中國儲能網(wǎng)訊：采用數(shù)GWh公用事業(yè)規(guī)模儲能系統(tǒng)，可以在太陽能發(fā)電設(shè)施的上午10點至下午3點之間的“鴨子曲線”期間彌補電力缺口，這聽起來似乎是全球和美國各大公用事業(yè)公司的發(fā)展遠(yuǎn)景，但總部在卡羅萊納州杜克能源公司已經(jīng)提前進(jìn)入這樣的未來。
例如，主要服務(wù)于北卡羅來納州和南卡羅萊納州東部客戶的杜克能源發(fā)展公司（DEP），在2017年管理著高達(dá)106GWh的過剩能源，這些主要來自北卡羅萊納州大量的公用事業(yè)規(guī)模太陽能發(fā)電設(shè)施。當(dāng)凈需求負(fù)荷低于最低可靠運行極限（LROL）時，就會產(chǎn)生“過剩能量”。這往往發(fā)生在一天中太陽能發(fā)電量最大的時期，即上午10點到下午3點之間，如圖所示。
平衡管理機構(gòu)（BA）負(fù)責(zé)實現(xiàn)可用能源與能源需求之間的持續(xù)平衡，因此，需要確保發(fā)電機組能夠可靠地滿足峰值需求、預(yù)期凈需求增長率和備用需求，以調(diào)節(jié)頻率，并支持應(yīng)急應(yīng)用條件。
最低可靠運行極限（LROL）是保持所需發(fā)電機組在線所需的最小功率水平。此外，公用事業(yè)公司受私人電力協(xié)議的約束，并保證“接受”條款。在“采取”條款和美國能源監(jiān)管委員會（NERC）強制執(zhí)行的可靠性要求之間有兩方面的問題：（1）維持足夠的本地監(jiān)管儲備來管理間歇性和凈需求增長；（2）管理多余的能源，這并不是簡單，需要在大型太陽能發(fā)電設(shè)施中打開或關(guān)閉重合斷路器或關(guān)閉天氣電發(fā)電機組。
此外，需要將多余的可再生能源輸送到某個地方。杜克能源發(fā)展公司（DEP）的輸電運營工程師Kat Sico表示，“當(dāng)資源可用時，可以通過減少發(fā)電機或通過聯(lián)合調(diào)度動態(tài)計劃輸出來管理多余的能源。這種能源可以為杜克能源卡羅來納州公司（DEC）的零售負(fù)載提供服務(wù)，也可以為裝機容量為2100MW的抽水蓄能設(shè)施提供能源?！?
該動態(tài)時間表已根據(jù)聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）實施，其中允許杜克能源發(fā)展公司（DEP）和杜克能源卡羅來納州公司（DEC）共享“非固定”能源，以經(jīng)濟(jì)方式滿足客戶的能源需求。由于太陽能發(fā)電保證了杜克能源發(fā)展公司（DEP）的“接收”條款，從杜克能源發(fā)展公司（DEP）轉(zhuǎn)移到杜克能源卡羅來納州公司（DEC）的多余能量來自其他發(fā)電資源。杜克能源卡羅來納州公司（DEC）主要服務(wù)于北卡羅來納州和南卡羅來納州的西部地區(qū)，該地區(qū)包括阿巴拉契亞山脈，杜克能源卡羅來納州公司（DEC）正在當(dāng)?shù)剡\營抽水蓄能設(shè)施。
如圖所示，抽水蓄能發(fā)電的概念很簡單。利用上游水庫和下游水庫兩個水庫，采用兩用渦輪機構(gòu)成抽水蓄電設(shè)施。當(dāng)多余的電能輸送到泵房時，大型電機驅(qū)動水輪機，將下游水庫的水泵送到上游水庫，從而存儲潛在的能量供日后使用。當(dāng)需要獲取存儲的能量時，這個過程就會逆轉(zhuǎn)，水流就會驅(qū)動渦輪發(fā)電機發(fā)電。
圖中顯示了杜克能源公司的兩個抽水蓄能設(shè)施的位置和布局。其中較大和較新的一個設(shè)施是1991年開通運營的Bad Creek抽水蓄能發(fā)電設(shè)施。其附近的Jocasee水電站于1975年建成，并作為一個抽水蓄能項目運行，近年來更換升級了更強大的渦輪機。這兩個地點的可用儲能量大大超過了美國公用事業(yè)規(guī)模電池儲能項目的總裝機容量，預(yù)計2018年的裝機容量約為750MW。
使其系統(tǒng)工作的關(guān)鍵是電力傳輸系統(tǒng)，彌合了位于杜克能源卡羅來納州公司（DEC）的抽水蓄能電站山區(qū)遠(yuǎn)程位置之間的地理距離，以及杜克能源發(fā)展公司（DEP）與山麓和沿海地區(qū)之間的負(fù)載和發(fā)電位置以及聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）之間遠(yuǎn)距離的缺陷。這兩個平衡管理機構(gòu)（BA）傳輸和共享“非固定”能源能力的結(jié)合使得有可能將卡羅萊納州東半部的數(shù)千兆瓦的太陽能容量連接起來，并采用抽水蓄能設(shè)施有助于防止可再生能源的削減，同時允許杜克能源卡羅來納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）平衡機構(gòu)提供可靠的電力服務(wù)，并保持符合美國能源監(jiān)管委員會（NERC）可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
然而，聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）是一種戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)、增量成本的能源傳輸工具，它依賴于每小時可用的“非固定”可變速的輸電。平衡管理機構(gòu)（BA）之間的所有電力傳輸都是靈活的，并且由于輸電系統(tǒng)的限制而受到限制。由于聯(lián)合調(diào)度動態(tài)調(diào)度是一種“非公司”交易，因此與“公司”交易相比，由于受約束，其規(guī)?？赡芸s小。依靠聯(lián)合調(diào)度協(xié)議（JDA）來管理運行中過剩的能源將會帶來嚴(yán)重的系統(tǒng)運行風(fēng)險，因為該系統(tǒng)并非設(shè)計為管理必須使用太陽能提供的運行中過剩能源的長期解決方案。
此外，杜克能源卡羅來納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）繼續(xù)作為獨立的平衡管理部門和公用事業(yè)部門運作，并按照北卡羅來納州公用事業(yè)委員會的指示，各自負(fù)責(zé)各自的獨立資源規(guī)劃和運營。無論當(dāng)前的過剩能源和抽水蓄能容量有多少，都不能要求使用杜克能源卡羅來納州公司（DEC的抽水蓄能發(fā)電來緩解杜克能源發(fā)展公司（DEP）面臨的運營挑戰(zhàn)。因此，除了確保維持額外的本地調(diào)節(jié)儲備以管理變化性和急劇的凈需求增長外，杜克能源發(fā)展公司（DEP）的系統(tǒng)當(dāng)這種輸電能力喪失，或者杜克能源發(fā)展公司（DEP）的抽水蓄能不可用時，運行人員必須準(zhǔn)備好處理多余的電能。杜克能源發(fā)展公司（DEP）可以減少一些發(fā)電量，首先是該公司的常規(guī)發(fā)電資產(chǎn)，然后減少自己的太陽能發(fā)電量，最后再削減第三方太陽能的發(fā)電量。
杜克能源公司繼續(xù)致力于管理加利福尼亞州之外的這個最苛刻的“鴨子曲線”，將會變得越來越苛刻。Kat Sico警告稱，“隨著杜克能源卡羅來納州公司（DEC）和杜克能源發(fā)展公司（DEP）的太陽能發(fā)電設(shè)施的裝機容量在2025年達(dá)到7,000MW，過剩能源的管理將需要更靈活的資源以及替代儲能系統(tǒng)?！?
可以肯定的是，當(dāng)2025年到來時，輸配電系統(tǒng)將會提供更大的儲能解決方案份額。
