Le unità di potenza termica, in quanto risorsa primaria di regolazione della frequenza che fornisce servizi ausiliari AGC (Automatic Guided Vehicle), soffrono di numerosi inconvenienti: tempi di risposta lunghi (tipicamente nell'ordine delle decine di secondi); velocità di regolazione lenta (la velocità di regolazione standard (MWmin) per le unità termiche non supera il 3% della potenza nominale); e scarsa precisione di regolazione (lo scostamento consentito per le centraline termiche è pari all'1% della potenza nominale).
Tuttavia, impiegandosistemi di accumulo dell’energia a batteriain abbinamento alle centrali termiche per rispondere ai comandi AGC è possibile sfruttare appieno i vantaggi dei sistemi di accumulo energetico: tempi di risposta brevi (<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.
I principi di base e il processo di regolazione della frequenza combinata di accumulo termico ed energetico:
1) Dal punto di vista elettrico, le unità di accumulo dell'energia e quelle di produzione termica possono funzionare in parallelo all'estremità della connessione alla rete, lavorando insieme per tracciare i comandi di dispacciamento AGC, migliorando così notevolmente le prestazioni di regolazione complessive;
2) Senza modificare il controllo AGC originale dell'unità di potenza termica, costruire il comando di uscita del sistema di accumulo dell'energia in base alla differenza tra il comando AGC e l'uscita in tempo reale-dell'unità di potenza termica e compensare il divario nella domanda di energia causato dalla differenza utilizzando le caratteristiche di controllo della potenza rapide e precise del sistema di accumulo di energia.
3) Quando l'uscita della centrale termica risponde al comando AGC e si avvicina ad esso, l'uscita del sistema di accumulo dell'energia viene ritirata di conseguenza finché la centrale termica non assume finalmente l'uscita del comando AGC. Si può notare che il tempo di funzionamento ad alta-potenza del sistema di accumulo dell'energia durante una singola regolazione AGC è dell'ordine di 1-2 minuti.
Come si può vedere dal processo sopra, la potenza massima di uscita del BESS è la differenza tra il comando AGC e la potenza attuale della centrale termica. Il requisito di prestazioni enfatizza l'elevata-potenza, la regolazione rapida e precisa, mentre il requisito di capacità è limitato, rendendola una tipica applicazione BESS di-tipo di potenza. Sebbene la capacità e la potenza del BESS possano teoricamente essere configurate in modo ottimale in base alla frequenza di rete e alle caratteristiche di fluttuazione del segnale di errore di controllo nella regione, considerando in modo esaustivo l'impatto delle fluttuazioni del carico, i principi di dispacciamento AGC di rete e ottimizzando i vantaggi economici, la maggior parte dei processi di progettazione attuali si basano sull'analisi e sui dati statistici dei precedenti comandi AGC dell'unità, cercando di tracciare completamente più del 90% dei comandi di dispacciamento AGC e, durante il funzionamento, di mantenere il SOC della batteria intorno a 50%.
Inoltre, in base al requisito tecnico secondo cui il tasso massimo di variazione di potenza dell'unità di potenza termica è pari al 3% P al minuto e poiché le modifiche del comando AGC avvengono per lo più su un ciclo minuto-per-minuto, è più ragionevole configurare un sistema di accumulo di energia 2C al 3% della potenza nominale P dell'unità di potenza termica.
Il principio di base è mostrato nella figura.
Nei sistemi combinati di potenza termica e accumulo di energia, le modalità di connessione alla rete BESS (Boiler Energy Storage System) rientrano generalmente in due categorie: una utilizza la capacità in eccesso del trasformatore ausiliario dell'impianto esistente e lo collega all'uscita del generatore tramite un survoltore secondario;
l'altro configura un trasformatore elevatore-indipendente per collegare direttamente il sistema di accumulo dell'energia alla presa del generatore. Entrambi i metodi di connessione richiedono attenzione alla capacità di cortocircuito-della linea e alle variazioni armoniche per garantire il funzionamento sicuro delle unità di potenza termica esistenti, dei trasformatori principali, degli attuatori della caldaia e dei sistemi ausiliari. Attualmente, lo schema di collegamento del trasformatore ausiliario dell'impianto è più comune.
Per quanto riguarda i sistemi di comunicazione e controllo, sia la RTU (Remote Control Unit) che il DCS (Distributed Control System) dovrebbero essere modificati di conseguenza, come mostrato in Figura.
Gli aggiornamenti tecnici e le funzioni di base dell'apparecchiatura includono:
La RTU (unità regionale) aggiungerà un pacchetto di misurazione della potenza BESS (Balanced Energy Storage System), che sarà unito ai valori di misurazione della potenza del generatore e trasmesso al centro di smistamento della rete elettrica come base per la valutazione AGC (Automatic Gain Control). Verrà stabilito un nuovo canale di comunicazione con il BESS per assegnare i comandi AGC e, se necessario, trasmettere le informazioni sull'uscita e sullo stato del sistema combinato di potenza termica ed accumulo di energia al BESS per la valutazione preliminare dell'indice di prestazione della regolazione AGC K e l'analisi dei benefici a livello locale.
Il DCS (sistema di controllo distribuito) stabilirà un nuovo canale di comunicazione con il BESS per trasmettere comandi AGC, feedback di uscita del generatore, indicatori di carico effettivo del generatore, feedback di attivazione AGC del generatore, flag di azione di regolazione della frequenza primaria del generatore, limiti di uscita del generatore e limiti di velocità di regolazione del generatore.
BESS, sulla base dei comandi AGC e dell'output in tempo reale- dell'unità del generatore, combinato con il SOC della batteria del sistema di accumulo dell'energia, costruisce comandi di potenza per il sistema di accumulo dell'energia per ottenere un rapido controllo e regolazione della potenza, come mostrato nella figura.
Immagine: controller AGC ausiliario BESS
In un sistema combinato di regolazione della frequenza di accumulo termico ed energetico, il sistema di accumulo dell'energia è costituito principalmente da un contenitore del trasformatore elevatore PCS+-, un contenitore della batteria, un contenitore di accesso all'alta-tensione e un contenitore di monitoraggio locale. Tra questi, il contenitore del trasformatore step-up PCS+ ospita l'unità principale dell'anello, il trasformatore step-up e il PCS. Sul lato DC è collegato al contenitore della batteria, sul lato AC è collegato in parallelo con l'adiacente sistema di accumulo dell'energia prima di essere collegato al trasformatore di servizio dell'impianto tramite un quadro elettrico centrale.
Nell'implementazione specifica del progetto, i dettagli della progettazione e della modifica possono variare, ma tutti devono aderire al principio di minimizzare l'impatto sulle unità di potenza termica originali e non devono comportare rischi per la sicurezza del normale funzionamento del DCS e delle unità.
Con requisiti sempre più rigorosi per la qualità dell'energia, in particolare il rapido aumento della capacità delle fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica e solare, la rete elettrica ha una domanda crescente di risorse di regolazione della frequenza di alta-qualità. Tuttavia, le frequenti regolazioni-su larga scala dell'AGC (controllo automatico del guadagno) da parte delle unità di potenza termica possono avere un impatto negativo sulle apparecchiature e ostacolare un funzionamento stabile. Inoltre, il retrofitting a bassissime emissioni- limita ulteriormente il tasso di regolazione delle unità di potenza termica, riducendo l'indice di prestazione di regolazione K. Pertanto, i sistemi integrati di regolazione della frequenza di potenza termica e accumulo di energia offrono vantaggi tecnici diretti e sostanziali vantaggi economici.
Prendendo come esempio un progetto integrato di energia termica e accumulo di energia nella Cina nordoccidentale, prima dell’aggiunta dello stoccaggio di energia, l’indice di prestazione della regolamentazione AGC K delle unità di potenza termica indipendenti variava da 1,97 a 2,62. Dopo aver aggiunto l'accumulo di energia, il sistema integrato di potenza termica e accumulo di energia ha migliorato questo valore da 4,95 a 5,91; anche il costo del risarcimento è aumentato da meno di 10.000 yuan al giorno a quasi 110.000 yuan al giorno.
Tuttavia, durante i periodi di carico relativamente stabile, la domanda della rete per le risorse di regolazione della frequenza ha un limite superiore e lo spazio di mercato per questa applicazione verrà rapidamente ridotto. A causa dell'adozione della regola della "somma- zero" e dell'influenza delle politiche e dei relativi meccanismi di distribuzione degli interessi, le entrate del progetto, in particolare quelle dei proprietari dei sistemi di stoccaggio dell'energia, sono soggette ad alcune incertezze.