分布式发电(DG)是指位于消费点附近的小型电力生产单位,如屋顶太阳能电池板,小型风力涡轮机,以及住宅或商业地产上的热电系统组合. 随着DG的日益普及,它从根本上重塑了电力系统的运作,特别是影响到辅助服务市场. 这些旨在确保电网可靠性和稳定性的市场正在演变,以整合这些新的资源. 本条探讨了DG如何影响辅助服务,它带来的挑战,以及这些基本电网支持机制的未来.

理解辅助服务市场

辅助服务对于维持电力系统的稳定、可靠性和质量至关重要,包括一系列支持能源从发电机向负荷核心传输的功能,关键的辅助服务包括:频率调节,将电网频率控制在安全范围内;旋转储备,在发电机故障时提供即时电力;非螺旋后备储备;电压支持,在整个网络中保持适当的电压水平;传统上,这些服务由大型集中发电厂提供,如煤炭、天然气或核设施,这些发电厂能够迅速调整输出或提供惯性。

辅助服务类型

辅助服务通常按其响应时间和目的分类。频率调节需要快速、连续的调整,通常在秒之内。储备分为初级、二级和三级,每个类别都有不同的响应时间。伏电支持包括被动的动力注入,常常来自同步发电机。此外,黑启动能力——在完全停电后重新启动电网的能力——是一项关键服务。这些服务是通过许多地区的竞争性市场采购的,价格是根据供求情况确定的。

传统市场结构

在传统电力系统,辅助服务由也是主要能源生产者的大型发电机提供,这些发电机通过长期合同或日头市场提供能力和灵活性,系统操作员提供这些资源以实时平衡供需,但这种模式依赖可预测的可控制发电,这是DG,特别是可再生能源的发电经常缺乏的特征,随着DG渗透率的提高,维持这种模式变得具有挑战性,需要新的市场设计。

分配的世代如何影响辅助服务市场

分散的生成通过改变供给方、引入新的参与者以及转变业务模式,对辅助服务市场带来重大变化。 其影响是多方面的,影响到从电网灵活性到市场成本的方方面面。 下面我们探索转型的关键领域。

增强网格灵活性和当地支持

DG可以提供局部频率调节和电压支持,减少对远方集中资源的需要. 例如,太阳能板上的智能反转器可以调整反应电源输出,管理配电网络中的电压. 这种局部支持可以提高电网的抗变能力,减少传输损失. 在许多情况下,DG系统的反应比传统植物快,为平衡服务提供了敏捷性,这种灵活性对于将可变可再生能源在更大的规模上整合起来特别有价值.

然而,可再生的DG(如太阳能和风能)的间歇性引入性。 为了保持可靠性,系统操作员必须对这种不确定性负责,往往需要购买更多的储备。 先进的预测和控制系统对于有效利用DG的灵活性至关重要。

市场参与机制

小型发电机现在可以参与辅助服务市场,创造新的机会,但也创造操作的复杂性。 聚合器将多个DG单位合并为一个单一的虚拟电厂,通过满足最低容量要求而能够参与。 比如,住宅电池组可以向频率监管市场招标。 市场的民主化会增加竞争,降低成本。

市场运营商必须制定允许DG合格并被适当发送的规则。 其中包括设定性能标准、通信协议和支付结构。 一些地区已经实施了快速响应市场,专门面向反向资源。 比如,联邦能源监管委员会令841允许能源储存参与批发市场,为DG的包容开创了先例。

所涉费用和效益

通过在当地提供一些辅助服务,DG可以降低系统的总体成本. 本地的电压支持可以降低昂贵的电容库或变压器水龙头变压器的需求. 电池或需求响应的频率调节比部分负荷运行化石燃料厂更便宜. 国家可再生能源实验室的研究表明,高DG渗透率可以在某些情景中将辅助服务成本降低高达20%.

然而,成本节约取决于市场设计和电网条件。 低效定价可能导致DG服务价值低迷,抑制投资。 相反,设计完善的市场奖励灵活性可以刺激创新。 分配的资源定价考虑到位置价值是一个发展中的领域,有可能提高经济效率。

业务挑战和解决办法

可再生的DG源的多变性和不可预测性要求先进的控制系统和市场机制来确保稳定性。

  • 不确定: 太阳和风的生成随天气而波动,使电网平衡预测复杂化.
  • 低惯性:[ 反转基DG缺乏传统发电机的旋转质量,降低系统惯性,并可能影响到频率稳定性.
  • 通信障碍:[ 许多DG单位没有实时通信设备,阻碍了市场一体化.
  • 分布级影响:[ DG可以引起逆向电流,电压违反,以及分布网中的保护问题.

解决方案包括部署具有网格支持功能的高级反转器,实施电池存储以平滑输出,以及使用基于AI的预测. Grid操作员也采用动态行评级和实时监控来管理撞击. IEEE 已经公布了关于反转器互操作性和网格支持的标准,协助整合.

案例研究和现实世界实例

现实世界的应用说明了DG对辅助服务的影响。 在德国,屋顶太阳能的高渗透率导致了频率封存的新市场机制,集聚器在其中竞价提供电池容量。 该国的“Heimspeicher”计划加快了电池配置,用于自耗和电网服务,减少了对常规储量的依赖。

在澳大利亚,Hornsdale电力储备(Hornsdale Power Reserve)是一个大型电池,提供频率调节和应急储备,将辅助服务成本降低50%以上。 同样,在美国,加利福尼亚独立系统运营商通过能源不平衡市场将分布式能源资源整合到市场中,使小型单位能够参与。

未来趋势和考虑

随着DG渗透率的提高,电力系统必须通过市场演变、技术进步和政策变化来适应。 以下趋势将塑造辅助服务市场。

市场设计演变

未来的市场结构将有可能通过提供灵活性和位置的价值来激励DG的参与,提议包括:[辅助服务的位置边际定价:根据位置对电网限制的影响对资源进行奖励。 基于绩效的付款:为准确预测和快速反应提供补偿。 简化汇总规则:]] 降低小规模参与的障碍。

联邦能源监管委员会[一直积极主动地改革批发市场,以通过2222等涉及集资参与的订单来容纳分布资源.

技术进步

智能反转器,先进的计量基础设施,以及基于区块链的能源交易等网格技术将实现无缝DG集成. 电池存储对于固态变电生成和提供快速响应服务至关重要. AI和机器学习可以增强预测准确性,减少保守储备采购的需求.

此外,微网可以独立运行,在连接时向主网提供辅助服务,这种双重用途模式提高了复原力和市场参与度,动力电子的创新继续提高电压调节和口腔过滤的反转能力。

政策和规章的改变

决策者必须确保辅助服务市场保持有效和公平的,其中包括: 制定明确的总干事资格规定和监测规则; 解决成本分配问题,防止总干事与传统资源之间的交叉补贴; 促进互操作性标准,以减少一体化成本。

国际能源机构[指出,全球范围内对DG一体化的政策支持正在加速,有50多个国家实施了净计量或饲料税,然而,随着市场成熟,从固定的奖励转向竞争性采购对于长期效率至关重要。

结论

分散发电正在通过提供新的灵活性、复原力和竞争来源来改变辅助服务市场。 增加电网灵活性的地方支持和来自汇总的DG的参与降低了成本,提高了系统可靠性。 然而,多变性和低惯性等操作挑战需要先进的控制系统和市场创新。 通过市场演变技术进步和支持政策,电力系统可以有效地整合DG。 适当整合分散发电可以为未来带来更可持续的可靠和成本效益高的电力系统,使电网运营者和消费者都受益。

随着能源格局的继续演变,利益攸关方必须合作设计利用分布式资源的全部潜力的辅助服务市场。 这一转变不仅是技术的,而且也是经济和监管的,需要在一个日益分散的世界中采取平衡的办法,以确保电网的稳定性和市场效率。