Системы хранения возобновляемой энергии развернуты в четырех основных точках сети: рядом с источниками генерации, внутри сетей передачи, на распределительных подстанциях и за счетчиками потребителей. Каждое место служит различным целям в зависимости от требований к сети, экономических факторов и потребностей интеграции возобновляемых источников энергии.
Grid-Масштабное развертывание на площадках генерации
Самый простой подход к развертыванию предполагает размещение систем хранения возобновляемой энергии непосредственно на генерирующих объектах. Эта стратегия совместного-размещения становится все более популярной: в 2024 году на ее долю придется 40 % новых развертываний аккумуляторов по сравнению с почти 50 % в 2023 году.
В этой категории доминируют проекты солнечной энергии-плюс-хранилищ. Проект Gemini Solar в Неваде, который вступил в полную эксплуатацию в июле 2024 года, объединяет солнечную ферму мощностью 690 МВт с аккумуляторной системой мощностью 380 МВт/1416 МВтч. Эта конфигурация улавливает избыточную генерацию солнечной энергии в часы пиковой производительности и распределяет ее во время вечернего пика спроса, когда солнечная выработка падает.
Совместное-расположение дает ряд преимуществ. Затраты на установку снижаются на 10–15 %, когда хранилище разделяет инфраструктуру с генерирующими объектами, включая трансформаторы, присоединения к сетям и аренду земли. Что еще более важно, эта установка сводит к минимуму потери при передаче, поскольку энергия не перемещается на большие расстояния перед сохранением.
Однако географические ограничения имеют значение. Ветровые электростанции в отдаленных районах с большими ресурсами, но ограниченной пропускной способностью, больше всего выигрывают от хранения электроэнергии на-площадке. В 2024 году в Техасе были развернуты новые батареи мощностью 6,4 ГВт, причем многие из них были установлены на ветряных электростанциях в Западном Техасе, где из-за перегрузок линий электропередачи исторически сокращалась 5-8% ветрогенерации.
К 2024 году в США было добавлено более 9,2 ГВт новых аккумуляторных батарей, из них 3,2 ГВт — в гибридных системах,-в основном солнечных-плюс-конфигурациях хранения. Эти цифры подчеркивают растущее признание того, что системы хранения возобновляемой энергии работают лучше всего, когда они развернуты там, где происходит генерация.
Интеграция сети передачи данных
Развертывание систем хранения возобновляемой энергии в сетях передачи решает другую задачу: перемещение электроэнергии из регионов с богатыми генерирующими ресурсами-в центры спроса без строительства новых дорогостоящих линий электропередачи.
Немецкий проект Netzbooster (Grid Booster) демонстрирует этот подход. Аккумуляторная система мощностью 250 МВт в Купферцелле, завершение которой запланировано на 2025 год, расположена в крупном сетевом узле. Он накапливает избыточную энергию ветра из северной Германии и высвобождает ее, когда промышленные объекты на юге нуждаются в электроэнергии, эффективно увеличивая пропускную способность на 20-30% без добавления проводов.
На долю Калифорнии и Техаса приходится 61% развертываний систем хранения данных на уровне передачи-в США. На территории CAISO в Калифорнии в стратегических точках сети работают накопители мощностью 6 ГВт, помогая управлять огромным притоком солнечной энергии в пустыне, которая должна достигать прибрежных городов. Австралия планирует аналогичные проекты: система мощностью 300 МВт возле Виктории предназначена для распределения электроэнергии между штатами, максимизируя эффективность существующей инфраструктуры передачи.
Экономическое обоснование использования систем хранения возобновляемой энергии на уровне передачи-увеличивается в районах с высокой перегрузкой сети. Когда мощность линий электропередачи достигает предела, коммунальные предприятия либо сокращают производство энергии из возобновляемых источников, либо платят производителям за отключение-оба дорогостоящих варианта. Хранение в узких местах позволяет улавливать энергию, которая в противном случае-растрачивается впустую.
Эти установки требуют тщательного планирования. Операторы сетей, такие как CAISO и ERCOT (Техас), должны координировать распределение ресурсов хранения с потоками передачи данных в-режиме реального времени. Проекты обычно варьируются от 100 до 500 МВт, достаточно большие, чтобы существенно повлиять на региональные потоки электроэнергии, но размер которых соответствует конкретным ограничениям по передаче электроэнергии.
Развертывание распределительной системы и подстанции
В дальнейшем системы хранения возобновляемой энергии на распределительных подстанциях и вдоль распределительных линий удовлетворяют потребности местных сетей. Мощность этих установок редко превышает 50 МВт, но они играют жизненно важную роль в стабильности и надежности энергосистемы.
Хранилище на уровне распределения- учитывает колебания напряжения, вызванные переменным производством энергии из возобновляемых источников. Когда солнечная батарея на крыше внезапно отключается во время пролетающего облака, накопитель может подавать энергию в течение миллисекунд для поддержания стабильности напряжения. Это приложение привело к развертыванию в регионах с высокой степенью проникновения солнечной энергии, особенно в Калифорнии и Гавайях.
Сглаживание пиков представляет собой еще один вариант использования распределения. В жаркие летние дни, когда нагрузка на кондиционеры резко возрастает, распределительные трансформаторы могут перегружаться. Запасы, взимаемые в часы вне-пиковой нагрузки, могут пополнить запасы в эти 3–4-часовые периоды пиковой нагрузки, откладывая дорогостоящую модернизацию трансформатора. С 2023 года коммунальные предприятия в Аризоне и Техасе развернули более 500 МВт таких систем.
Электростанция Мосс-Лендинг в Калифорнии, хотя и имеет огромную мощность в 750 МВт, демонстрирует преимущества распределения в масштабе. Расположенная недалеко от крупного городского центра, она напрямую поступает в местные распределительные сети, избегая перегрузок при передаче, которые затрагивают более отдаленные объекты.
Инвестиции в системы хранения возобновляемой энергии на уровне распределения-ускоряются. Цель Нью-Йорка по накоплению энергии в 6 ГВт к 2030 году явно нацелена на распределительные приложения, при этом 1500 МВт выделено для коммерческих и общественных-систем, которые подключаются на уровнях распределительного напряжения.
За--сайтами клиентов счетчиков
Четвертая категория развертывания размещает системы хранения возобновляемой энергии на-жилых, коммерческих или промышленных объектах клиентов. Эти системы за--счетчиками (BTM) работают в первую очередь для выгоды клиентов, а не для поддержки сети, хотя они все чаще служат обеим целям.
В Калифорнии после изменения политики NEM 3.0 в 2024 году резко возрос объем накопления энергии в жилых домах. В первом-квартале мощность установок в жилых домах достигла 250 МВт, а уровень подключений (хранилищ в сочетании с солнечной энергией) достиг 46 %. Домовладельцы устанавливают хранилище, чтобы максимизировать собственное-потребление солнечной энергии на крыше и поддерживать резервное питание во время отключений, частота которых участилась из-за отключений, связанных с лесными пожарами-.
Коммерческое и промышленное внедрение направлено на снижение затрат на электроэнергию. Плата за потребление-плата в зависимости от потребления пиковой мощности-может составлять 30-50 % от счета за электроэнергию объекта. Разгружая хранилища в периоды пиковой нагрузки, предприятия существенно сокращают эти расходы. Центры обработки данных и телекоммуникационные объекты особенно восприняли этот подход: несколько крупных операторов перешли на системы литий-ионных аккумуляторов в качестве основного резервного источника питания.
Промышленные объекты, где-производят возобновляемую энергию на своих объектах, больше всего выигрывают от систем хранения возобновляемой энергии BTM. Производственные предприятия с солнечными батареями на крыше или небольшими ветряными турбинами используют системы хранения для сглаживания колебаний производства и обеспечения стабильной мощности для чувствительного оборудования. С 2018 года более 200 промышленных парков в китайской провинции Цзянсу установили системы хранения-за-метрами.
Только в сегменте распределенного хранения было установлено 238 МВт/510 МВтч только в Q2 2024. По прогнозам компании Wood Mackenzie, в период с 2024 по 2028 г.-2028 году будут вырабатываться 12 ГВт жилых хранилищ и 2,5 ГВт коммерческих установок. Эти системы-за счетчиком все чаще участвуют в программах сетевых услуг, позволяя коммунальным предприятиям объединять множество небольших систем в «виртуальные электростанции», которые обеспечивают поддержку сети во время чрезвычайных ситуаций.
Факторы принятия решения о развертывании
Несколько факторов определяют оптимальные места размещения систем хранения возобновляемой энергии. Понимание этого помогает разработчикам, коммунальным предприятиям и операторам сетей принимать обоснованные решения о размещении.
Затраты на подключение к сети: Развертывания на уровне-измерителя и распределения- позволяют избежать дорогостоящей платы за подключение к сети, с которой сталкиваются проекты на уровне передачи-. Система коммунального-масштаба может потратить 50-150 долларов США за кВт на инфраструктуру межсетевых соединений, в то время как установки за-счетчиками используют существующие подключения клиентов.
Потоки доходов: Местоположение определяет доступные возможности получения дохода. Хранилища на уровне передачи- могут иметь доступ к оптовым рынкам энергии, платежам за мощность и вспомогательным услугам. Системы уровня распределения-получают доход за счет отсрочки модернизации коммунальной инфраструктуры. Установки за--счетчиками приносят пользу в первую очередь за счет экономии счетов клиентов, хотя агрегированные программы все чаще приносят доход от сетевых услуг.
Требования ко времени ответа: Разные местоположения сетки требуют разной скорости реакции. Системы хранения возобновляемой энергии на уровне передачи-могут заряжаться и разряжаться в течение 4-часовых циклов в соответствии с региональными моделями предложения-спроса. Хранилище уровня распределения- должно реагировать за секунды на колебания напряжения. Коммерческие системы, работающие за-за счетчиком, обычно следуют предсказуемому ежедневному графику, связанному с работой объекта.
Политическая и нормативная среда: Государственная политика сильно влияет на структуру развертывания. Требования к хранению данных в Калифорнии стимулировали-масштабное строительство-компаний, в то время как в Нью-Йорке акцент на отказоустойчивости отдавал предпочтение распределению и системам,-расположенным у клиентов. Дерегулированный рынок Техаса поощрял проекты уровня коммерческой передачи-, реагирующие на ценовые сигналы. К 2024 году в Калифорнии было 12,5 ГВт установленной мощности хранения по сравнению с 8 ГВт в Техасе, несмотря на то, что Техас обгонял Калифорнию по количеству новых ежегодных установок.
Наличие земли и стоимость: Для хранения электроэнергии и хранения электроэнергии-потребуются значительные площади. Для аккумуляторных систем требуется примерно 1 акр на 10-20 МВт плюс буферные зоны безопасности. Проекты на уровне городского распределения-часто перепрофилируют существующие коммунальные объекты или заброшенные объекты. Например, проект Moss Landing расположен на территории бывшего газового завода. При развертывании-за счетчиком используется собственность клиента, избегая отдельного приобретения земли.
Потребности локальной сети: Операторы сети определяют конкретные места, где хранение обеспечивает максимальную ценность. Исследование CAISO 2024 года выявило 40+ точки ограничения передачи, где системы хранения возобновляемой энергии могут отложить модернизацию передачи на 2 миллиарда долларов. Такое целевое развертывание обеспечивает более высокую отдачу, чем стандартные установки в районах без ограничений.
Новые шаблоны развертывания
Последние тенденции показывают, что стратегии развертывания развиваются на основе усовершенствований технологий и опыта рынка. Продолжительность,-как долго аккумулятор может разряжаться на полную мощность-теперь зависит от местоположения, а системы разработаны с учетом местных потребностей.
Установки в Техасе работают в среднем 1,7 часа, что соответствует резким вечерним пикам спроса в штате. Системы Калифорнии в среднем работают около 4 часов, что отражает более длительные периоды вечернего спроса после прекращения выработки солнечной энергии. В Латинской Америке появляются проекты со средней продолжительностью 4,2 часа, нацеленные на более широкие приложения по интеграции возобновляемых источников энергии.
Размеры проектов быстро масштабируются. К Q3 2024 разработчики начали строительство новых аккумуляторов мощностью 14,2 ГВт, при этом на 2025 год запланировано 140 проектов мощностью более 1 ГВтч-26. Тридцать проектов превышают 2 ГВтч,-что эквивалентно системам мощностью 500 МВт, работающим в течение 4 часов. Эти масштабные установки, немыслимые пять лет назад, оправдывают необходимость выделенных линий электропередачи и исследований по интеграции энергосистемы для конкретных объектов.
Перепрофилирование существующей инфраструктуры представляет собой еще одну новую модель. Коммунальные предприятия преобразуют вышедшие из эксплуатации заводы, работающие на ископаемом топливе, в системы хранения возобновляемой энергии, используя существующие сетевые подключения, землю и разрешения. FirstLight Power планирует заменить свою пиковую электростанцию в Коннектикуте на батареи к 2025 году. Нью-Йорк предложил аналогичные преобразования для нескольких пиковых электростанций, работающих на ископаемом топливе, желательно к 2030 году.
Глобальный объем запланированных проектов до 2030 года в настоящее время превышает 1 ТВтч запланированных проектов, что в тысячу раз превышает уровень 2021 года. Новые регионы, такие как Центральная и Восточная Европа, Саудовская Аравия и Чили, развивают рынки мощности и программы закупок, специально разработанные для стимулирования развертывания систем хранения данных.
Практические соображения по выбору места
Разработчики, оценивающие конкретные места развертывания, должны учитывать несколько практических факторов, выходящих за рамки-стратегии высокого уровня. Эти детали часто определяют жизнеспособность проекта.
Разрешения и зонирование: Местные правила существенно различаются. В некоторых юрисдикциях аккумуляторные батареи классифицируются как промышленное оборудование, требующее тщательной экологической экспертизы. Другие относятся к нему как к преобразователям с упрощенными разрешениями. После нескольких инцидентов 2023 года в Нью-Йорке были созданы специальные стандарты пожарной безопасности для хранения энергии, потребовавшие дополнительного защитного оборудования и сбоев. В некоторых населенных пунктах жилые системы за--метром сталкиваются с ограничениями ассоциаций домовладельцев, хотя во многих штатах приняты законы, ограничивающие такие ограничения.
Доступность сайта: Установкам уровня передачи и распределения-нужен доступ для обслуживания и экстренного реагирования. На объектах требуются всепогодные дороги, по которым могут выдерживаться грузовики с оборудованием грузоподъемностью 40-тонн. При развертывании за-метром в городских районах могут возникнуть проблемы с погрузочной платформой или лифтом для доставки оборудования.
Условия окружающей среды: Экстремальные температуры влияют на производительность и срок службы аккумулятора. Системы в жарком климате, например в Аризоне, требуют надежных систем охлаждения, что увеличивает стоимость проекта на 5-10 %. В холодном климате необходимы системы отопления. Прибрежные установки сталкиваются с проблемами коррозии из-за солевого тумана. Риск наводнений имеет значение: ураганы повредили несколько объектов на побережье Мексиканского залива, что привело к новым требованиям к высоте.
Очередь межсетевого соединения: Даже при идеальном расположении исследования и утверждения межсетевых соединений занимают 18-36 месяцев для проектов уровня передачи-. В США имеется портфель проектов мощностью от 519 ГВт (2 квартал 2024 г.) до 601 ГВт (3 квартал 2024 г.), но многие из них сталкиваются с задержками в очереди. Проекты на уровне распространения-движутся быстрее, обычно это занимает 6-12 месяцев. Жилые объекты, расположенные за счетчиком, могут быть соединены между собой за несколько недель.
Принятие сообщества: Крупные системы хранения возобновляемой энергии в некоторых районах сталкиваются с сопротивлением местного населения из-за проблем пожарной безопасности, визуального воздействия или шума от систем охлаждения. Помогают раннее вовлечение сообщества и прозрачные протоколы безопасности. Проекты, подчеркивающие местные преимущества-надежность сети, снижение затрат на электроэнергию, интеграцию возобновляемых источников энергии-обычно сталкиваются с меньшими препятствиями.
Когда эти практические факторы совпадают со стратегическими обоснованиями развертывания, проекты реализуются гладко. Когда они конфликтуют, разработчики должны либо изменить дизайн, либо переехать, независимо от теоретических преимуществ.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между развертыванием хранилища спереди-за--метром и за-за-метром?
Передняя---метровая система хранения возобновляемой энергии подключается непосредственно к коммунальной сети на генерирующих площадках, линиях электропередачи или распределительных подстанциях. Они обслуживают потребности всей сети-и участвуют в оптовых рынках. Системы за--счетчиками, устанавливаемые на территории клиента, в основном удовлетворяют его потребности в энергии, хотя они также могут предоставлять сетевые услуги посредством программ агрегирования. Ключевым различием является право собственности и основное назначение.-Коммунальные предприятия или независимые операторы владеют-объектами--счетчиков для получения преимуществ от сети, в то время как клиенты владеют-системами счетчиков-для собственного-потребления и экономии средств.
Как продолжительность хранения влияет на выбор места развертывания?
Системы с более коротким-продолжительностью (1-2 часа) лучше всего работают на распределительных подстанциях для поддержки напряжения и на участках за--метром для управления расходами. Системы средней-продолжительности (2–4 часа) подходят для генерирующих станций и сетей электропередачи для переноса пиковой выработки солнечной энергии на вечернюю потребность. Хранение более длительного срока (4-8+ часов) предназначено для устранения узких мест при передаче и участия на оптовом рынке, где длительная разгрузка охватывает несколько ценовых циклов. 4-часовые системы Калифорнии отражают политические требования к вечернему освещению, а 1,7-часовые системы Техаса соответствуют рыночным возможностям.
Можно ли перемещать системы хранения возобновляемой энергии после первоначального развертывания?
Технически возможно, но экономически непрактично для систем общего-масштаба. Контейнеры для батарей являются модульными и транспортабельными, но соединение с сетью представляет собой самый дорогостоящий и-отнимающий больше всего времени элемент. После подключения к инфраструктуре передачи или распределения со специальными трансформаторами и защитным оборудованием переезд будет дублировать эти расходы. Коммерческие системы за--метром иногда перемещаются при переезде предприятий, но большинство установок остаются постоянными. Договоры аренды для коммунальных-масштабных проектов обычно заключаются на 15–30 лет.
Какую роль местные цены на электроэнергию играют в решениях о развертывании?
Крайне важно для развертываний за--метром, где хранилище определяет структуру розничных тарифов. Коэффициенты-использования-с большой разницей в пиковую и вне-пиковую часы (Калифорния, Гавайи) делают хранение данных очень выгодным. Фиксированные ставки обеспечивают минимальную арбитражную стоимость. Плата за спрос создает сильные стимулы для коммерческих установок снижать пиковое потребление. Для-перед-систем-счетчиков волатильность оптовых цен имеет большее значение.-Рынок ERCOT в Техасе демонстрирует высокие колебания цен, которые вознаграждают за хранение, в то время как рынки со стабильными ценами предоставляют меньше возможностей. Некоторые застройщики на самом деле ищут места с высокими-ценами-волатильностью, а не просто районы с высокими-ценами.
Ответ зависит от ваших конкретных обстоятельств и энергетических целей. Оптимальное развертывание сочетает в себе технические возможности, экономические возможности и потребности сети для создания систем, которые принесут пользу как владельцам, так и всей электроэнергетической инфраструктуре. Понимание того, где системы хранения возобновляемой энергии вписываются в сложную сетевую экосистему, помогает заинтересованным сторонам принимать решения, которые максимизируют ценность, одновременно поддерживая переход к экологически чистой энергии.