Các đơn vị nhiệt điện, với tư cách là nguồn điều chỉnh tần số chính cung cấp các dịch vụ phụ trợ AGC (Phương tiện dẫn hướng tự động), gặp phải một số nhược điểm: thời gian đáp ứng dài (thường trong phạm vi hàng chục giây); tốc độ điều chỉnh chậm (tốc độ điều chỉnh tiêu chuẩn (MWmin) cho các tổ máy nhiệt điện không vượt quá 3% công suất định mức); và độ chính xác điều chỉnh kém (sai lệch cho phép đối với các tổ máy nhiệt điện là 1% công suất định mức).
Tuy nhiên, việc tuyển dụnghệ thống lưu trữ năng lượng pinkết hợp với các tổ máy nhiệt điện để đáp ứng lệnh AGC có thể phát huy tối đa ưu điểm của hệ thống lưu trữ năng lượng: thời gian đáp ứng ngắn (<100ms), fast regulation rate (regulation time from no-load to full-load less than 20ms), and high regulation accuracy. This improves the overall regulation performance index K of the unit while avoiding the need for large-capacity energy storage systems, enabling the project to achieve better economic benefits.
Các nguyên tắc cơ bản và quy trình điều chỉnh tần số lưu trữ nhiệt và năng lượng kết hợp:
1) Các bộ phận điện, lưu trữ năng lượng và nhiệt điện có thể hoạt động song song ở đầu kết nối lưới, phối hợp với nhau để theo dõi các lệnh điều độ AGC, do đó cải thiện đáng kể hiệu suất điều chỉnh tổng thể;
2) Không thay đổi điều khiển AGC ban đầu của đơn vị nhiệt điện, hãy xây dựng lệnh đầu ra của hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên sự khác biệt giữa lệnh AGC và đầu ra thời gian thực- của đơn vị nhiệt điện và bù đắp khoảng cách về nhu cầu điện năng do sự khác biệt gây ra bằng cách sử dụng các đặc tính điều khiển công suất nhanh và chính xác của hệ thống lưu trữ năng lượng.
3) Khi đầu ra của đơn vị nhiệt điện phản hồi lệnh AGC và tiến đến gần nó, đầu ra của hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ được rút ra tương ứng cho đến khi đơn vị nhiệt điện cuối cùng tiếp quản đầu ra của lệnh AGC. Có thể thấy rằng thời gian vận hành-công suất cao của hệ thống lưu trữ năng lượng trong một lần điều chỉnh AGC là từ 1 đến 2 phút.
Như có thể thấy từ quy trình trên, công suất đầu ra tối đa của BESS là chênh lệch giữa lệnh AGC và đầu ra hiện tại của bộ nhiệt điện. Yêu cầu về hiệu suất nhấn mạnh đến khả năng điều chỉnh-công suất cao, nhanh chóng và chính xác, trong khi yêu cầu về công suất còn hạn chế, khiến ứng dụng này trở thành ứng dụng BESS loại công suất-điển hình. Mặc dù về mặt lý thuyết, công suất và công suất của BESS có thể được cấu hình tối ưu dựa trên tần số lưới và đặc điểm dao động của tín hiệu lỗi điều khiển trong khu vực, xem xét toàn diện tác động của biến động phụ tải, nguyên tắc điều độ AGC của lưới và tối ưu hóa lợi ích kinh tế, hầu hết các quy trình thiết kế hiện tại đều dựa trên phân tích và dữ liệu thống kê về các lệnh AGC trước đây của thiết bị, phấn đấu theo dõi hoàn toàn hơn 90% lệnh điều độ AGC và trong quá trình vận hành, duy trì SOC của pin ở mức khoảng 50%.
Hơn nữa, dựa trên yêu cầu kỹ thuật rằng tốc độ thay đổi công suất tối đa của tổ máy nhiệt điện là 3%P mỗi phút và do các thay đổi lệnh AGC chủ yếu diễn ra theo chu kỳ một phút{1}}từng{2}}phút nên việc định cấu hình hệ thống lưu trữ năng lượng 2C ở mức 3% công suất định mức P của tổ máy nhiệt điện là hợp lý hơn.
Nguyên tắc cơ bản được thể hiện trong hình.
Trong các hệ thống lưu trữ năng lượng và nhiệt điện kết hợp, các phương pháp kết nối lưới BESS (Hệ thống lưu trữ năng lượng nồi hơi) thường chia thành hai loại: một loại sử dụng công suất dư thừa của máy biến áp phụ của nhà máy hiện có và kết nối nó với ổ cắm máy phát điện thông qua bộ tăng áp thứ cấp;
cái còn lại định cấu hình một-máy biến áp tăng áp độc lập để kết nối trực tiếp hệ thống lưu trữ năng lượng với ổ cắm máy phát điện. Cả hai phương pháp kết nối đều yêu cầu chú ý đến công suất ngắn mạch-của đường dây và các biến đổi hài hòa để đảm bảo hoạt động an toàn của các bộ nhiệt điện, máy biến áp chính, bộ truyền động nồi hơi và hệ thống phụ trợ hiện có. Hiện nay, sơ đồ đấu nối máy biến áp phụ của nhà máy đã phổ biến hơn.
Về hệ thống liên lạc và điều khiển, cả RTU (Bộ điều khiển từ xa) và DCS (Hệ thống điều khiển phân tán) đều phải được sửa đổi cho phù hợp, như trong Hình.
Các nâng cấp kỹ thuật và chức năng cơ bản của thiết bị bao gồm:
RTU (Đơn vị khu vực) sẽ bổ sung gói đo công suất BESS (Hệ thống lưu trữ năng lượng cân bằng), gói này sẽ được hợp nhất với các giá trị đo đầu ra của máy phát điện và truyền đến trung tâm điều độ lưới điện làm cơ sở đánh giá AGC (Kiểm soát khuếch đại tự động). Một kênh liên lạc mới với BESS sẽ được thiết lập để phân bổ các lệnh AGC và, khi cần, truyền thông tin đầu ra và trạng thái của hệ thống lưu trữ năng lượng và nhiệt điện kết hợp tới BESS để đánh giá chỉ số hiệu suất quy định AGC sơ bộ và phân tích lợi ích cục bộ.
DCS (Hệ thống điều khiển phân tán) sẽ thiết lập kênh liên lạc mới với BESS để truyền lệnh AGC, phản hồi đầu ra máy phát, chỉ báo tải thực tế của máy phát, phản hồi kích hoạt AGC của máy phát, cờ hành động điều chỉnh tần số chính của máy phát, giới hạn đầu ra của máy phát và giới hạn tốc độ điều chỉnh của máy phát.
BESS, dựa trên các lệnh AGC và đầu ra thời gian thực-của bộ phát điện, kết hợp với SOC của pin hệ thống lưu trữ năng lượng, xây dựng các lệnh cấp nguồn cho hệ thống lưu trữ năng lượng để đạt được khả năng điều khiển và kiểm soát công suất nhanh chóng, như minh họa trong hình.
Hình ảnh: Bộ điều khiển AGC phụ trợ BESS
Trong hệ thống điều chỉnh tần số lưu trữ năng lượng và nhiệt kết hợp, hệ thống lưu trữ năng lượng chủ yếu bao gồm hộp chứa máy biến áp tăng cường PCS+{1}}, hộp chứa pin, hộp chứa truy cập điện áp cao- và hộp chứa giám sát cục bộ. Trong số đó, thùng chứa máy biến áp tăng cường PCS+{5}}chứa thiết bị chính vòng, máy biến áp tăng cường-và PCS. Nó được kết nối với hộp chứa pin ở phía DC và ở phía AC, nó được kết nối song song với hệ thống lưu trữ năng lượng liền kề trước khi được kết nối với máy biến áp dịch vụ của nhà máy thông qua tủ chuyển mạch trung tâm.
Trong quá trình triển khai cụ thể của dự án, các chi tiết thiết kế và sửa đổi có thể khác nhau nhưng tất cả đều phải tuân thủ nguyên tắc giảm thiểu tác động đến các tổ máy nhiệt điện ban đầu và không gây ra bất kỳ mối nguy hiểm an toàn nào đối với hoạt động bình thường của DCS và các tổ máy.
Với các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về chất lượng điện, đặc biệt là sự gia tăng nhanh chóng công suất của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và năng lượng mặt trời, lưới điện có nhu cầu ngày càng tăng về các nguồn tài nguyên điều chỉnh tần số chất lượng cao. Tuy nhiên, việc điều chỉnh- AGC (Kiểm soát khuếch đại tự động) thường xuyên ở quy mô lớn của các đơn vị năng lượng nhiệt có thể tác động tiêu cực đến thiết bị và cản trở hoạt động ổn định. Hơn nữa, việc trang bị thêm lượng khí thải cực thấp-tiếp tục hạn chế tốc độ điều chỉnh của các đơn vị nhiệt điện, làm giảm chỉ số hiệu suất điều chỉnh K. Do đó, hệ thống điều chỉnh tần số lưu trữ năng lượng và nhiệt điện tích hợp mang lại lợi ích kỹ thuật trực tiếp và lợi thế kinh tế đáng kể.
Lấy dự án tích hợp nhiệt điện và lưu trữ năng lượng ở Tây Bắc Trung Quốc làm ví dụ, trước khi bổ sung dự trữ năng lượng, chỉ số hiệu suất quy định AGC K của các đơn vị nhiệt điện độc lập dao động từ 1,97 đến 2,62. Sau khi bổ sung bộ lưu trữ năng lượng, hệ thống lưu trữ năng lượng và nhiệt điện tích hợp đã cải thiện tỷ lệ này lên 4,95 đến 5,91; chi phí bồi thường cũng tăng từ dưới 10.000 tệ/ngày lên gần 110.000 tệ/ngày.
Tuy nhiên, trong thời gian tải tương đối ổn định, nhu cầu của lưới điện về tài nguyên điều chỉnh tần số có giới hạn trên và không gian thị trường cho ứng dụng này sẽ nhanh chóng bị thu hẹp. Do việc áp dụng quy tắc "tổng bằng 0" và ảnh hưởng của các chính sách cũng như cơ chế phân phối lợi ích liên quan, doanh thu của dự án, đặc biệt là doanh thu của chủ sở hữu hệ thống lưu trữ năng lượng, chịu sự không chắc chắn nhất định.