รายได้จากการควบคุมความถี่ BESS และการบริการเสริม

ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) มีการใช้งานมากขึ้นเพื่อจัดให้มีการควบคุมความถี่และบริการเสริมอื่นๆ แก่ผู้ให้บริการโครงข่ายไฟฟ้า โดยสร้างรายได้ที่เสริมหรือเสริมรายได้จากการเก็งกำไรด้านพลังงาน สำหรับนักพัฒนาโครงการและวิศวกร EPC การทำความเข้าใจว่าตลาดควบคุมความถี่ทำงานอย่างไร วิธีกำหนดขนาด BESS สำหรับบริการเหล่านี้ และเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใดที่เหมาะสมที่สุดถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้างโครงการจัดเก็บข้อมูลที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์

พื้นฐานการควบคุมความถี่กริด

ความถี่กริดเป็นตัวบ่งชี้ความสมดุลระหว่างการสร้างและโหลดในเครือข่าย AC แบบซิงโครนัสแบบเรียลไทม์ ในประเทศส่วนใหญ่ ความถี่กริดคือ 50 Hz (ยุโรป เอเชีย แอฟริกา ออสเตรเลีย) หรือ 60 Hz (อเมริกา) เมื่อการสร้างเกินโหลด ความถี่จะเพิ่มขึ้นเหนือค่าที่กำหนด เมื่อโหลดเกินรุ่น ความถี่จะลดลงต่ำกว่าค่าที่กำหนด

ผู้ปฏิบัติงานระบบจะรักษาความถี่ให้อยู่ในแถบความถี่ที่แน่นซึ่งกำหนดโดยรหัสกริด ในตารางซิงโครนัสของยุโรป (ENTSO-E) แถบความถี่สภาวะคงที่คือ 49.8-50.2 Hz โดยที่แถบความถี่ฉุกเฉินลงไปที่ 47.5 Hz ซึ่งจะทำให้การสร้างสะดุดโดยอัตโนมัติ ในโครงข่ายของสหรัฐอเมริกาที่ควบคุมโดย NERC ช่วงการควบคุมที่เทียบเคียงได้คือ 59.9-60.1 เฮิร์ตซ์ในระหว่างการทำงานปกติ

ในอดีต การควบคุมความถี่จัดทำโดยเครื่องกำเนิดความร้อนขนาดใหญ่ (กังหันไอน้ำหรือกังหันก๊าซ) ซึ่งทำงานโดยใช้กำลังสำรองแบบปั่นหมาด เมื่อความจุความร้อนเลิกใช้และการแทรกซึมของพลังงานทดแทนแบบแปรผัน (VRE) เพิ่มขึ้น ลักษณะการตอบสนองความเฉื่อยและความถี่ของกริดจะเปลี่ยนไปโดยพื้นฐาน BESS สามารถตอบสนองต่อค่าเบี่ยงเบนความถี่ในหน่วยมิลลิวินาที ซึ่งเร็วกว่าเครื่องกำเนิดความร้อนอย่างมาก (ซึ่งต้องใช้เวลา 5-30 วินาทีในการเปลี่ยนความเร็ว) ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่ต้องการสำหรับการควบคุมความถี่ในกริด VRE สูง

การตอบสนองความถี่ระดับประถมศึกษา มัธยมศึกษา และอุดมศึกษา

รหัสกริดและตลาดบริการเสริมจะแยกแยะความแตกต่างระหว่างการตอบสนองความถี่หลายชั้น โดยแต่ละชั้นมีข้อกำหนดด้านเวลาตอบสนองและโครงสร้างตลาดที่แตกต่างกัน:

บริการ	ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม	เวลาตอบสนอง	ระยะเวลา	กลไก
การตอบสนองความถี่หลัก (PFR)	FFR (การตอบสนองความถี่ที่รวดเร็ว), FCR (การสำรองความถี่)	<2 วินาที	15–30 วินาที	การตอบสนองการตกต่ำอัตโนมัติไม่มีคำสั่งการจัดส่ง
การตอบสนองความถี่ทุติยภูมิ	FRR (สำรองการฟื้นฟูความถี่), AGC (US)	30 วินาที – 15 นาที	15–60 นาที	AGC ส่งสัญญาณจากผู้ปฏิบัติงานระบบ
การตอบสนองความถี่ระดับอุดมศึกษา	RR (สำรองสำรอง), สำรองสมดุล	15–60 นาที	ชั่วโมง	การจัดส่งด้วยตนเอง เข้ามาแทนที่กำลังสำรองรอง

BESS มีการแข่งขันมากที่สุดในตลาดตอบสนองความถี่หลัก (FFR, FCR) เนื่องจากความสามารถในการตอบสนองในเสี้ยววินาที ในตลาดเช่น GB (บริการบรรจุแบบไดนามิกของ National Grid ESO) และทวีปยุโรป (ตลาด ENTSO-E FCR) โครงการ BESS จะได้รับค่าตอบแทนด้านกำลังการผลิต (ปอนด์/เมกะวัตต์/ชั่วโมง หรือ ยูโร/เมกะวัตต์/ชั่วโมง) สำหรับการดำเนินการตอบสนองต่อการเบี่ยงเบนความถี่ โดยไม่คำนึงว่าการตอบสนองจะถูกกระตุ้นจริงหรือไม่

การตอบสนองความถี่ทุติยภูมิ (การส่ง AGC) ยังเหมาะกับ BESS เช่นกัน แต่ต้องใช้ความจุพลังงานที่เพียงพอเพื่อรักษาการตอบสนองไว้ได้นานถึง 60 นาที ซึ่งช่วยขับเคลื่อนอัตราส่วนพลังงานต่อพลังงานที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้งาน PFR บริสุทธิ์

BESS ให้การควบคุมความถี่อย่างไร

BESS ที่ให้การตอบสนองความถี่หลักทำงานโดยอัตโนมัติโดยใช้อัลกอริธึมการควบคุมการตกต่ำที่ฝังอยู่ในตัวควบคุมระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) และตัวควบคุมระบบแปลงพลังงาน (PCS):

P_response = P_rated × (f_deviation / deadband) × droop_setting

ที่ไหน:

P_การตอบกลับ = การฉีดหรือการดูดซับกำลังแอคทีฟ (MW)
P_rated = BESS rated power (MW)
f_deviation = ความถี่ที่วัดได้ลบความถี่ที่กำหนด (Hz)
deadband = ความถี่เดดแบนด์ (โดยทั่วไป ±0.015-0.05 Hz)
droop_setting = ความไวในการตอบสนอง (โดยทั่วไปจะลดลง 4-5%)

การตั้งค่าการตกต่ำ 4% หมายความว่า BESS จะส่งออกกำลังไฟพิกัด 100% เมื่อความถี่เบี่ยงเบนไป 4% จากค่าที่กำหนด (เช่น 2 Hz บนระบบ 50 Hz) ในทางปฏิบัติ การตอบสนองแบบเต็มจะถูกกระตุ้นก่อนหน้านี้ที่เกณฑ์การควบคุมความถี่ที่ระบุโดยโค้ดกริดที่เกี่ยวข้อง

การจัดการสถานะการชาร์จ (SoC) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมความถี่ BESS ที่ให้การตอบสนองแบบสมมาตร (ทั้งการฉีดและการดูดซึม) จะต้องรักษา SoC ให้อยู่ใกล้ 50% เพื่อให้มีพื้นที่ว่างในทั้งสองทิศทาง ตัวควบคุม BESS สมัยใหม่ใช้อัลกอริธึมการกู้คืน SoC ซึ่งจะคืนแบตเตอรี่อย่างช้าๆ เพื่อกำหนดเป้าหมาย SoC ระหว่างเหตุการณ์ความถี่โดยไม่ละเมิดข้อผูกมัดในการตอบสนองโค้ดกริด

การกำหนดขนาด BESS สำหรับการควบคุมความถี่

การกำหนดขนาด BESS สำหรับการควบคุมความถี่ต้องคำนึงถึงความสามารถด้านพลังงานที่สมดุล (MW) ความจุพลังงาน (MWh) และอายุการใช้งานของวงจร:

การปรับขนาดกำลัง

โดยทั่วไปการมีส่วนร่วมในตลาดจะต้องมีข้อผูกพันด้านพลังงานขั้นต่ำตั้งแต่ 1 MW (UK Dynamic Containment) ถึง 5-10 MW (ตลาดคำสั่งซื้อ FERC 755) การกำหนดขนาดกำลังขับเคลื่อนโดยความจุตามสัญญาเป้าหมายและภาระผูกพันในการตอบสนอง

Energy Sizing

ความจุพลังงาน (MWh) ต้องเพียงพอต่อการรักษาการตอบสนองที่กำลังไฟพิกัดตามระยะเวลาที่กำหนด สำหรับ PFR ที่มีการตอบสนองต่อเนื่อง 15 วินาที BESS 10 MW ต้องใช้:

พลังงาน = กำลัง × ระยะเวลา = 10 MW × (15/3600) ชั่วโมง = ขั้นต่ำ 0.042 MWh

ในทางปฏิบัติ ระบบ 10 MW / 10 MWh (1C) เป็นเรื่องปกติสำหรับแอปพลิเคชันการตอบสนอง PFR + รองแบบรวม บางครั้งแอปพลิเคชัน Pure PFR จะใช้การกำหนดค่า 0.25C (10 MW / 2.5 MWh) แต่จะจำกัดความสามารถในการรักษาการตอบสนองระหว่างการรบกวนของกริดที่ยืดเยื้อ

Cycle Life Consideration

การควบคุมความถี่เป็นการใช้งานที่มีรอบสูง BESS ที่ให้บริการ AGC อาจหมุนเวียน 2-6 ครั้งต่อวัน แนะนำให้ใช้เคมี LFP (ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) เนื่องจาก:

อายุการใช้งานของวงจรที่กำหนดคือ 6,000-10,000 รอบที่ความลึก 80% ของการปล่อย
ความจุลดลงต่อรอบเมื่อเทียบกับ NMC ที่อัตรา C ที่เท่ากัน
เสถียรภาพทางความร้อนที่สูงขึ้นช่วยลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยในการทำงานรอบสูง
เซลล์ CATL, BYD และ Pylontech LFP ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการควบคุมความถี่ระดับสาธารณูปโภค

รายได้จากบริการเสริม

รายได้จากการควบคุมความถี่และบริการเสริมจะแตกต่างกันไปตามตลาด ราคาเคลียร์ตัวแทนในตลาดหลัก:

ตลาด/บริการ	Country	Typical Price Range	Payment Basis
การบรรจุแบบไดนามิก (DC)	สหราชอาณาจักร	£6–£25/MW/hr	Capacity (MW committed)
FCR (สำรองการควบคุมความถี่)	ENTSO-E	€5–€30/MW/hr	Capacity (MW committed)
RegD / RegA (PJM)	สหรัฐอเมริกา	$5–$40/เมกะวัตต์/ชม	ความจุ + ประสิทธิภาพ
FCAS (ระเบียบ FCAS)	ออสเตรเลีย (NEM)	8–80 ดอลลาร์ออสเตรเลีย/เมกะวัตต์/ชม	ความจุ + การเปิดใช้งาน
FFR (การตอบสนองความถี่ที่รวดเร็ว)	นอร์ดิก/เซาท์อีสต์	€8–€35/เมกะวัตต์/ชม	Capacity (MW committed)

สำหรับโครงการ BESS ขนาด 20 เมกะวัตต์ที่มุ่งมั่นในการควบคุมแบบไดนามิกในสหราชอาณาจักรในราคาเคลียร์ริ่งเฉลี่ยแบบอนุรักษ์นิยมที่ 10 ปอนด์/เมกะวัตต์/ชั่วโมง มากกว่า 7,000 ชั่วโมงต่อปี (สมมติว่ามีความพร้อมใช้งาน 80%):

รายได้ต่อปี = 20 MW × 10 ปอนด์/MW/ชม × 7,000 ชม. = 1,400,000 ปอนด์/ปี

เมื่อรวมกับรายได้จากการเก็งกำไรด้านพลังงาน (โดยทั่วไป 150,000-400,000 ปอนด์ต่อปีสำหรับโครงการ 20 MW/40 MWh ในสหราชอาณาจักร) รายได้รวมต่อปีอาจสูงถึง 1.6-1.8 ล้านปอนด์ ซึ่งสนับสนุนเศรษฐศาสตร์โครงการด้วยต้นทุนการติดตั้ง 350-500 ปอนด์/kWh สำหรับระบบ LFP

การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ในบริการควบคุมความถี่

แอปพลิเคชันควบคุมความถี่รอบสูงจะเร่งความจุของแบตเตอรี่ให้จางลง เมื่อเทียบกับการหมุนเวียนเก็งกำไรรายวัน กลไกการย่อยสลายที่สำคัญได้แก่:

ความเครียดจากการปั่นจักรยานแบบไมโคร: รอบการชาร์จ/การคายประจุเล็กน้อยอย่างต่อเนื่อง (ลักษณะของการควบคุมความถี่) ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพต่อรอบเต็มเทียบเท่า (EFC) มากกว่ารอบการชาร์จที่ลึกและไม่บ่อยนักในสูตร LFP บางสูตร
อายุปฏิทิน: โดยไม่คำนึงถึงการปั่นจักรยาน เซลล์ LFP จะสูญเสียความสามารถประมาณ 1-2% ต่อปีที่อุณหภูมิสูง การจัดการระบายความร้อน (เป้าหมาย HVAC 25°C ± 5°C) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการมีอายุยืนยาว
ช่วงสถานะการชาร์จ: การทำงานระหว่าง SoC 20-80% (แทนที่จะเป็น 0-100%) ช่วยยืดอายุการใช้งานของวงจรได้อย่างมาก สำหรับ BESS ที่มุ่งมั่นที่จะตอบสนองความถี่แบบสมมาตร การรักษา SoC ให้ใกล้เคียง 50% ถือเป็นทั้งความจำเป็นในการปฏิบัติงานและเป็นประโยชน์ต่อการมีอายุยืนยาว

นักพัฒนาควรสร้างแบบจำลองการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่โดยใช้เส้นโค้งอายุการใช้งานที่ผู้ผลิตจัดเตรียมไว้ให้ (เช่น เส้นโค้งการย่อยสลาย CATL TENER) และรวมข้อกำหนดเพิ่มเติมในสัญญา O&M เพื่อรักษาพลังงานตามสัญญาและความสามารถด้านพลังงานตลอดอายุของโครงการ

รหัสกริดและข้อกำหนดการปฏิบัติตามข้อกำหนด

โครงการ BESS ที่มีการควบคุมความถี่จะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดรหัสกริดที่เกี่ยวข้องสำหรับการจัดเก็บพลังงานที่เชื่อมต่อกับกริด มาตรฐานและหลักปฏิบัติที่สำคัญได้แก่:

รหัสเครือข่าย ENTSO-E ตามข้อกำหนดสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (RfG): ใช้กับการจัดเก็บในเขตอำนาจศาลของสหภาพยุโรปบางแห่ง ข้อกำหนดเดดแบนด์การตอบสนองความถี่ การตกต่ำ และอัตราทางลาด
IEC 62933-2-1: ระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า – พารามิเตอร์หน่วยและวิธีการทดสอบ
อีอีอี 1547-2018: มาตรฐานของสหรัฐอเมริกาสำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายแหล่งพลังงานแบบกระจาย รวมถึงข้อกำหนดการตอบสนองความถี่
คำแนะนำทางวิศวกรรมของสหราชอาณาจักร G99: ข้อกำหนดสำหรับการสร้างและการจัดเก็บที่เชื่อมต่อที่ HV ที่เกี่ยวข้องกับโครงการควบคุมความถี่ของสหราชอาณาจักร
คำสั่ง FERC 841 (สหรัฐอเมริกา): ต้องใช้ ISO/RTO เพื่อขจัดอุปสรรคในการมีส่วนร่วมในตลาด BESS ช่วยให้ BESS สามารถนำเสนอพลังงาน กำลังการผลิต และบริการเสริมได้

การเลือกอุปกรณ์ BESS สำหรับบริการเสริม

การกำหนดค่า BESS ที่เหมาะสมสำหรับการควบคุมความถี่ประกอบด้วย PCS ที่ตอบสนองรวดเร็ว, BMS ที่แข็งแกร่ง และเซลล์ LFP วงจรสูง เมื่อจัดหา BESS ผ่านช่องทางเช่น Econo Solar ให้ระบุ:

เวลาตอบสนองของพีซี: การส่งพลังงานเต็มภายใน 100-500ms ของทริกเกอร์ความถี่ (ขึ้นอยู่กับโค้ดกริด) Sungrow, Huawei, SMA และ GoodWe นำเสนอหน่วย PCS ที่มีการตอบสนองต่ำกว่า 100 มิลลิวินาที สำหรับการใช้งานด้านการควบคุมความถี่
อัลกอริธึมการจัดการ SoC: ยืนยันว่า BMS รวมการฟื้นฟู SoC อัตโนมัติและการบูรณาการสัญญาณตลาด
การรับประกันวงจรชีวิต: ขั้นต่ำ 6,000 รอบที่ 80% DoD โดยมีกำลังการผลิตไม่เกิน 20% สำหรับ LFP CATL และ BYD ต่างเสนอการรับประกันวงจรชีวิตแบบธนาคารสำหรับเซลล์ LFP ระดับยูทิลิตี้
การตรวจสอบระยะไกล: การสื่อสารที่เข้ากันได้กับ SCADA (IEC 61850 หรือ Modbus TCP) สำหรับการรวมการจัดส่งของผู้ปฏิบัติงานระบบ
รูปแบบคอนเทนเนอร์: BESS แบบคอนเทนเนอร์ที่รวมไว้ล่วงหน้า (เช่น Sungrow PowerTitan 2.0, Huawei SmartString ESS) ช่วยลดเวลาการติดตั้งและความเสี่ยงในการทดสอบการใช้งานสำหรับโครงการควบคุมความถี่

Econo Solar จัดหาโซลูชัน BESS จาก Sungrow, GoodWe และผู้ผลิตชั้นนำของจีนอื่นๆ ในคอนเทนเนอร์สำหรับโครงการควบคุมความถี่และบริการเสริมทั่วโลก ติดต่อทีมจัดซื้อ BESS ของเราผ่านทางเรา หน้าสอบถามข้อมูลโครงการ เพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดและราคาสำหรับโครงการของคุณ

คำถามที่พบบ่อย: การควบคุมความถี่ BESS

BESS สามารถให้การควบคุมความถี่และการเก็งกำไรด้านพลังงานพร้อมกันได้หรือไม่?

ใช่ แต่ด้วยการแลกเปลี่ยน โครงการ BESS จำนวนมากรวบรวมแหล่งรายได้ที่หลากหลายโดยการจัดสรรพลังงานและความสามารถด้านพลังงานส่วนหนึ่งให้กับการควบคุมความถี่ และส่วนที่เหลือเพื่อการเก็งกำไร วิธีการ "ซ้อนบริการ" นี้ต้องใช้ซอฟต์แวร์การจัดการพลังงานที่ซับซ้อนซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพ SoC ระหว่างบริการของคู่แข่ง เมื่อมุ่งมั่นที่จะตลาดการควบคุมความถี่ BESS จะต้องรักษากำลังการผลิตที่มีอยู่ (ช่องว่าง) สำหรับภาระผูกพันตามสัญญา ซึ่งจะจำกัดว่าจะดำเนินการเก็งกำไรในเชิงรุกเพียงใด แพลตฟอร์มการจัดการแบตเตอรี่จาก Fluence, Tesla Autobidder หรือระบบการจัดส่งของผู้ปฏิบัติงานระบบเอง รองรับการเพิ่มประสิทธิภาพหลายบริการนี้

BESS ใช้เวลานานเท่าใดในการตอบสนองต่อเหตุการณ์ความถี่?

BESS ระดับกริดที่ใช้ PCS สมัยใหม่ (ระบบแปลงพลังงาน) สามารถจ่ายพลังงานที่ได้รับการจัดอันดับใน 100-500 มิลลิวินาทีจากการตรวจจับทริกเกอร์ความถี่ ซึ่งเปรียบเทียบกับ 5-30 วินาทีสำหรับการตอบสนองสำรองการหมุนของกังหันก๊าซแบบธรรมดา เวลาตอบสนองที่รวดเร็วคือสาเหตุที่ BESS เป็นที่ต้องการมากขึ้นสำหรับบริการ Dynamic Containment และ Fast Frequency Response โดยทั่วไปรหัสกริดสำหรับบริการเหล่านี้ต้องการการตอบสนองภายใน 0.5-2 วินาที ซึ่งระบบ BESS ระดับยูทิลิตี้สมัยใหม่ทั้งหมดจะบรรลุผลได้อย่างสะดวกสบาย

อายุโครงการโดยทั่วไปสำหรับโครงการควบคุมความถี่ BESS เป็นเท่าใด

Most BESS projects are designed for a 10-15 year project life with a planned battery augmentation or replacement mid-life. การปรับปรุงเทคโนโลยีแบตเตอรี่และการกำหนดราคาหมายความว่าเซลล์ทดแทนในปีที่ 10-12 มีแนวโน้มที่จะมีราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงน้อยกว่าตอนเริ่มโครงการถึง 40-60% ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความประหยัดของโครงการโดยรวม สำหรับระบบ LFP ที่ใช้ในการบริการควบคุมความถี่ ความจุจะลดลงเหลือ 80% ของความจุพิกัด โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่ 6,000-10,000 รอบ ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานและคุณภาพการจัดการระบายความร้อน