中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：采用數(shù)GWh公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以在太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的上午10點(diǎn)至下午3點(diǎn)之間的“鴨子曲線(xiàn)”期間彌補(bǔ)電力缺口，這聽(tīng)起來(lái)似乎是全球和美國(guó)各大公用事業(yè)公司的發(fā)展遠(yuǎn)景，但總部在卡羅萊納州杜克能源公司已經(jīng)提前進(jìn)入這樣的未來(lái)。
例如，主要服務(wù)于北卡羅來(lái)納州和南卡羅萊納州東部客戶(hù)的杜克能源發(fā)展公司（DEP），在2017年管理著高達(dá)106GWh的過(guò)剩能源，這些主要來(lái)自北卡羅萊納州大量的公用事業(yè)規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施。當(dāng)凈需求負(fù)荷低于最低可靠運(yùn)行極限（LROL）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“過(guò)剩能量”。這往往發(fā)生在一天中太陽(yáng)能發(fā)電量最大的時(shí)期，即上午10點(diǎn)到下午3點(diǎn)之間，如圖所示。
平衡管理機(jī)構(gòu)（BA）負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)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(jī)組能夠可靠地滿(mǎn)足峰值需求、預(yù)期凈需求增長(zhǎng)率和備用需求，以調(diào)節(jié)頻率，并支持應(yīng)急應(yīng)用條件。
最低可靠運(yùn)行極限（LROL）是保持所需發(fā)電機(jī)組在線(xiàn)所需的最小功率水平。此外，公用事業(yè)公司受私人電力協(xié)議的約束，并保證“接受”條款。在“采取”條款和美國(guó)能源監(jiān)管委員會(huì)（NERC）強(qiáng)制執(zhí)行的可靠性要求之間有兩方面的問(wèn)題：（1）維持足夠的本地監(jiān)管儲(chǔ)備來(lái)管理間歇性和凈需求增長(zhǎng)；（2）管理多余的能源，這并不是簡(jiǎn)單，需要在大型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施中打開(kāi)或關(guān)閉重合斷路器或關(guān)閉天氣電發(fā)電機(jī)組。
此外，需要將多余的可再生能源輸送到某個(gè)地方。杜克能源發(fā)展公司（DEP）的輸電運(yùn)營(yíng)工程師Kat Sico表示，“當(dāng)資源可用時(shí)，可以通過(guò)減少發(fā)電機(jī)或通過(guò)聯(lián)合調(diào)度動(dòng)態(tài)計(jì)劃輸出來(lái)管理多余的能源。這種能源可以為杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）的零售負(fù)載提供服務(wù)，也可以為裝機(jī)容量為2100MW的抽水蓄能設(shè)施提供能源?！?
該動(dòng)態(tài)時(shí)間表已根據(jù)聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）實(shí)施，其中允許杜克能源發(fā)展公司（DEP）和杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）共享“非固定”能源，以經(jīng)濟(jì)方式滿(mǎn)足客戶(hù)的能源需求。由于太陽(yáng)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(zhuǎn)移到杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）的多余能量來(lái)自其他發(fā)電資源。杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）主要服務(wù)于北卡羅來(lái)納州和南卡羅來(lái)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(lái)納州公司（DEC）正在當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)抽水蓄能設(shè)施。
如圖所示，抽水蓄能發(fā)電的概念很簡(jiǎn)單。利用上游水庫(kù)和下游水庫(kù)兩個(gè)水庫(kù)，采用兩用渦輪機(jī)構(gòu)成抽水蓄電設(shè)施。當(dāng)多余的電能輸送到泵房時(shí)，大型電機(jī)驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，將下游水庫(kù)的水泵送到上游水庫(kù)，從而存儲(chǔ)潛在的能量供日后使用。當(dāng)需要獲取存儲(chǔ)的能量時(shí)，這個(gè)過(guò)程就會(huì)逆轉(zhuǎn)，水流就會(huì)驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
圖中顯示了杜克能源公司的兩個(gè)抽水蓄能設(shè)施的位置和布局。其中較大和較新的一個(gè)設(shè)施是1991年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的Bad Creek抽水蓄能發(fā)電設(shè)施。其附近的Jocasee水電站于1975年建成，并作為一個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目運(yùn)行，近年來(lái)更換升級(jí)了更強(qiáng)大的渦輪機(jī)。這兩個(gè)地點(diǎn)的可用儲(chǔ)能量大大超過(guò)了美國(guó)公用事業(yè)規(guī)模電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的總裝機(jī)容量，預(yù)計(jì)2018年的裝機(jī)容量約為750MW。
使其系統(tǒng)工作的關(guān)鍵是電力傳輸系統(tǒng)，彌合了位于杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）的抽水蓄能電站山區(qū)遠(yuǎn)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(fù)載和發(fā)電位置以及聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）之間遠(yuǎn)距離的缺陷。這兩個(gè)平衡管理機(jī)構(gòu)（BA）傳輸和共享“非固定”能源能力的結(jié)合使得有可能將卡羅萊納州東半部的數(shù)千兆瓦的太陽(yáng)能容量連接起來(lái)，并采用抽水蓄能設(shè)施有助于防止可再生能源的削減，同時(shí)允許杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）平衡機(jī)構(gòu)提供可靠的電力服務(wù)，并保持符合美國(guó)能源監(jiān)管委員會(huì)（NERC）可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
然而，聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）是一種戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)、增量成本的能源傳輸工具，它依賴(lài)于每小時(shí)可用的“非固定”可變速的輸電。平衡管理機(jī)構(gòu)（BA）之間的所有電力傳輸都是靈活的，并且由于輸電系統(tǒng)的限制而受到限制。由于聯(lián)合調(diào)度動(dòng)態(tài)調(diào)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)?？赡芸s小。依靠聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）來(lái)管理運(yùn)行中過(guò)剩的能源將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)并非設(shè)計(jì)為管理必須使用太陽(yáng)能提供的運(yùn)行中過(guò)剩能源的長(zhǎng)期解決方案。
此外，杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）繼續(xù)作為獨(dú)立的平衡管理部門(mén)和公用事業(yè)部門(mén)運(yùn)作，并按照北卡羅來(lái)納州公用事業(yè)委員會(huì)的指示，各自負(fù)責(zé)各自的獨(dú)立資源規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)。無(wú)論當(dāng)前的過(guò)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(lái)納州公司（DEC的抽水蓄能發(fā)電來(lái)緩解杜克能源發(fā)展公司（DEP）面臨的運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)。因此，除了確保維持額外的本地調(diào)節(jié)儲(chǔ)備以管理變化性和急劇的凈需求增長(zhǎng)外，杜克能源發(fā)展公司（DEP）的系統(tǒng)當(dāng)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(shí)，運(yùn)行人員必須準(zhǔn)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(chǎn)，然后減少自己的太陽(yáng)能發(fā)電量，最后再削減第三方太陽(yáng)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(gè)最苛刻的“鴨子曲線(xiàn)”，將會(huì)變得越來(lái)越苛刻。Kat Sico警告稱(chēng)，“隨著杜克能源卡羅來(lái)納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的裝機(jī)容量在2025年達(dá)到7,000MW，過(guò)剩能源的管理將需要更靈活的資源以及替代儲(chǔ)能系統(tǒng)?！?
可以肯定的是，當(dāng)2025年到來(lái)時(shí)，輸配電系統(tǒng)將會(huì)提供更大的儲(chǔ)能解決方案份額。
