As unidades de energia térmica, como principal recurso de regulação de frequência que fornece serviços auxiliares de AGC (Automatic Guided Vehicle), sofrem de várias desvantagens: longo tempo de resposta (normalmente na faixa de dezenas de segundos); taxa de regulação lenta (a taxa de regulação padrão (MWmin) para unidades termelétricas não excede 3% da potência nominal); e baixa precisão de regulação (o desvio permitido para unidades de energia térmica é de 1% da potência nominal).
No entanto, empregandosistemas de armazenamento de energia de bateriaem conjunto com unidades de energia térmica para responder aos comandos AGC podem aproveitar totalmente as vantagens dos sistemas de armazenamento de energia: curto tempo de resposta (<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.
Os princípios básicos e o processo de regulação combinada de frequência de armazenamento térmico e de energia:
1) Eletricamente, as unidades de armazenamento de energia e de energia térmica podem operar em paralelo na extremidade da conexão à rede, trabalhando juntas para rastrear comandos de despacho AGC, melhorando significativamente o desempenho geral da regulação;
2) Sem alterar o controle AGC original da unidade de energia térmica, construa o comando de saída do sistema de armazenamento de energia com base na diferença entre o comando AGC e a saída-em tempo real da unidade de energia térmica e compense a lacuna de demanda de energia causada pela diferença, utilizando as características de controle de energia rápidas e precisas do sistema de armazenamento de energia.
3) À medida que a saída da unidade térmica responde ao comando AGC e se aproxima dele, a saída do sistema de armazenamento de energia é retirada em conformidade até que a unidade térmica finalmente assuma a saída do comando AGC. Pode-se observar que o tempo de operação de alta-potência do sistema de armazenamento de energia durante um único ajuste de AGC é da ordem de 1 a 2 minutos.
Como pode ser visto no processo acima, a potência máxima de saída do BESS é a diferença entre o comando AGC e a saída de corrente da unidade de energia térmica. O requisito de desempenho enfatiza a regulação-de alta potência, rápida e precisa, enquanto o requisito de capacidade é limitado, tornando-o um aplicativo BESS típico-de potência. Embora a capacidade e a potência do BESS possam teoricamente ser configuradas de forma otimizada com base na frequência da rede e nas características de flutuação do sinal de erro de controle na região, considerando de forma abrangente o impacto das flutuações de carga, os princípios de despacho AGC da rede e otimizando os benefícios econômicos, a maioria dos processos de projeto atuais são baseados na análise e nos dados estatísticos dos comandos AGC anteriores da unidade, esforçando-se para rastrear completamente mais de 90% dos comandos de despacho AGC e, durante a operação, para manter o SOC da bateria em torno de 50%.
Além disso, com base no requisito técnico de que a taxa máxima de alteração de energia da unidade de energia térmica seja de 3%P por minuto, e como as alterações de comando do AGC ocorrem principalmente em um ciclo de minuto-a{2}}minuto, configurar um sistema de armazenamento de energia 2C a 3% da potência nominal P da unidade de energia térmica é mais razoável.
O princípio básico é mostrado na figura.
Em sistemas combinados de energia térmica e armazenamento de energia, os métodos de conexão à rede BESS (Boiler Energy Storage System) geralmente se enquadram em duas categorias: uma utiliza a capacidade excedente do transformador auxiliar da planta existente e o conecta à saída do gerador através de um amplificador de tensão secundário;
o outro configura um transformador elevador-independente para conectar diretamente o sistema de armazenamento de energia à saída do gerador. Ambos os métodos de conexão exigem atenção à capacidade de curto-circuito-da linha e às variações harmônicas para garantir a operação segura das unidades de energia térmica, transformadores principais, atuadores de caldeiras e sistemas auxiliares existentes. Atualmente, o esquema de ligação do transformador auxiliar da planta é mais comum.
Em relação aos sistemas de comunicação e controle, tanto a RTU (Unidade de Controle Remoto) quanto o DCS (Sistema de Controle Distribuído) devem ser modificados adequadamente, conforme mostrado na Figura.
As atualizações técnicas e funções básicas do equipamento incluem:
A RTU (Unidade Regional) adicionará um pacote de medição de energia BESS (Balanced Energy Storage System), que será mesclado com os valores de medição de saída do gerador e transmitido ao centro de despacho da rede elétrica como base para avaliação AGC (Controle Automático de Ganho). Um novo canal de comunicação com o BESS será estabelecido para alocar comandos AGC e, conforme necessário, transmitir as informações de saída e status do sistema combinado de energia térmica e armazenamento de energia para o BESS para avaliação preliminar do índice de desempenho K da regulação AGC e análise de benefícios localmente.
O DCS (Sistema de Controle Distribuído) estabelecerá um novo canal de comunicação com o BESS para transmitir comandos AGC, feedback de saída do gerador, indicadores de carga real do gerador, feedback de ativação do AGC do gerador, sinalizadores de ação de regulação de frequência primária do gerador, limites de saída do gerador e limites de taxa de regulação do gerador.
O BESS, com base nos comandos AGC e na saída{0}}em tempo real da unidade geradora, combinado com o SOC da bateria do sistema de armazenamento de energia, constrói comandos de energia para o sistema de armazenamento de energia para obter controle e regulação rápidos de energia, conforme mostrado na figura.
Imagem: Controlador AGC Auxiliar BESS
Em um sistema combinado de regulação de frequência de armazenamento térmico e de energia, o sistema de armazenamento de energia consiste principalmente em um contêiner de transformador-elevador PCS+, um contêiner de bateria, um contêiner de acesso de alta-tensão e um contêiner de monitoramento local. Entre eles, o contêiner do transformador-elevador PCS+ abriga a unidade principal em anel, o transformador-elevador e o PCS. Ele é conectado ao recipiente da bateria no lado CC e, no lado CA, é conectado em paralelo com o sistema de armazenamento de energia adjacente antes de ser conectado ao transformador de serviço da planta através de um gabinete de distribuição central.
Na implementação específica do projeto, os detalhes do projeto e modificação podem variar, mas todos devem aderir ao princípio de minimizar o impacto nas unidades de energia térmica originais e não devem representar quaisquer riscos de segurança para a operação normal do DCS e das unidades.
Com requisitos cada vez mais rigorosos para a qualidade da energia, especialmente o rápido aumento na capacidade das fontes de energia renováveis, como a energia eólica e solar, a rede elétrica tem uma demanda crescente por recursos de regulação de frequência de alta-qualidade. No entanto, ajustes frequentes de AGC (Controle Automático de Ganho) em grande-escala por unidades de energia térmica podem impactar negativamente o equipamento e prejudicar a operação estável. Além disso, o retrofit de emissões ultra-limita ainda mais a taxa de regulação das unidades de energia térmica, reduzindo o índice de desempenho de regulação K. Portanto, sistemas integrados de regulação de frequência de energia térmica e armazenamento de energia oferecem benefícios técnicos diretos e vantagens econômicas substanciais.
Tomando como exemplo um projeto integrado de energia térmica e armazenamento de energia no noroeste da China, antes da adição do armazenamento de energia, o índice de desempenho K da regulação AGC de unidades de energia térmica independentes variou de 1,97 a 2,62. Depois de adicionar armazenamento de energia, o sistema integrado de energia térmica e armazenamento de energia melhorou este valor para 4,95 a 5,91; o custo de compensação também aumentou de menos de 10.000 yuans/dia para quase 110.000 yuans/dia.
Contudo, durante períodos de carga relativamente estável, a procura da rede por recursos de regulação de frequência tem um limite máximo e o espaço de mercado para esta aplicação será rapidamente reduzido. Devido à adoção de uma regra de "soma{1}}zero" e à influência de políticas e mecanismos de distribuição de juros relacionados, a receita do projeto, especialmente a dos proprietários de sistemas de armazenamento de energia, está sujeita a certas incertezas.