SANDIA REPORT

CAPÍTULO 1. SERVIÇOS E BENEFÍCIOS DE ARMAZENAGEM DE ELETRICIDADE

O que é armazenamento de energia? O armazenamento de energia medeia entre fontes variáveis ​​e cargas variáveis.  O armazenamento de energia é usado para melhorar o desempenho do sistema de transmissão compensando anomalias e distúrbios elétricos, como queda de tensão, tensão instável e ressonância sub-síncrona. O resultado é um sistema mais estável, sem armazenamento, a geração de energia deve ser igual ao consumo de energia.Este Manual inclui a descrição e detalhes técnicos específicos de 18 serviços e aplicativos em cinco grupos especiais:

Bulk Energy Services

Electric Energy Time-shift (Arbitrage)

O deslocamento do tempo da energia elétrica envolve a compra de energia elétrica barata, para carregar o sistema de armazenamento quando o preço ou os custos forem altos. Tanto o custo operacional variável de armazenamento (não relacionado à energia) quanto a eficiência de armazenamento são especialmente importantes para esse serviço. Qualquer aumento no custo operacional variável ou redução da eficiência reduz o número de transações para as quais o benefício excede o custo. Duas características de desempenho que têm um impacto significativo no custo operacional da variável de armazenamento são a eficiência de ida e volta do sistema de armazenamento e a taxa na qual o desempenho do armazenamento diminui à medida que é usado.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento Faixa de tamanho: 1 - 500 MW

Intervalo de duração da descarga alvo: <1 hora

Ciclos mínimos / ano: 250 +

Electric Supply Capacity

O perfil operacional para armazenamento usado como capacidade de fornecimento é específico do local, logo , é um desafio fazer generalizações sobre a duração da descarga de armazenamento para este serviço. Outro critério-chave é o modo como a capacidade de geração é precificada. Por exemplo, se a capacidade for precificada por hora, a duração da estação de armazenamento será flexível. Se os preços exigirem que o recurso de capacidade esteja disponível por um período específico para cada ocorrência (por exemplo, cinco horas) ou exijam operação durante todo um período de tempo (por exemplo, das 12:00 às 17:00), a descarga da unidade de armazenamento A duração deve acomodar esses requisitos.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento Faixa de tamanho: 1 - 500 MW

Intervalo de duração da descarga alvo: 2 - 6 horas

Ciclos mínimos / ano: 5 – 100

Ancillary Services 

Regulation 

A regulamentação é um dos serviços auxiliares para os quais o armazenamento é especialmente adequado. A regulamentação envolve o gerenciamento de fluxos de intercâmbio com outras áreas de controle para corresponder de perto aos fluxos de intercâmbio programados e variações momentâneas de demanda na área de controle. Os principais motivos para incluir a regulamentação no sistema de energia são manter a frequência da rede e cumprir as normas de desempenho de controle de balanceamento de energia real do Conselho de Confiabilidade Elétrica da América do Norte (NERC) (BAL001) e de controle de perturbação (BAL002). A regulação é usada para reconciliar diferenças momentâneas causadas por flutuação na geração e nas cargas e para amortecer essa diferença.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento faixa de tamanho: 10 – 40 MW

Faixa de Duração de Descarga do Alvo: 15 minutos a 60 minutos

Ciclos Mínimos / Anos: 250 – 10.000

Spinning, Non-Spinning, and Supplemental Reserves 

Este Manual discute três tipos genéricos de reserva para ilustrar a função de armazenamento neste serviço:

• Spinning Reserve (Synchronized)  - Capacidade de geração on-line, mas descarregada, que pode responder dentro de 10 minutos para compensar as interrupções de geração ou transmissão. 10 segundos para manter a frequência do sistema.
• Non-Spinning Reserve12 (Non-synchronized) - Capacidade de geração que pode estar offline pode estar disponível em até 10 minutos.
• Supplemental Reserve - Geração que pode pegar carga dentro de uma hora. Seu papel é, essencialmente, um backup para reservas giratórias e não giratórias.

Ao contrário da capacidade de reserva de fiação, a capacidade de reserva suplementar não é sincronizada com a frequência da rede. Recursos de capacidade de reserva devem receber e responder aos sinais de controle apropriados.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento Faixa de tamanho: 10 - 100 MW

Intervalo de duração da descarga alvo: 15 minutos - 1 hora

Ciclos mínimos / ano: 20 – 50

Voltage Support 

Na maioria dos casos, isso requer o gerenciamento da reatância, que é causada por equipamentos conectados à rede que geram, transmitem ou usam eletricidade e geralmente possuem ou exibem características como as de indutores e capacitores em um circuito elétrico. Essas usinas elétricas poderiam ser substituídas por armazenamento de energia estrategicamente colocado na rede em locais centrais ou adotando a abordagem distribuída e colocando vários sistemas de armazenamento de suporte a VAR próximos a grandes cargas.

Technical Considerations

Tamanho do Sistema de Armazenamento Faixa: 1 - 10 mega volts-ampere reativa (MVAR)

Faixa de duração da descarga alvo: Não Aplicável

Ciclos Mínimos / Ano: Não Aplicável

Black Start 

Quando há uma interrupção da transmissão os sistemas de armazenamento fornecem uma reserva ativa de energia, e energia dentro da rede e podem ser usados ​​para energizar as linhas de transmissão e distribuição e fornecer energia às estações para colocar as usinas elétricas em funcionamento após uma falha catastrófica da rede.

Technical Considerations

Sistema de Armazenamento Faixa de Tamanho: 5 - 50 MW

Alvo Duração da Descarga Intervalo: 15 minutos - 1 hora

Ciclos Mínimos / Ano: 10 – 20

Other Related Uses

Load Following/Ramping Support for Renewables

O armazenamento de eletricidade é iminentemente adequado para amortecer a variabilidade dos sistemas eólicos e fotovoltaicos e está sendo amplamente utilizado nessa aplicação. Esta orientação de projeto para o sistema de armazenamento é aplicavél para suporte de rampa de carga e renovável, portanto, este manual trata-os como o mesmo aplicativo. O armazenamento é bem adequado para carregar seguindo por vários motivos. Primeiro, a maioria dos tipos de armazenamento pode operar em níveis parciais de saída com penalidades de desempenho relativamente modestas. Em segundo lugar, a maioria dos tipos de armazenamento pode responder muito rapidamente (em comparação com a maioria dos tipos de geração), quando mais ou menos saída é necessária para seguir a carga.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento Faixa de tamanho: 1 - 100 MW

Intervalo de duração da descarga alvo: 15 minutos - 1 hora

Ciclos mínimos / ano: Não aplicável

Frequency Response

A resposta de frequência é muito semelhante à regulação, descrita acima, exceto que ela reage às necessidades do sistema em períodos de tempo ainda mais curtos de segundos a menos de um minuto, quando há uma perda repentina de uma unidade de geração ou de uma linha de transmissão.

Transmission Infrastructure Services

Transmission Upgrade Deferral

O adiamento de upgrade de transmissão envolve atrasar - e, em alguns casos, evitar totalmente - investimentos em serviços públicos nas atualizações do sistema de transmissão, usando quantidades relativamente pequenas de armazenamento. Uma pequena quantidade de armazenamento de energia poderia adiar a necessidade de atualização por alguns anos, fazer isso reduz o custo geral para os contribuintes, melhora a utilização de ativos de serviços públicos, permite o uso do capital para outros projetos e reduz o risco financeiro associado aos investimentos fixos. O armazenamento de energia deve servir carga suficiente, pelo tempo que for necessário, para continuar carregando o equipamento de transmissão abaixo de um máximo especificado.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento Faixa de tamanho: 10 - 100 MW

Intervalo de duração da descarga alvo: 2 - 8 horas

Ciclos mínimos / ano: 10 – 50

Transmission Congestion Relief

O congestionamento de transmissão ocorre quando as adições de capacidade de transmissão não acompanham o crescimento do pico de demanda elétrica, os sistemas de transmissão ficam congestionados pode levar a um aumento nos custos de congestionamento ou no preço marginal locacional (LMP) para a eletricidade no atacado em certos nós de transmissão. O armazenamento de eletricidade pode ser usado para evitar custos e encargos relacionados ao congestionamento, especialmente se os custos se tornarem onerosos devido ao congestionamento significativo do sistema de transmissão. Geralmente as taxas de congestionamento se aplicam apenas a algumas ocorrências durante um ano, quando há várias horas consecutivas de congestionamento de transmissão.

Technical Considerations

Sistema de Armazenamento Faixa de Valores: 1 – 100 MW

Prazo de Descarga Alvo Faixa: 1 – 4 Horas

Ciclos Mínimos / Ano: 50 – 100

Other Related Uses

Transmission Stability Damping: Aumente a capacidade de carga aumentando a estabilidade dinâmica.

Sub-synchronous Resonance Damping: Aumenta a capacidade da linha permitindo níveis mais altos de compensação de série, fornecendo modulação de potência ativa real e / ou reativa nas frequências modais de ressonância subsincrônicas.

Technical Considerations

Sistema de Armazenamento Faixa de Tamanho: 10 – 100 MW

Prazo de Descarga da Descarga Alvo: 5 segundos – 2 Horas

Ciclos Mínimos / Ano: 20 – 100

Distribution Infrastructure Services

Distribution Upgrade Deferral and Voltage Support 

O diferimento de atualização pode ser uma substituição de um transformador de distribuição existente ou sobrecarregado por estresse em uma subestação ou redesenvolvendo linhas de distribuição com arame mais pesado. Um sistema de armazenamento usado para o adiamento de atualização poderia fornecer simultaneamente suporte de tensão nas linhas de distribuição.

Technical Considerations

Sistema de Armazenamento Tamanho Faixa: 500 quilowatts (kW) - 10 MW Faixa de Duração da Descarga Alvo: 1 - 4 horas

Ciclos Mínimos / Ano: 50 – 100

Customer Energy Management Services  

Power Quality

O serviço de qualidade de energia elétrica envolve o uso de armazenamento para proteger as cargas no cliente contra eventos de curta duração, que afetam a qualidade da energia fornecida às cargas do cliente, os eventos são:

•      Variações na magnitude da tensão (por exemplo, picos ou quedas de curto prazo, picos de longo prazo ou quedas).

1.  Variações na freqüência primária de 60 hertz (Hz) na qual a energia é fornecida.
2.  Baixo fator de potência (tensão e corrente excessivamente desfasadas entre si).
3.  Harmônicos (ou seja, a presença de correntes ou tensões em frequências diferentes da freqüência primária).
4.  Interrupções no serviço, de qualquer duração, variando de uma fração de segundo a vários segundos

Technical Considerations

Sistema de Armazenamento Faixa de Tamanho: 100 kW – 10 MW

Faixa de Duração da Descarga Alvo: 10 segundos – 15 minutos

Ciclos Mínimos / 10 – 200

Power Reliability

Um sistema de armazenamento pode efetivamente suportar cargas de clientes quando há uma perda total de energia do utilitário de origem. Esse suporte requer que o sistema de armazenamento e as cargas do cliente sejam interrompidos durante a indisponibilidade do utilitário e sejam ressincronizados com o utilitário quando a energia for restaurada. Um cenário de propriedade alternativa pode ser que o sistema de armazenamento seja de propriedade do utilitário e seja tratado como um recurso dispatchable do lado da demanda que atenda às necessidades do cliente, além de estar disponível para o utilitário como um recurso de redução da demanda

Retail Energy Time-Shift

O turno da energia elétrica de varejo envolve o armazenamento usado pelos usuários finais de energia (clientes de serviços públicos) para reduzir seus custos totais de eletricidade. Os clientes cobram o armazenamento em períodos fora de pico quando o preço de energia elétrica de varejo é baixo e, em seguida, descarregam a energia durante os períodos em que os preços de energia no horário de pico (TOU) se aplicam.

Technical Considerations

Sistema de Armazenamento Tamanho Faixa: 1 kW - 1 MW

Faixa de Duração da Descarga Alvo: 1 - 6 horas

Ciclos Mínimos / Ano: 50 – 250

Demand Charge Management 

O armazenamento de eletricidade pode ser usado por usuários finais para reduzir seus custos gerais de serviço elétrico, reduzindo sua demanda durante períodos de pico especificados pela concessionária. Para evitar uma cobrança de demanda, a carga deve ser reduzida durante todas as horas do período de cobrança de demanda, geralmente um período de tempo especificado (por exemplo, 11:00 às 17:00) e em dias especificados (na maioria das vezes nos dias úteis). Em muitos casos, a taxa de demanda é avaliada se a carga estiver presente durante apenas um período de 15 minutos, durante os horários do dia e durante os meses em que as taxas de demanda se aplicam.

Embora incomum, taxas de demanda adicionais para

1) pico de peça ou demanda (pico parcial) que ocorre durante horários como as horas de ombro nas manhãs e noites e durante os dias úteis de inverno e

2) carga básica ou taxas de demanda de instalações baseadas no pico demanda não importa a que horas (dia e mês) ocorre.

Technical Considerations

Sistema de armazenamento Faixa de tamanho: 50 kW - 10 MW

Intervalo de duração da descarga alvo: 1 - 4

horas Ciclos mínimos / ano: 50 - 500

Stacked Services―Use Case Combinations 

O armazenamento de eletricidade pode ser usado para qualquer um dos serviços listados acima, mas é raro que um único serviço gere receita suficiente para justificar seu investimento. No entanto, a flexibilidade do armazenamento pode ser aproveitada para fornecer serviços múltiplos ou empilhados, ou casos de uso, com um único sistema de armazenamento que captura vários fluxos de receita e se torna economicamente viável. Contudo, devido a restrições regulatórias e operacionais, o empilhamento de serviços é um processo que requer planejamento cuidadoso e deve ser considerado caso a caso. Quando colocado nos circuitos de distribuição, o armazenamento de energia pode ajudar a resolver problemas específicos da subestação local (mitigando problemas de tensão, adiando atualizações de investimento, etc.) enquanto fornece serviços auxiliares à rede. No lado do cliente do medidor, o sistema de armazenamento de energia pode reduzir o pico de carga do cliente e reduzir a conta de eletricidade, melhorando a qualidade e a confiabilidade da energia.