Du point de vue du système électrique dans son ensemble, le stockage d'énergie peut être divisé en trois scénarios principaux : le stockage côté production, le stockage côté transport et distribution, et le stockage côté utilisateur. Ces trois scénarios peuvent être divisés en deux catégories : la demande énergétique et la demande électrique. La demande énergétique nécessite généralement un temps de décharge important (par exemple, décalage temporel énergétique) et un temps de réponse court. En revanche, la demande électrique nécessite généralement une capacité de réponse rapide, mais son temps de décharge est généralement court (par exemple, FM du système).
En pratique, les technologies de stockage d'énergie doivent être analysées en fonction des besoins de différents scénarios afin de trouver la technologie la plus adaptée. Cet article se concentre sur l'analyse des trois principaux scénarios d'application du stockage d'énergie.
Côté production d'électricité
Du point de vue de la production, la centrale électrique est le point final de la demande de stockage d'énergie. En raison des différents impacts des différentes sources d'énergie sur le réseau, ainsi que de l'inadéquation dynamique entre production et consommation d'énergie due à l'imprévisibilité de la charge, la production d'électricité dispose de plusieurs types de scénarios de demande de stockage d'énergie, dont six types : décalage horaire, unité de capacité, suivi de charge, régulation de fréquence du système, capacité de secours et intégration des énergies renouvelables au réseau.
Changement de temps énergétique
Le décalage horaire de l'énergie consiste à écrêter les pointes et les creux de consommation grâce au stockage d'énergie. Autrement dit, la centrale charge la batterie pendant les heures creuses et restitue l'énergie stockée pendant les heures de pointe. De plus, le stockage de l'énergie éolienne et solaire issue de sources d'énergie renouvelables, puis son transfert vers d'autres périodes pour le raccordement au réseau, constitue également un décalage horaire de l'énergie.
Le décalage temporel de l'énergie est une application typique basée sur l'énergie, qui n'a pas d'exigences strictes en matière de temps de charge et de décharge, et les besoins en énergie pour la charge et la décharge sont relativement larges, mais en raison de la charge électrique de l'utilisateur et des caractéristiques de la production d'énergie renouvelable, la fréquence d'application du décalage temporel de l'énergie est relativement élevée, avec plus de 300 fois par an.
Unités de capacité
En raison des différences de consommation d'électricité selon les périodes, les centrales au charbon doivent assurer la capacité de pointe. Elles doivent donc réserver une certaine capacité de production pour la charge de pointe correspondante, ce qui empêche les centrales thermiques d'atteindre leur pleine capacité de production et affecte la rentabilité de leur exploitation. Le stockage d'énergie peut être chargé en période de faible charge électrique et déchargé en période de pointe afin de réduire les pics de charge.
L'effet de substitution du système de stockage d'énergie permet de libérer les unités de capacité de la centrale au charbon, améliorant ainsi le taux d'utilisation des centrales thermiques et leur rentabilité. Les unités de capacité appartiennent à des applications énergétiques classiques, qui ne sont pas soumises à des exigences strictes en matière de temps de charge et de décharge. Les besoins en énergie pour ces deux phases sont relativement importants. Cependant, la charge électrique de l'utilisateur et les caractéristiques de la production d'énergie renouvelable entraînent une fréquence relativement élevée de recours au décalage temporel de capacité, environ 200 fois par an.
Suivi de charge
Le suivi de charge est un service auxiliaire pour les charges à variation lente et continue, ajusté dynamiquement pour atteindre un équilibre en temps réel. Une charge continue à variation lente peut être subdivisée en charge de base et charge croissante selon le fonctionnement réel du générateur. Le suivi de charge s'applique principalement à la charge croissante. En ajustant la puissance de sortie, il permet de minimiser la vitesse de croissance des unités d'énergie traditionnelles, afin de faciliter la transition vers le niveau de programmation. Comparé aux unités de capacité, le suivi de charge impose des exigences plus élevées en termes de temps de réponse à la décharge, nécessitant un temps correspondant de l'ordre de la minute.
Régulation de fréquence du système
La régulation de fréquence est essentielle, car les variations de fréquence affectent le fonctionnement sûr et efficace ainsi que la durée de vie des équipements de production et de consommation d'électricité. Dans le système énergétique traditionnel, le déséquilibre énergétique temporaire du réseau est régulé par les unités traditionnelles (principalement thermiques et hydrauliques en Chine) en réponse au signal AGC. Cependant, avec l'intégration de nouvelles sources d'énergie au réseau, la volatilité et la stochasticité de l'éolien et de la lumière aggravent rapidement ce déséquilibre.
Les sources d'énergie traditionnelles (notamment l'énergie thermique) ne peuvent répondre à la nouvelle demande en raison de la lenteur de la modulation de fréquence, du retard de réponse aux instructions de programmation du réseau et de la survenue d'erreurs telles que la régulation inverse. En revanche, la vitesse de régulation de fréquence du stockage d'énergie (notamment électrochimique) permet une flexibilité des batteries entre les phases de charge et de décharge, ce qui en fait une excellente ressource de régulation de fréquence.
Capacité de veille
La capacité de secours désigne la réserve de puissance active réservée pour garantir la qualité de l'alimentation et le fonctionnement sûr et stable du système en cas d'urgence, ainsi que pour répondre à la demande de charge prévue. En règle générale, la capacité de secours doit être de 15 à 201 TP3T de la capacité d'alimentation normale du système, et sa valeur minimale doit être égale à la capacité de l'unité disposant de la plus grande capacité installée sur une seule machine du système.
Étant donné que la capacité de secours est destinée aux situations inattendues, la fréquence de fonctionnement annuelle générale est faible. Si la batterie est utilisée uniquement pour assurer le service de capacité de secours, l'économie ne peut pas être garantie. Il est donc nécessaire de la comparer au coût de la capacité de secours existante pour déterminer l'effet de substitution réel.
Connexion au réseau d'énergie renouvelable
En raison de l'énergie éolienne, du caractère aléatoire de la production d'énergie photovoltaïque et de ses caractéristiques intermittentes, sa qualité énergétique par rapport aux sources d'énergie traditionnelles est médiocre, en raison des fluctuations de la production d'énergie renouvelable (fluctuations de fréquence, fluctuations de sortie, etc.) de quelques secondes à quelques heures entre les applications de type puissance ainsi que les applications de type énergie, qui peuvent être généralement classées en trois types d'applications : décalage temporel de l'énergie renouvelable, durcissement de la capacité de production d'énergie renouvelable et lissage de la production d'énergie renouvelable.
Les applications peuvent être classées en trois catégories : le décalage horaire des énergies renouvelables, la gestion de la capacité des énergies renouvelables et le lissage de la production d'énergie renouvelable. Par exemple, pour résoudre le problème de la lumière perdue par la production d'énergie photovoltaïque, il est nécessaire de stocker l'énergie restante produite pendant la journée pour la décharger la nuit, ce qui relève du décalage horaire des énergies renouvelables. Quant à l'énergie éolienne, son imprévisibilité entraîne d'importantes fluctuations de la production, qui doivent être lissées, et est donc dominée par les applications énergétiques.
Côté transmission et distribution
L'application du stockage d'énergie du côté de la transmission et de la distribution vise principalement à atténuer les blocages de la transmission et de la distribution, à retarder l'expansion des équipements de transmission et de distribution et à soutenir la puissance réactive dans trois catégories. Par rapport à l'application du côté de la production, le côté de la transmission et de la distribution du type d'application est moindre, en même temps, du point de vue de l'effet, il s'agit davantage d'un effet de substitution.
Atténuation des blocages de transmission et de distribution
Une obstruction de ligne se produit lorsque la charge de la ligne dépasse sa capacité. Un système de stockage d'énergie est installé en amont de la ligne. En cas d'obstruction, l'énergie non fournie à l'équipement de stockage peut être stockée. Si la charge de la ligne est inférieure à sa capacité, le système de stockage d'énergie se décharge sur la ligne. Généralement, les systèmes de stockage d'énergie nécessitent un temps de décharge de l'ordre de l'heure, avec un nombre de fonctionnements compris entre 50 et 100. Pour les applications énergétiques, le temps de réponse est soumis à des exigences spécifiques, qui doivent être de l'ordre de la minute.
Reporter l'expansion des équipements de transmission et de distribution
La planification traditionnelle du réseau, ainsi que ses mises à niveau et extensions, sont coûteuses. Dans un système de transport et de distribution où la charge est proche de la capacité des équipements, si l'alimentation de la charge peut être satisfaite la majeure partie de l'année, et seulement à certaines périodes de l'année où sa propre capacité sera inférieure à la charge aux heures de pointe, le système de stockage d'énergie peut être utilisé pour améliorer efficacement la capacité de transport et de distribution du réseau grâce à une capacité installée réduite, ce qui permet de reporter le coût de nouvelles installations de transport et de distribution et de prolonger la durée de vie des équipements d'origine.
Par rapport à la réduction du blocage de la transmission et de la distribution, le report de l'expansion des équipements de transmission et de distribution fonctionne moins fréquemment et, compte tenu du vieillissement de la batterie, le coût variable réel est plus élevé, ce qui pose des exigences plus élevées en matière d'économie de la batterie.
Support de puissance réactive
Le support de puissance réactive consiste à réguler la tension de transport par injection ou absorption de puissance réactive sur les lignes de transport et de distribution. Une puissance réactive insuffisante ou excessive peut entraîner des fluctuations de tension sur le réseau, affectant la qualité de l'électricité et même épuiser les équipements consommateurs. Les batteries peuvent réguler la tension des lignes de transport et de distribution en ajustant l'intensité de la puissance réactive produite par celles-ci, grâce à des onduleurs dynamiques et des équipements de communication et de contrôle. Le support de puissance réactive est une application typique basée sur la puissance, avec un temps de décharge relativement court mais une fréquence de fonctionnement élevée.
Côté consommation d'électricité
La consommation d'électricité est le point final de l'utilisation de l'électricité, et l'utilisateur est le consommateur et l'usager de l'électricité. Les coûts et les revenus des activités de production, de transport et de distribution d'électricité sont exprimés sous forme de tarifs, qui sont convertis en coûts pour l'utilisateur. Le niveau des tarifs influence donc la demande de l'utilisateur.
Gestion des tarifs en fonction de l'heure d'utilisation
Le secteur de l'électricité divise 24 heures sur 24 en périodes de pointe, de creux et de creux, et fixe des tarifs différents pour chacune de ces périodes, appelés tarifs de partage du temps. La gestion tarifaire en fonction de l'heure de consommation est similaire au décalage horaire de l'énergie, à la différence que la gestion tarifaire en fonction de l'heure de consommation s'appuie sur le système de tarification en fonction de l'heure de consommation pour réguler la charge électrique, tandis que le décalage horaire de l'énergie s'appuie sur la courbe de charge pour réguler la production d'électricité.
Gestion des tarifs de capacité
La Chine a mis en place un système tarifaire en deux parties pour les grandes entreprises industrielles du secteur de l'électricité : le tarif au volume, facturé en fonction de la quantité réelle d'électricité produite lors des transactions, tandis que le tarif de capacité, principalement basé sur la valeur maximale de l'électricité consommée par le client, est basé sur la valeur maximale de l'électricité consommée. La gestion des charges de capacité consiste à réduire les charges de capacité en diminuant la consommation maximale d'électricité sans affecter la production normale. Les utilisateurs peuvent utiliser le système de stockage d'énergie pour stocker l'énergie en période de faible consommation et décharger les charges négatives en période de pointe, réduisant ainsi la charge globale et réduisant les charges de capacité.
Amélioration de la qualité de l'énergie
En raison de la nature variable de la charge du système électrique, de la non-linéarité de la charge des équipements et d'autres problèmes, l'utilisateur peut être confronté à des difficultés d'obtention de puissance en cas de variation de tension, de courant ou de fréquence, notamment lorsque la qualité de l'énergie est mauvaise. La régulation de fréquence du système et le soutien de la puissance réactive permettent d'améliorer la qualité de l'énergie, tant du côté de la production que du côté du transport et de la distribution. Côté utilisateur, les systèmes de stockage d'énergie peuvent également servir à atténuer les fluctuations de tension et de fréquence.
Par exemple, en utilisant le stockage d'énergie pour résoudre des problèmes tels que les hausses de tension, les creux et le scintillement dans les systèmes photovoltaïques distribués. L'amélioration de la qualité de l'énergie est une application typique basée sur l'énergie. Le marché spécifique de la décharge et la fréquence de fonctionnement varient selon les scénarios d'application réels, mais nécessitent généralement un temps de réponse de quelques millisecondes.
Améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique
Le stockage d'énergie est utilisé pour améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique des micro-réseaux. En cas de panne de courant, le stockage d'énergie peut fournir une réserve d'énergie à l'utilisateur final, évitant ainsi toute interruption de courant pendant la réparation du défaut et garantissant ainsi la fiabilité de l'alimentation. Les équipements de stockage d'énergie utilisés dans cette application doivent répondre à des exigences de qualité et de fiabilité élevées, et la longueur de décharge spécifique dépend principalement du lieu d'installation.
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