明能源混合项目的独特价值,例如在最需要时提供更多容量,不仅仅是理论上价值。”
公用事业公司和开发商开始将这些价值观从理论转移到实践,并从太阳能+储能的混合能源项目部署开始。
能源混合项目的实践
Invenergy公司储能副总裁Derek Price说,“以前那些没有部署太阳能+储能项目的公用事业公司目前都在致力部署混合能源项目。太阳能+储能项目将在市场上得到爆炸式发展。”
Price在会议上指出,“我们正在开发大量混合能源项目,将在2020年至2023年交付。随着太阳能发电成本下降,公用事业公司将很快接受这项技术。”
他补充说,Invenergy公司预计其几乎所有安装的太阳能都将通过配套部署储能设施进行改造。亚利桑那州公共服务局(APS)称其为“日落之后的太阳能”, 并认为它对其成本曲线有很大影响。
APS公司在2018年2月宣布了一项具有突破性的装机容量为65MW的太阳能发电+50MW的电池储能系统混合项目,计划于2021年上线运营,以取代天然气发电机厂。其投资金额并没有对外发布。
APS公司发言人Jenna Rowell表示,该公司在其2019年2月的清洁能源计划中将加倍部署太阳能+储能项目,该计划将在2025年之前在新的和现有的太阳能项目中增加装机总容量850MW电池储能系统。4月3日,APS公司又发布了一份关于装机容量为100MW太阳能和100MW储能系统招标书,并计划到2025年,将为装机容量为1GW的太阳能发电设施部署更多储能系统。
PGE公司发布2019年综合资源计划(IRP)草案
在俄勒冈州,波特兰通用电气公司(PGE)在今年2月宣布了一项规模更大的能源混合项目。该公司发言人Steven Corson 表示,Wheatridge是美国第一家电网规模的风能+太阳能+储能混合部署项目,其中将建设一个装机容量为300MW风力发电设施,一个50MW太阳能发电设施以及一个30MW的4小时电池储能系统,并预计到2021年全面上线运营。
Nextera Energy Resources公司将建造和运营这个发电场,并根据30年的购电协议将其电能出售给波特兰通用电气公司(PGE)公司。Corson表示,包括Nextera公司在可再生能源招标中提出的报价,其价格与传统能源相比更具竞争力。
波特兰通用电气公司(PGE)的2019年综合资源计划草案报告指出,“预计风力资源的平准化能源成本(LCOE)将低于联合循环燃气发电设施的平准化能源成本(LCOE)。而且,在技术成本低、可再生能源开发率高的未来,电池储能系统可能与传统发电厂相比更具成本竞争力。”
Corson表示,为了最大限度地提高美国联邦投资税收抵免的回报,波特兰通用电气公司(PGE)项目的太阳能发电将为电池储能系统充电。这将使太阳能+储能项目能够平滑风力发电的变化。
由于APS公司和波特兰通用电气公司(PGE)的混合能源项目尚未上线运营,其混合部署概念还处在理论层面,但一些能源开发商正在制定重大计划。
在过去的五年里,通用电气公司子公司GE Renewables公司已经建造并测试了两个能源混合项目,该公司专注于可再生能源混合项目的一部分。该公司最近估计,到2024年,全球混合能源市场规模将达到14.7亿美元以上。
该公司在明尼苏达州部署了一个装机容量为2.3MW风力发电设施和500KW太阳能发电设施。在印度,该公司将1.6kW风力发电设施与一个223kW太阳能设施配套部署。
通用电气混合解决方案负责人Jean-Claude Robert表示,“效率是发展的关键。与同等装机容量的单个发电设施相比,混合项目的电能产量提高约5%。即使是小幅增长也值得投资。”
为了进一步推动混合项目效率,GE Renewables公司还开发了“能源混合控制解决方案”。他说,这种基于数字的技术使混合发电系统能够产生大量的可再生能源电力。
La Plana公司是Siemens Gamesa在西班牙成立的一家混合能源初创公司。该公司美洲混合动力系统负责人Christine Grey在风力发电会议上表示,该公司将一个850kW的风力发电设施与245 kW的太阳能发电设施共址部署。为了开展进一步测试,还添加了电池储能系统。
通用公司混合解决方案Hybrid Solutions 公司负责人Jean-Claude Robert说,混合能源项目正引起全球的关注,印度在这方面处于领先行列。印度安得拉邦在1月3日的一个招标中,计划在2023年之前采购5,000MW的风力和太阳能混合部署项目。招标书中规定,风力发电和太阳能发电必须共址部署。
该招标书指出,“大型并网风力发电和太阳能发电系统将提高输电基础设施和土地的高效利用率,还通过减少可再生能源发电的可变性提供更好的电网稳定性。”
Robert说,“很多国家和地区需要尽可能多的可再生能源来满足不断增长的需求,但需要更稳定的交付。通用电气正在与世界各地的客户合作,实时开发大规模项目。在美国,可能在加利福尼亚州部署太阳能+储能混合项目,以应对太阳能发电过剩的问题。”
Enel公司业务发展总监Chris Hickey表示,美国能源开发商Enel Green Power公司预计德克萨斯州的风力+储能部署的增长将会解决风力发电面临的类似问题。
Hickey说,“开发商还在考虑在现有风力发电场添加太阳能发电设施的可能性,特别是在德克萨斯州和美国中西部的其他风力资源丰富的地区,这是一个新兴的太阳能市场,因为当风力发电量上升时,电网运营商需要处理输电阻塞问题,而在太阳能发电量高的时候有充足的输电能力。”
他说,“Enel公司的一个装机容量为497MW的Lonesome风力发电项目和目前正在德克萨斯州建设的450兆瓦Roadrunner太阳能项目都是储能系统配套部署的候选项目。无论采用哪种可再生能源技术,Enel公司对于新项目都在评估配套部署储能系统的可能性,并且 具有不断增长的趋势。”
通用电气的Robert说:“很明显,这在技术上可以实现,并且更具价值。能源混合部署的浪潮即将来临。唯一缺少的是通过激励项目开发商推动项目开发的法规。”
面临的障碍
InterTran的Peters在Windpower会议上表示,“电网的互连、调度、补偿等障碍是企业面临的一些重大问题,但仍在前行。”
他说,“许多地方没有实现混合项目的互连过程。并且电网运营商需要一个用于实时操作的调度模型,这个模型通常不存在,或者如果确实存在,则可能不会被优化。”
Peters说,“此外,大多数电力系统没有混合项目容量认证。他们通常获得了太阳能发电认证或风力发电认证,许多运营商正在开发电池储能系统容量认证,但并没有混合项目的容量认证。”
他说,“一些系统运营商比其他运营商更加超前。美国中大陆独立系统运营商(MISO)对混合互连和现有项目的补充方面有着良好的规则。相比之下,PJM电力市场的规则要求任何能源改变通过长达数年的审批过程,即使它不需要修改互连。”
Peters说,美国中大陆独立系统运营商(MISO)的发电机更换政策和过剩互连政策,均由美国联邦能源监管委员会审查,也代表了目前的最佳做法。
她说,过剩互连政策允许一个不使用其完全互连能力的项目在不经过长期等待的情况下增加更多的能源项目。其发电机更换策略可以允许“新资源替换现有资源”而不会造成繁重的应用延迟。
Windpower会议的发言人Enel Green Energy监管事务副总裁Jack Kiroff和西门子公司Gray 对Peters的评估表示支持。
Kiroff说,“还需要针对风能和太阳能的美国联邦税收抵免政策进行修订。清洁能源的峰值标准将为在峰值需求期间输送到电网的发电设施提供补偿,应该更广泛地实施,以识别在最需要时提供的清洁电力的价值。”
西门子美洲地区混合项目系统主管Christine Grey 说,“在政策和监管问题得到解决之前,我们不能实施任何项目。但如果我们能够克服其中一些挑战,那么将会建成更多的混合项目。”
Peters补充说,“如果消除更加统一的混合项目政策的障碍,风力+太阳能+储能的混合项目可以在六个月内建成,并更快向低成本、零碳能源转型。”
