中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：為了確保德國電網(wǎng)的穩(wěn)定性并確保其能源轉(zhuǎn)型的順利進(jìn)行，電網(wǎng)運(yùn)營方需采取必要行動(dòng)大幅提高電網(wǎng)的靈活性。如何消除現(xiàn)有的釋放靈活性障礙，并以更加友好的方式將儲(chǔ)能技術(shù)集成到電網(wǎng)中是電網(wǎng)運(yùn)營方必須考慮和解決的實(shí)際問題。
1.電池儲(chǔ)能的應(yīng)用背景
關(guān)鍵技術(shù)
2030年德國80%的發(fā)電量預(yù)計(jì)將來自可再生能源。2045年這一數(shù)字甚至將可能達(dá)到100%。這給電網(wǎng)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿绻?strong>不提高電網(wǎng)的靈活性，就無法保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。特別是可再生能源的高波動(dòng)性帶來了一個(gè)重大問題，因?yàn)榭稍偕茉磳?duì)天氣條件的依賴意味著基本負(fù)荷電力不可能在一天的任何時(shí)候都持續(xù)供應(yīng)。因此隨著可再生能源在電力結(jié)構(gòu)中所占比例的不斷增加，必須采取措施，以便在未來能夠更加靈活地應(yīng)對(duì)可再生能源生產(chǎn)的波動(dòng)。大型儲(chǔ)能系統(tǒng)在這方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于其超過90%的高效率和極快的響應(yīng)時(shí)間（可在幾分之一秒內(nèi)提供全部電力），它們可以在短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)償可再生能源發(fā)電的波動(dòng)，同時(shí)為可再生能源長期并入電網(wǎng)做出重要貢獻(xiàn)。
市場(chǎng)挑戰(zhàn)
可再生能源的廣泛應(yīng)用增加了對(duì)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)的需求，也提升了確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和供應(yīng)安全的難度。這是因?yàn)榭稍偕茉丛陔娏M合中所占比例越大，能源生產(chǎn)的波動(dòng)性和不可預(yù)測(cè)性就越大。這導(dǎo)致新能源同時(shí)系數(shù)偏差很高，從而越來越多地導(dǎo)致電網(wǎng)過載堵塞，這又進(jìn)一步削減了相關(guān)的電力生產(chǎn)（主要是可再生能源）。除此之外，能源需求和發(fā)電的不同步性也增加了在日照不足和風(fēng)力不足期間出現(xiàn)發(fā)電不足的風(fēng)險(xiǎn)。這些現(xiàn)象造成電力市場(chǎng)價(jià)格的巨大波動(dòng)，以及化石燃料發(fā)電廠高峰負(fù)荷覆蓋率造成的高價(jià)格。
2022年第 50周德國的電力生產(chǎn)和交易電價(jià)
可再生能源短缺期間市場(chǎng)和電網(wǎng)的價(jià)格高峰和波動(dòng)
2023 年第 16周德國的電力生產(chǎn)和交易電價(jià)
在可再生能源占主導(dǎo)地位的階段，發(fā)電量不穩(wěn)定，市場(chǎng)和電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)
外部影響因素，如俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)以及與之相關(guān)的2022年2月起的天然氣短缺，也對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)的電價(jià)（下圖：EXPEX Spot Baseload）和電力市場(chǎng)的波動(dòng)性（下圖：Trianel FlexIndex 電力市場(chǎng)的波動(dòng)性）產(chǎn)生了明顯的重大影響。然而在2021年年中左右烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)之前，整個(gè)市場(chǎng)的水平和波動(dòng)性都已顯著上升。
雖然目前（截至 2023 年 9 月）電價(jià)區(qū)間已經(jīng)恢復(fù)到烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)前的水平，但仍處于持續(xù)的高水平，這個(gè)情況與市場(chǎng)平均價(jià)格水平的發(fā)展日益脫鉤。這表明，電力市場(chǎng)波動(dòng)的基本驅(qū)動(dòng)因素，尤其是間歇性可再生能源的大規(guī)模擴(kuò)張，現(xiàn)在已經(jīng)在很大程度上顯現(xiàn)出來，盡管天然氣的供應(yīng)情況現(xiàn)在已經(jīng)恢復(fù)穩(wěn)定，但電力市場(chǎng)的動(dòng)蕩仍然很大。
2.電池儲(chǔ)能的應(yīng)用領(lǐng)域
電網(wǎng)面臨的這些挑戰(zhàn)也為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了施展拳腳的空間。儲(chǔ)能被部署在電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上，用于平衡可再生能源波動(dòng)和需求波動(dòng)造成的價(jià)格波動(dòng)，減少堵塞，并保持系統(tǒng)在50Hz頻率下的穩(wěn)定。以下是應(yīng)用領(lǐng)域概覽：
日內(nèi)交易，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與短期電力市場(chǎng)的交易，以彌補(bǔ)電力短缺或過剩，從而抵消極端的價(jià)格波動(dòng)。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)榻陙淼聡F(xiàn)貨市場(chǎng)、鄰近市場(chǎng)以及整個(gè)歐洲電網(wǎng)的價(jià)格波動(dòng)都在急劇增加。通過智能營銷，即在價(jià)格有利時(shí)（通常是可再生能源過剩）獲取電力，并在價(jià)格高時(shí)（通常是可再生能源過少）將電力輸入電網(wǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行水平直接影響電價(jià)的穩(wěn)定和降低。
堵塞管理，是指避免或消除電網(wǎng)過載。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以快速、精確和經(jīng)濟(jì)高效地輸入或提取能量，以平衡電網(wǎng)中的負(fù)載流。
大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)就能最大限度地減少光伏、風(fēng)電等可再生能源的停機(jī)，并支持電網(wǎng)的擴(kuò)展。通過這種方式，大規(guī)模電池儲(chǔ)能可以最大限度地減少光伏、風(fēng)電等可再生能源的停機(jī)時(shí)間，并為電網(wǎng)擴(kuò)容提供支持。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還能降低重新調(diào)度成本，從而幫助減少電網(wǎng)費(fèi)用。
從純粹的技術(shù)角度來看，電池儲(chǔ)能的其他用途也是可行的，例如無功功率管理、黑啟動(dòng)能力、類似于TSO目前計(jì)劃的 "電網(wǎng)助推器 "的用途，提供瞬時(shí)儲(chǔ)備。然而，在實(shí)踐中缺乏實(shí)施這些措施的監(jiān)管框架條件。
提供平衡能源的目的是平衡電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，保持50Hz的恒定頻率。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的反應(yīng)速度非常快，電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定可以在幾毫秒內(nèi)完成，而且非常精確可靠。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在這方面做得非常成功且部署速度快，這也直接導(dǎo)致近年來，特別是近幾個(gè)月來，F(xiàn)CR的價(jià)格不斷下降，最終用戶因電網(wǎng)費(fèi)用降低而受益。
實(shí)例/電池儲(chǔ)能的應(yīng)用實(shí)例
在實(shí)踐中，Kyon Energy 的儲(chǔ)能系統(tǒng)被用于多種用途--在日內(nèi)服務(wù)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，有時(shí)甚至同時(shí)服務(wù)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。下圖概述了一個(gè)示例日，在這種情況下，在頻率控制儲(chǔ)備（FCR 和aFRR）和日內(nèi)市場(chǎng)上進(jìn)行營銷。
隨著時(shí)間的推移，可以將各種價(jià)值收入流結(jié)合起來。必須考慮的前提是，德國的平衡電量目前是在前一天以4小時(shí)為單位拍賣的。電網(wǎng)運(yùn)營商向儲(chǔ)能運(yùn)營商支付預(yù)留控制儲(chǔ)備的價(jià)格。在二級(jí)控制儲(chǔ)備的情況下，還商定了一個(gè)為所提供的能源支付的價(jià)格。除前一天的拍賣外，還可在15分鐘區(qū)塊的日內(nèi)過程中提供二級(jí)控制儲(chǔ)備，但只對(duì)交付的控制能量進(jìn)行補(bǔ)償。
同樣重要的是，在單個(gè)4小時(shí)區(qū)塊內(nèi)，可以將幾種收益方案結(jié)合起來。例如，在實(shí)際操作中，通常會(huì)提供固定收益率，并將可用容量投放到日內(nèi)市場(chǎng)。同時(shí)銷售全脂回收率和盤中市場(chǎng)也是可行的，同時(shí)銷售所有三種收入流也是可行的。重要的是，儲(chǔ)能設(shè)施必須始終在允許的技術(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行，并且在儲(chǔ)能設(shè)施已經(jīng)完全清空的情況下，不得再出售電力（見下圖）。
德國電池儲(chǔ)能市場(chǎng)：現(xiàn)狀與增長需求
隨著可再生能源越來越多地并入電網(wǎng)，以及傳統(tǒng)發(fā)電廠的同時(shí)關(guān)閉，導(dǎo)致發(fā)電量與需求量之間的差距越來越大，德國的電池儲(chǔ)能市場(chǎng)非常活躍，增長勢(shì)頭強(qiáng)勁。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為電網(wǎng)穩(wěn)定和有效利用可再生能源的解決方案，正逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。盡管如此，其潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被挖掘出來。為了實(shí)現(xiàn)2030年80%的可再生能源和 2045 年 100% 的可再生能源的目標(biāo)
Fraunhofer ISE 預(yù)測(cè)到 2024儲(chǔ)能需求將增加到超過100GWh，到2030年將增加到180GWh，其中很大一部分將由電池儲(chǔ)能來滿足。2037/45 年電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃也認(rèn)為有必要擴(kuò)大儲(chǔ)能，將其作為進(jìn)一步發(fā)展電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分，不過該計(jì)劃的預(yù)測(cè)更為謹(jǐn)慎。到 2037 年，將有 23.7GWh的電池儲(chǔ)能空間，到2045 年將達(dá)到 54.5GWh。德國離這些數(shù)字還有很大差距。截至今天（2023 年 9 月）共1.3GWh的電池儲(chǔ)能容量在運(yùn)行。
3.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的其它積極作用
電網(wǎng)可維護(hù)性 - 這意味著什么？
“電網(wǎng)性能”是指電力系統(tǒng)或裝置對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性、高效性和可靠性做出積極貢獻(xiàn)的能力。與電網(wǎng)兼容的系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的要求和挑戰(zhàn)，并有助于優(yōu)化能源流。這一方面可以通過電網(wǎng)運(yùn)營商對(duì)系統(tǒng)的了解、規(guī)劃或可控性來實(shí)現(xiàn)，另一方面也可以通過促進(jìn)電網(wǎng)負(fù)荷的均衡來實(shí)現(xiàn)。
在可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)方面，“電網(wǎng)服務(wù)能力”是指系統(tǒng)幫助平滑發(fā)電和需求波動(dòng)、保持電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定、避免瓶頸和減少昂貴的電網(wǎng)擴(kuò)建需求的能力。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電網(wǎng)友好型使用
純粹支持電網(wǎng)使用的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以減少電網(wǎng)中的一些最大問題，從而降低總體電網(wǎng)成本。然而，目前的法律和監(jiān)管框架極大地限制了儲(chǔ)能系統(tǒng)的電網(wǎng)服務(wù)利用率和技術(shù)潛力。一方面由于沒有既定的重新調(diào)度補(bǔ)償法規(guī)，特別是對(duì)電池存儲(chǔ)運(yùn)營商而言，電網(wǎng)運(yùn)營商無法實(shí)施該流程；另一方面，由于電網(wǎng)運(yùn)營商本身不允許從儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)營中獲得任何收入，因此不允許擁有至少部分在市場(chǎng)上運(yùn)營的系統(tǒng)。因此，純粹為電網(wǎng)服務(wù)在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。因此，很大一部分電網(wǎng)服務(wù)，如無功功率管理、黑啟動(dòng)能力、作為電網(wǎng)運(yùn)行資源用于（"n-1"）運(yùn)行或瞬時(shí)儲(chǔ)備，仍將無法利用。
電網(wǎng)友好型應(yīng)用的挑戰(zhàn)
既然電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有更大的技術(shù)潛力，而且現(xiàn)在已經(jīng)可以接管更多的電網(wǎng)支持系統(tǒng)服務(wù)，為什么還要阻止它們呢？電網(wǎng)運(yùn)營商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了儲(chǔ)能系統(tǒng)的附加值，但在使用這些系統(tǒng)之前，仍有許多監(jiān)管和運(yùn)營方面的障礙需要克服。要以對(duì)電網(wǎng)友好的方式利用儲(chǔ)能系統(tǒng)，必須克服以下關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
1. 面向終端消費(fèi)者，制定儲(chǔ)能系統(tǒng)的建造補(bǔ)貼計(jì)劃。
2. 根據(jù) EnWG 第118(6)條的規(guī)定，電網(wǎng)費(fèi)豁免暫時(shí)僅限于2026年年中之前投入使用的儲(chǔ)能設(shè)施。
3.根據(jù) EnWG 第118(6) 節(jié)，電網(wǎng)費(fèi)豁免不適用于除電網(wǎng)利用外，發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能或工業(yè)商業(yè)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)模式的存儲(chǔ)設(shè)施。
4. 過長的并網(wǎng)申請(qǐng)和實(shí)施時(shí)間。
5.電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)的時(shí)間過長，電網(wǎng)并網(wǎng)容量的部分不可用，使得儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的無法充分發(fā)揮，因?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)是滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠、長期，滿載運(yùn)行，最大程度滿足最終消費(fèi)者/發(fā)電廠的調(diào)用需要。
解決方案：利用市場(chǎng)服務(wù)型儲(chǔ)能設(shè)施為電網(wǎng)服務(wù)
一種可行的解決方案是利用市場(chǎng)化的儲(chǔ)能設(shè)施為電網(wǎng)服務(wù)，這樣既能實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)收入潛力，又能為電網(wǎng)提供支持。例如，電網(wǎng)服務(wù)儲(chǔ)能設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營可由第三方進(jìn)行，并根據(jù)收費(fèi)規(guī)定出租給電網(wǎng)運(yùn)營商。必須進(jìn)行監(jiān)管改革，以確保因使用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)而節(jié)省的擁堵管理費(fèi)用對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營商的資產(chǎn)負(fù)債表產(chǎn)生積極影響。
為了克服電網(wǎng)運(yùn)營商缺乏利用儲(chǔ)能靈活性的激勵(lì)機(jī)制這一障礙，從長遠(yuǎn)來看，需要對(duì)激勵(lì)條例進(jìn)行調(diào)整。特別是，必須確保電網(wǎng)運(yùn)營商的資產(chǎn)負(fù)債表中反映出利用儲(chǔ)能設(shè)施進(jìn)行擁塞管理所節(jié)省的成本（例如，增加可再生能源滲透比例）。
激勵(lì)條例是一套非常靜態(tài)的規(guī)則，這意味著只有在長期內(nèi)才能對(duì)其進(jìn)行實(shí)際調(diào)整。此外，聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局和聯(lián)邦政府之間的權(quán)限重組目前正在進(jìn)行，這也是現(xiàn)行《激勵(lì)條例》將于2028年12月31日到期并被聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局的規(guī)范所取代的原因。目前的實(shí)際情況使得與激勵(lì)條例內(nèi)容相關(guān)的制定工作變得更加困難。為了在中期內(nèi)通過使用儲(chǔ)能來解決計(jì)劃中的電網(wǎng)容量阻塞問題，需要確定一個(gè)運(yùn)營概念，以確保電網(wǎng)友好型運(yùn)營，以及有關(guān)責(zé)任、成本、期限和收入不足補(bǔ)償?shù)姆梢?guī)定。
這種運(yùn)行概念可以作為“儲(chǔ)能并網(wǎng)條例”(SpeicherNAV)
"SpeicherNAV" 是 Kyon Energy 制定的一份概念文件，旨在快速實(shí)施透明、明確的法規(guī)，以促進(jìn)儲(chǔ)能設(shè)施的并網(wǎng)、市場(chǎng)和電網(wǎng)友好型應(yīng)用。
要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，成功的存儲(chǔ)凈增值需要考慮五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
1.應(yīng)用領(lǐng)域：
適用范圍應(yīng)包括所有儲(chǔ)能系統(tǒng)與供電電網(wǎng)的并網(wǎng)，電壓至少為10千伏（中壓電網(wǎng)及以上）。
2.優(yōu)先并網(wǎng)：
與可再生能源系統(tǒng)一樣，為系統(tǒng)提供服務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)也應(yīng)獲得加速和優(yōu)惠并網(wǎng)（類似于《2023 年歐洲能源條例》第 8 節(jié)），以便能夠盡快利用其潛力。
3.電網(wǎng)友好型運(yùn)行理念：
如果儲(chǔ)能設(shè)施享受SpeicherNAV的特權(quán)，其運(yùn)行模式也必須符合電網(wǎng)的需求。作為一種靈活和個(gè)性化的解決方案，可以理解為配電系統(tǒng)運(yùn)營商在連接過程中根據(jù)特定規(guī)則為儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行概念定義一定的指導(dǎo)原則，以便能夠使儲(chǔ)能系統(tǒng)的行為以最佳方式適應(yīng)個(gè)別電網(wǎng)情況。這將為電網(wǎng)運(yùn)營商提供必要的承諾，增加電網(wǎng)運(yùn)營商的電網(wǎng)運(yùn)行裕度。
4.操作概念的定義：
為了創(chuàng)建運(yùn)行概念，必須確定計(jì)劃中的儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)能力和限制，并由電網(wǎng)運(yùn)營商檢查并網(wǎng)點(diǎn)、輸電線、潮流和電網(wǎng)影響以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的預(yù)期使用范圍。然后，運(yùn)營概念將描述電網(wǎng)運(yùn)營商在以下方面的選擇方案：調(diào)整儲(chǔ)能設(shè)施在時(shí)間、供應(yīng)水平和饋入方向上的運(yùn)行，提前協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)段和周期，在有限時(shí)段內(nèi)自由處置儲(chǔ)能設(shè)施及禁止儲(chǔ)能設(shè)施運(yùn)營商在某些時(shí)段提供平衡能源。
5.公平分配成本：
該法規(guī)應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營商與電網(wǎng)運(yùn)營商之間的成本分擔(dān)做出明確規(guī)定，以確保儲(chǔ)能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性，并公平分配經(jīng)濟(jì)利益。如果儲(chǔ)能運(yùn)營商允許電網(wǎng)運(yùn)營商干擾儲(chǔ)能設(shè)施的運(yùn)行，則應(yīng)為限制儲(chǔ)能運(yùn)行而獲得相應(yīng)補(bǔ)償。該規(guī)定基本上可參照 EnWG 第 13a 節(jié)（重新調(diào)度措施）。經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償應(yīng)確保儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營商不會(huì)遭受任何經(jīng)濟(jì)損失，不會(huì)超過其在沒有運(yùn)行限制的情況下所遭受的損失。
結(jié)語
如果以對(duì)電網(wǎng)友好的方式使用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，它們就有可能承擔(dān)電網(wǎng)中重要的系統(tǒng)任務(wù)，減少電網(wǎng)中的一些最大挑戰(zhàn)，從而普遍降低電網(wǎng)成本?，F(xiàn)在必須創(chuàng)造適當(dāng)?shù)姆珊捅O(jiān)管框架條件，從而使整個(gè)經(jīng)濟(jì)、電網(wǎng)和社會(huì)受益。
