中國儲能網訊：采用數GWh公用事業(yè)規(guī)模儲能系統，可以在太陽能發(fā)電設施的上午10點至下午3點之間的“鴨子曲線”期間彌補電力缺口，這聽起來似乎是全球和美國各大公用事業(yè)公司的發(fā)展遠景，但總部在卡羅萊納州杜克能源公司已經提前進入這樣的未來。
例如，主要服務于北卡羅來納州和南卡羅萊納州東部客戶的杜克能源發(fā)展公司（DEP），在2017年管理著高達106GWh的過剩能源，這些主要來自北卡羅萊納州大量的公用事業(yè)規(guī)模太陽能發(fā)電設施。當凈需求負荷低于最低可靠運行極限（LROL）時，就會產生“過剩能量”。這往往發(fā)生在一天中太陽能發(fā)電量最大的時期，即上午10點到下午3點之間，如圖所示。
平衡管理機構（BA）負責實現可用能源與能源需求之間的持續(xù)平衡，因此，需要確保發(fā)電機組能夠可靠地滿足峰值需求、預期凈需求增長率和備用需求，以調節(jié)頻率，并支持應急應用條件。
最低可靠運行極限（LROL）是保持所需發(fā)電機組在線所需的最小功率水平。此外，公用事業(yè)公司受私人電力協議的約束，并保證“接受”條款。在“采取”條款和美國能源監(jiān)管委員會（NERC）強制執(zhí)行的可靠性要求之間有兩方面的問題：（1）維持足夠的本地監(jiān)管儲備來管理間歇性和凈需求增長；（2）管理多余的能源，這并不是簡單，需要在大型太陽能發(fā)電設施中打開或關閉重合斷路器或關閉天氣電發(fā)電機組。
此外，需要將多余的可再生能源輸送到某個地方。杜克能源發(fā)展公司（DEP）的輸電運營工程師Kat Sico表示，“當資源可用時，可以通過減少發(fā)電機或通過聯合調度動態(tài)計劃輸出來管理多余的能源。這種能源可以為杜克能源卡羅來納州公司（DEC）的零售負載提供服務，也可以為裝機容量為2100MW的抽水蓄能設施提供能源?！?
該動態(tài)時間表已根據聯合調度協議（JDA）實施，其中允許杜克能源發(fā)展公司（DEP）和杜克能源卡羅來納州公司（DEC）共享“非固定”能源，以經濟方式滿足客戶的能源需求。由于太陽能發(fā)電保證了杜克能源發(fā)展公司（DEP）的“接收”條款，從杜克能源發(fā)展公司（DEP）轉移到杜克能源卡羅來納州公司（DEC）的多余能量來自其他發(fā)電資源。杜克能源卡羅來納州公司（DEC）主要服務于北卡羅來納州和南卡羅來納州的西部地區(qū)，該地區(qū)包括阿巴拉契亞山脈，杜克能源卡羅來納州公司（DEC）正在當地運營抽水蓄能設施。
如圖所示，抽水蓄能發(fā)電的概念很簡單。利用上游水庫和下游水庫兩個水庫，采用兩用渦輪機構成抽水蓄電設施。當多余的電能輸送到泵房時，大型電機驅動水輪機，將下游水庫的水泵送到上游水庫，從而存儲潛在的能量供日后使用。當需要獲取存儲的能量時，這個過程就會逆轉，水流就會驅動渦輪發(fā)電機發(fā)電。
圖中顯示了杜克能源公司的兩個抽水蓄能設施的位置和布局。其中較大和較新的一個設施是1991年開通運營的Bad Creek抽水蓄能發(fā)電設施。其附近的Jocasee水電站于1975年建成，并作為一個抽水蓄能項目運行，近年來更換升級了更強大的渦輪機。這兩個地點的可用儲能量大大超過了美國公用事業(yè)規(guī)模電池儲能項目的總裝機容量，預計2018年的裝機容量約為750MW。
使其系統工作的關鍵是電力傳輸系統，彌合了位于杜克能源卡羅來納州公司（DEC）的抽水蓄能電站山區(qū)遠程位置之間的地理距離，以及杜克能源發(fā)展公司（DEP）與山麓和沿海地區(qū)之間的負載和發(fā)電位置以及聯合調度協議（JDA）之間遠距離的缺陷。這兩個平衡管理機構（BA）傳輸和共享“非固定”能源能力的結合使得有可能將卡羅萊納州東半部的數千兆瓦的太陽能容量連接起來，并采用抽水蓄能設施有助于防止可再生能源的削減，同時允許杜克能源卡羅來納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）平衡機構提供可靠的電力服務，并保持符合美國能源監(jiān)管委員會（NERC）可靠性標準。
然而，聯合調度協議（JDA）是一種戰(zhàn)略、經濟、增量成本的能源傳輸工具，它依賴于每小時可用的“非固定”可變速的輸電。平衡管理機構（BA）之間的所有電力傳輸都是靈活的，并且由于輸電系統的限制而受到限制。由于聯合調度動態(tài)調度是一種“非公司”交易，因此與“公司”交易相比，由于受約束，其規(guī)模可能縮小。依靠聯合調度協議（JDA）來管理運行中過剩的能源將會帶來嚴重的系統運行風險，因為該系統并非設計為管理必須使用太陽能提供的運行中過剩能源的長期解決方案。
此外，杜克能源卡羅來納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）繼續(xù)作為獨立的平衡管理部門和公用事業(yè)部門運作，并按照北卡羅來納州公用事業(yè)委員會的指示，各自負責各自的獨立資源規(guī)劃和運營。無論當前的過剩能源和抽水蓄能容量有多少，都不能要求使用杜克能源卡羅來納州公司（DEC的抽水蓄能發(fā)電來緩解杜克能源發(fā)展公司（DEP）面臨的運營挑戰(zhàn)。因此，除了確保維持額外的本地調節(jié)儲備以管理變化性和急劇的凈需求增長外，杜克能源發(fā)展公司（DEP）的系統當這種輸電能力喪失，或者杜克能源發(fā)展公司（DEP）的抽水蓄能不可用時，運行人員必須準備好處理多余的電能。杜克能源發(fā)展公司（DEP）可以減少一些發(fā)電量，首先是該公司的常規(guī)發(fā)電資產，然后減少自己的太陽能發(fā)電量，最后再削減第三方太陽能的發(fā)電量。
杜克能源公司繼續(xù)致力于管理加利福尼亞州之外的這個最苛刻的“鴨子曲線”，將會變得越來越苛刻。Kat Sico警告稱，“隨著杜克能源卡羅來納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）的太陽能發(fā)電設施的裝機容量在2025年達到7,000MW，過剩能源的管理將需要更靈活的資源以及替代儲能系統?！?
可以肯定的是，當2025年到來時，輸配電系統將會提供更大的儲能解決方案份額。
