پیشرفت‌های مدل‌سازی ریاضی باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی در بازار خدمات اضافه

چکیده

این مقاله به بررسی امکان ارائهٔ خدمات بازار اضافه، از جمله رزرو بازگشت به فرکانس و رزرو پشتیبانی از فرکانس، توسط سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری می‌پردازد. رابطهٔ بین نشانگرهای قیمت در بازار خدمات اضافه و ویژگی‌های فنی-اقتصادی این سامانه‌ها بررسی می‌شود. در بخش مدل‌سازی، تابع هدفی برای بهینه‌سازی عملکرد سامانه‌های ذخیره‌سازی باتری پیشنهاد شده است که هزینه‌های کاهش انباشت انرژی، هزینه‌های نگهداری و درآمد حاصل از ارائهٔ خدمات در بازار را به طور هم‌زمان در نظر می‌گیرد.

کلمات کلیدی

• بازار خدمات اضافه
• سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری
• رزرو پشتیبانی از فرکانسی
• رزرو بازگشت به فرکانسی

مقدمه

رشد چشمگیر تولید برق از منابع تجدیدپذیر که وابستگی شدیدی به شرایط آب و هوایی دارند، همراه با فرسوده شدن واحدهای اصلی نیروگاه‌های حرارتی، صنعت برق را به بازاندیشی در ساختار ظرفیت تولید واداشته است.

در سامانهٔ توان یکپارچهٔ ترکیبی اوکراین (IPS)، کاهش تولید نیروگاه‌های هیدروالکتریک و نیروگاه‌های هسته‌ای، ضرورت بازنگری در ظرفیت تولید شبکهٔ برق را بیش از پیش نمایان ساخته است.

مدل‌های جدید بازار برق این امکان را فراهم می‌کنند که محصول (برق) بر اساس تقاضای ساعت‌بی‌شمار، به بخش‌های مختلفی با قیمت‌های متفاوت تقسیم شود.

سودآوری فعالیت در این بازارها، تا حد زیادی به توانایی مدیریت فعال منابع تولیدی یا مصرفی خود بازیگران بستگی دارد.

بر اساس برآوردها، دست‌کم ۴۰۰ مگاوات ظرفیت انعطاف‌پذیر اضافه باید به سامانهٔ توان یکپارچهٔ اوکراین تزریق شود. در همین راستا، سامانهٔ عملیاتی انتقال (TSO) اقدام به برگزاری مناقصه‌های خرید رزروهای توانی برای کنترل‌های اولیه، ثانویه و ثالث فرکانسی کرده است.

سامانهٔ عملیاتی انتقال، حجم خدمات و محصولات مورد نیاز برای عملکرد پایدار سامانهٔ انرژی را در بازار خدمات مکمل (MAS) تعیین می‌نماید.

قانون بازار برق اوکراین پنج محصول اصلی را برای تجارت در بازار خدمات مکمل تعریف کرده است که عبارتند از:

• رزرو پشتیبانی از فرکانسی (FSR): فرآیندی برای حفظ فرکانس نزدیک به مقدار ثابت و کاهش انحرافات نسبت به آن، بدون توجه به علت یا مکان اختلال، از طریق فعال‌سازی ذخایر پشتیبانی فرکانسی.
• رزرو بازگشت به فرکانسی (FRR): فرآیند بازگرداندن فرکانس به مقدار ثابت و تطبیق تعادل تبادل بین‌المللی با مقادیر برنامه‌ریزی‌شده، با کاهش خطای حوزهٔ کنترل به صفر در زمان بازگشت FRR (حداکثر ۱۵ دقیقه) از طریق فعال‌سازی ذخایر بازگشت.
• رزرو جایگزینی (RR): این ذخایر برای حفظ مقادیر تعیین‌شدهٔ فرکانس و رزروها و بازنشانی آن‌ها در صورت استفاده در فرآیند تنظیم فرکانس ایجاد می‌شوند. زمان فعال‌سازی آن‌ها حداکثر ۳۰ دقیقه و تحویل پایدارشان بدون محدودیت زمانی است.
• نظام تنظیم ولتاژ و توان راکتیو: هدف از کنترل ولتاژ و توان راکتیو در حالت هم‌زمان (SC)، حفظ سطوح ولتاژ در نقاط کنترل انتقال در محدودهٔ مجاز و تضمین ثبات و ایمنی سامانهٔ انرژی است.

خدمات برای تضمین بازسازی شبکه برق اوکراین

هدف این خدمت، فراهم کردن امکان آغاز به کار واحد تولید در غیاب ولتاژ در شبکه خارجی و وضعیت الکتریکی در شبکه است. این امر اجازه می‌دهد انرژی مورد نیاز داخلی نیروگاه‌های حرارتی (TPPs) و هسته‌ای (NPPs) در شرایط کاهش توان در شبکه تأمین شود و همچنین وجود واحد تولید را در برنامه بازسازی شبکه انرژی یکپارچه (UES) اوکراین یا جزیره نیروگاه حرارتی بُرِستین پس از یک حادثه سیستمی خاص (و/یا برنامه‌های بازسازی منطقه‌ای) تضمین کند.

یکی از بازیگران اصلی بالقوه در مدیریت سیستم توزیع انرژی (ANDN)، از نظر ارائه‌دهندگان خدمات تنظیم فرکانس و توان فعال در شبکه UES اوکراین، می‌تواند اپراتورهای سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی (BESS) باشند.

تعاریف در قوانین و مقررات

با این حال، تا به امروز، مقررات موجود به‌گونه‌ای نیست که اتصال چنین تأسیسات الکتریکی به شبکه اپراتورهای سیستم را تنظیم کند و همچنین تعریف مشخصی برای «سامانه ذخیره‌سازی انرژی» وجود ندارد. در چارچوب این مقاله، با استناد به پیش‌نویس قانون اصلاح قانون «درباره بازار برق» اوکراین (درباره امنیت انرژی، تعادل سیستم انرژی و سامانه ذخیره‌سازی انرژی)، درک ما از مفاهیم به شرح زیر است:

• سامانه ذخیره‌سازی انرژی: مجموعه‌ای فناورانه که به شبکه انتقال یا توزیع متصل شده و به‌منظور انتخاب، ذخیره‌سازی (شامل تبدیل از طریق فناوری‌های فیزیکی، اینرسی، شیمیایی، هیدروژنی و غیره) برق تولید‌شده قبلی، و سپس آزادسازی آن استفاده می‌شود.
• اپراتور سامانه ذخیره‌سازی انرژی: نهادی که از سامانه ذخیره‌سازی برق برای خرید و فروش برق در بازار و ارائه خدمات ثانویه استفاده کرده و مسئولیت بهره‌برداری و نگهداری ایمن آن را بر عهده دارد.

هدف از تحقیق

هدف این مقاله، توسعه یک مدل ریاضی برای سامانه ذخیره‌سازی انرژی در بازار خدمات ثانویه است، به‌گونه‌ای که بالاترین سودآوری ممکن برای این سامانه را تضمین نماید.

مواد اصلی تحقیق

بر اساس ماده 8 قانون اوکراین «درباره بازار برق»، انجام فعالیت‌های اقتصادی در حوزه‌های تولید، انتقال، توزیع و تأمین برق برای مصرف‌کنندگان، فعالیت‌های تجاری و ایفای نقش اپراتور بازار و خریدار تضمینی در بازار برق، منوط به دریافت مجوز است.

بند 1.6 شرایط صدور مجوز فعالیت‌های تجاری برای تولید برق (مصوب کمیسیون ملی تنظیم بازار برق در تاریخ 27 دسامبر 2017 با شماره 1467) تأکید می‌کند که متقاضی مجوز باید برق را تأمین کند. در این راستا، طبق بند 1.4 شرایط مجوز:

• تجهیزات تولید برق: مجموعه‌ای از تجهیزات به‌هم‌پیوسته و کارکردی که برق تولید می‌کند و شامل یک یا چند ژنراتور یا سایر تجهیزاتی است که برای تبدیل منابع انرژی با هر منشأ به برق به کار می‌روند.
• ابزارهای فعالیت اقتصادی: تجهیزات تولید برق که در محل نیروگاه نصب شده و سایر تجهیزات و تأسیسات کارکردی و به‌هم‌پیوسته هستند که برای تولید برق طراحی شده‌اند.

نکته مهم آن است که سامانه ذخیره‌سازی انرژی، یک سیستم الکتروشیمیایی است که عملکردهای دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی را پیاده‌سازی می‌کند. این سامانه‌ها می‌توانند به‌عنوان منبع انرژی الکتریکی در دستگاه‌ها، تجهیزات یا سیستم‌هایی با عملکرد خودمختار (یعنی مستقل از وجود شبکه الکتریکی نزدیک) مورد استفاده قرار گیرند. در باتری‌ها، هنگام شارژ، انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود و سیستم در تعادل پایدار باقی می‌ماند تا زمانی که حتی جریان بسیار اندکی بین الکترودها جریان داشته باشد. اما هنگامی که خروجی سامانه به مصرف‌کننده‌ای با مقاومت الکتریکی محدود متصل شود، فرآیند معکوس رخ می‌دهد: انرژی شیمیایی مجدداً به برق تبدیل می‌شود که بخشی از آن نیز به حرارت تبدیل خواهد شد.

بنابراین، ویژگی کلیدی سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی این است که بسته به شرایط عملکرد، می‌توانند هم مصرف‌کننده برق باشند و هم تأمین‌کننده آن برای شبکه؛ و به همین دلیل نمی‌توان آن‌ها را به‌وضوح در دسته واحدهای تولیدی قرار داد.

با در نظر گرفتن این موارد، قانون «درباره بازار برق» اوکراین به‌طور صریح فعالیت‌های مرتبط با انباشت، ذخیره‌سازی و فروش مجدد برق از طریق سامانه ذخیره‌سازی را تعریف نمی‌کند. همچنین، بر اساس شرایط مجوزهای فعلی، پیش‌بینی خاصی برای صدور مجوز فعالیت اقتصادی سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی وجود ندارد. افزون بر این، طبق کدهای شبکه‌های انتقال و توزیع (مصوب مصوبات شماره 309 و 310 NKREKP در تاریخ 14 مارس 2018)، ارائه خدمات توزیع یا انتقال توسط اپراتور برای اتصال سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی به شبکه برق، پیش‌بینی نشده است و این امر عملاً این سامانه‌ها را از بازار برق و ارائه خدمات مرتبط دور نگه می‌دارد.

حمایت قانونی برای پیاده‌سازی سامانه‌های ذخیره‌سازی الکتریسیته

حمایت قانونی از پیاده‌سازی سامانه‌های ذخیره‌سازی الکتریسیته، باید با التزام کامل به سیاست‌ها و قوانین اتحادیه اروپا صورت گیرد. در همین راستا، زمانی که توصیه‌های کلی سیاست هدف ۲۰۳۰ برای طرف‌های قرارداد جامعه انرژی (از جمله اوکراین) در دسامبر ۲۰۱۸ به تصویب رسید، شورای وزیران این جامعه فرآیند الحاق بسته چهارم انرژی یا همان «بسته انرژی پاک» به قوانین اکوئیس خود را کلید زد. این الحاق برای ترجمه و اجرا توسط تمامی طرف‌های قرارداد الزامی خواهد بود.

دستورالعمل (اتحادیه اروپا) ۲۰۱۹/۹۴۴ پارلمان و شورای اروپا مورخ ۵ ژوئن ۲۰۱۹ که بخشی از بسته انرژی پاک است، قواعد مشترک بازار داخلی الکتریسیته را تعیین می‌کند و در ادامه این متن، به‌اختصار «دستورالعمل» نامیده می‌شود. این سند، چارچوب اولیه و الزامات کلیدی برای توسعه و مشارکت سامانه‌های ذخیره‌سازی در بازار الکتریسیته را مشخص می‌سازد.

مدل ریاضی عملکرد SAM در بخش‌های سازمان‌یافته بازار

با در نظر گرفتن مفاد دستورالعمل، یک مسئله محوری در حمایت قانونی از معرفی سامانه‌های ذخیره‌سازی الکتریسیته وجود دارد: این سامانه‌ها باید بدون هیچ قید و شرطی با اصول بازار آزاد منطبق باشند تا بتوانند در بازار الکتریسیته توسعه یابند و مشارکت کنند، به‌گونه‌ای که از ایجاد مزایای اقتصادی و تنظیمی غیرموجه جلوگیری شود.

تابع هدف در این مدل، به حداکثررساندن سود در طول دوره گزارش‌دهی اختصاص دارد. سود کل از تفاضل درآمدها و هزینه‌ها به دست می‌آید و به‌گونه‌ای طراحی شده که شرایط بهینه برای عملکرد سامانه ذخیره‌سازی (SAM) در سناریوهای مختلف قیمت‌گذاری خدمات را تعیین می‌کند:

که در این فرمول:

• `ps` نشان‌دهنده احتمال وقوع سناریویی با قیمت مشخص برای خدمات SAM است.
• `Rs(t)DAM` درآمد حاصل از ارائه خدمات در بازار روز-ahead (DAM) در سناریوی `s` و ساعت `t` را نشان می‌دهد.
• `Rs(t)MAS` درآمد از ارائه خدمات در بازار خدمات کمکی (MAS) در همان سناریو و ساعت است.
• `Ctdp` هزینه استفاده از باتری در بازارهای DAM / درون‌روزی (IM) و MAS را در بر می‌گیرد.
• `CtDOD` هزینه ناشی از استهلاک باتری در عمق تخلیه مجاز و زیر سطح مجاز است.
• `CtMC` نیز هزینه‌های جاری نگهداری و تعمیرات را شامل می‌شود.

بنابراین، بهره‌بردار سامانه ذخیره‌سازی می‌تواند با پیش‌بینی تعدادی سناریوی قیمتی بازار و با استفاده از داده‌های دوره صورتحساب قبلی و جاری `t`، احتمال وقوع هر سناریو (`ps`) را برآورد کند. این رویکرد، امکان پیش‌بینی عملکرد فنی و اقتصادی سامانه ذخیره‌سازی انرژی را فراهم می‌آورد.

درآمد از فروش الکتریسیته در بازار روز-ahead (DAM) یا بازار درون‌روزی (IM) یعنی `Rs(t)DAM`، از خرید الکتریسیته در شب (هنگامی که مازاد تولید و قیمت پایین است) و فروش آن در طول روز (زمانی که قیمت بالا می‌رود) به دست می‌آید. منبع درآمدی دیگر، ارائه خدمات در بازار کمکی (MAS) با نماد `Rs(t)MAS` است که شامل درآمد از فروش خدمات تنظیم اولیه، ثانیه و ثالث بر اساس سناریوی `s` در ساعت `t` می‌شود.

بخش هزینه‌ها در فرمول (۱) شامل سه بخش اصلی است: هزینه استفاده از ظرفیت باتری در بازارهای مختلف (`Ctdp`)، هزینه استهلاک باتری بر اثر تخلیه (`CtDOD`)، و هزینه‌های نگهداری و تعمیرات (`CtMC`).

درآمد از فروش خدمات در MAS و DAM به ترتیب با استفاده از فرمول‌های ۲ و ۳ محاسبه می‌شوند.

[تصویر معادله]

که در آن:

• `ps(t)` احتمال سناریوی `s` است.
• `Ws(t)` نتیجه مالی خالص از خرید و فروش الکتریسیته در یک بازه زمانی `Δt` را نشان می‌دهد.

توضیحات مربوط به معادله (۳) به شرح زیر است:

• `Ws(t)MAS` میزان کل الکتریسیته فروخته یا خریداری شده در بازار خدمات کمکی است.
• `Ps(t)MAS` قیمت الکتریسیته برای MAS در سناریوی `s` و ساعت `t` را بیان می‌کند.
• `Rs(t)redMAS` حق‌الزحمه برای آمادگی ارائه خدمات در MAS است.
• `btreg` پرداخت به ازای میزان الکتریسیته فروخته‌شده در این بازار را در بر می‌گیرد.

هزینه استفاده از ظرفیت SAM در بازارهای DAM / IM و MAS (`Ctdp`) که هنگام ارائه خدمات مربوطه ایجاد می‌شود، متناسب با میزان الکتریسیته‌ای است که توسط باتری (چه در حالت شارژ و چه در حالت تخلیه) مصرف شده و طبق رابطه (۵) محاسبه می‌گردد.

[تصویر معادله]

که در آن:

• `Cop` قیمت استفاده از ظرفیت SAM به ازای هر واحد الکتریسیته مبادله‌شده است.
• `e.sell` الکتریسیته فروخته‌شده در بازار الکتریسیته در طول بازه زمانی `Δt` را نشان می‌دهد.
• `e.buy` الکتریسیته خریداری‌شده در بازار الکتریسیته در همان بازه زمانی است.

هزینه با در نظر گرفتن استهلاک باتری `vام` که توسط بهره‌بردار SAM کنترل می‌شود (`CtDOD`)، طبق عبارات (۶-۹) تعریف و محاسبه می‌گردد:

توضیح نمادهای این بخش به شرح زیر است:

• `Ev` ظرفیت کامل باتری `vام` به کیلووات‌ساعت است.
• `ηvdsg` و `ηvchg` به ترتیب بازدهی تخلیه و شارژ برای آن باتری هستند.
• `pv(t)reg` دستور تنظیم (تخلیه/شارژ) در بازه زمانی `t` را بیان می‌کند.
• `pv(t)e.dsg` توانی است که برای تخلیه کامل باتری `vام` در زمان `t` لازم است.
• `pv(t)e.chg` توانی است که برای شارژ کامل باتری `vام` در زمان `t` نیاز است.
• `σv(t)` میزان الکتریسیته‌ای است که طبق دستور تخلیه، باتری `vام` را در طول سری زمانی `t` شارژ می‌کند.
• `Yv(t)` میزان الکتریسیته‌ای است که طبق دستور شارژ، باتری `vام` را در طول سری زمانی `t` تخلیه می‌کند.
• `Сv(t)BЕSS` هزینه ناشی از استهلاک باتری `vام` با لحاظ سطح استهلاک آن یعنی `Mv(t)` است.

هزینه نگهداری و تعمیرات باتری `vام` SAM (`СMC`) به دو عامل بستگی دارد: قیمت خدمات به ازای هر واحد ظرفیت SAM و ظرفیت نامی کل آن باتری (`Pmax`). این هزینه طبق تعریف زیر محاسبه می‌شود:

که در آن:

• `com` قیمت خدمات به ازای هر واحد ظرفیت SAM، به واحد پولی گریونا (UAH) است.
• `Pv,max` توان نامی باتری `vام` را مشخص می‌کند.

قیمت‌گذاری کلی برق و مشارکت در بازار خدمات اضافی

قیمت نهایی برق بر اساس حجم کل برق خریداری‌شده و فروخته‌شده در هر دوره زمانی تعیین می‌شود؛ رابطه (12) این فرآیند را نشان می‌دهد. از آنجا که یک باتریِ منفرد در بازه زمانی مشخص t نمی‌تواند همزمان در حال شارژ و دشارژ باشد، بنابراین متغیرهای pv(t)e.dsg و pv(t)e.chg هیچ‌گاه هر دو مثبت نخواهند بود. با این وجود، با توجه به تعداد بالای سامانه‌های ذخیره‌سازی باتری توزیع‌شده، از دیدگاه فنی برای اپراتور سامانه ذخیره‌سازی امکان انجام همزمان عملیات فروش و خرید برق وجود دارد، مشروط بر اینکه در یک لحظه مشخص بخشی از باتری‌ها در حال شارژ و بخش دیگر در حال تخلیه باشند. در حالت ایده‌آل، قیمت کلی برق می‌بایست میان باتری‌ها به‌درستی توزیع شود، همان‌طور که در معادلات (13) و (14) تصریح شده است. حجم کل معاملات در بازار خدمات اضافی (MAS) نیز طبق عبارت (15) مشخص می‌گردد.

.

.

مدل‌سازی عملکرد سامانه ذخیره‌سازی باتری در بازار خدمات اضافی

هنگامی که یک سامانه ذخیره‌سازی انرژی باتری به شبکه‌های اپراتور مدیریت سامانه (MSO) متصل می‌شود و در بازار توازن و بازار خدمات اضافی شرکت می‌کند، استفاده اصلی از ظرفیت این سامانه، ارائه سرویس aFRR متقارن با نسبت ۸۰ درصدی خواهد بود. این نسبت با در نظر گرفتن مشخصات فنی باتری‌های لیتیوم آهن فسفاتی (LiFePO4) و عمق تخلیه (DOD) به میزان ۸۰ درصد تعیین شده است؛ چرا که این عمق، بهترین تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ بهینه را فراهم می‌سازد.

شکل ۱ اصل کلی توازن اختلالات سامانه با استفاده از سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی را نشان می‌دهد.

تاکنون، گزارش تحلیل بازار برق ماه اوت ۲۰۲۰ در وب‌سایت شرکت مدیریت شبکه برق اوکراین (NEC Ukrenergo) منتشر شده است. نتایج بازار MAS برای این ماه در شکل ۲ قابل مشاهده است. در سامانه انتقال برق (UES) اوکراین، میانگین حجم خرید ذخایر پشتیبانی فرکانسی (FSR) برابر با ۲۱ مگاوات‌ساعت است. حجم خرید ذخایر بازیابی فرکانس خودکار (aFRR) در طول ماه به دلیل عرضه ناکافی شرکت‌کنندگان بازار، دارای نوسان بوده است. بین ۳۱ تا ۷۱ درصد از نیازهای مناقصه برای بارگذاری aFRR (به‌طور میانگین ۵۳٪) و بین ۱۰ تا ۹۵ درصد برای تخلیه (میانگین ۵۸٪) خریداری شده است. [11]

شکل ۱. اصل توازن اختلالات سامانه با استفاده از انواع مختلف ذخایر

شکل ۲. نتایج عملکرد بازار MAS برای ماه اوت ۲۰۲۰

شرایط شرکت در بازار توازن اوکراین

با استناد به اطلاعات ارائه‌شده، سامانه ذخیره‌سازی باتری مشتری با ظرفیت ۵ مگاوات‌ساعت با استفاده از پارامتر ± 0.4Sn در بازار MAS شرکت کرده و سرویس aFRR را ارائه خواهد داد. هنگام درخواست برای سرویس‌های متقارن FRR و aFRR، حجم تنها برای یک جهت (شارژ یا دشارژ) ذکر می‌شود و قیمت پیشنهادی نباید از مجموع قیمت‌های نهایی (Marginal Prices) برای بارگذاری و تخلیه فراتر رود (512.27 + 289.27 = 801.54). از آنجا که سطح پیشنهادات برای aFRR در حال حاضر ناکافی است، قیمت این سرویس به عنوان حداکثر ممکن یعنی ۸۰۱.۵۴ (ریونی اوکراین بر مگاوات بدون مالیات بر ارزش افزوده) پذیرفته می‌شود.

خرید و فروش برق در بازار توازن [12, 13] مطابق با مقررات بازار برق اوکراین [14, 15] و با اعمال قیمت‌های عدم تعادل IMSP (ریونی اوکراین بر مگاوات‌ساعت) [12] انجام خواهد شد. حق‌الانتقال و حق توزیع (منطقه وینیتسیا) به ترتیب ۲۴ و ۱۵ کوپک بر کیلووات‌ساعت است.

نمونه عملیاتی سامانه ذخیره‌سازی باتری ۵ مگاوات‌ساعتی

فرض می‌شود سامانه ذخیره‌سازی باتری با ظرفیت ۵ مگاوات‌ساعت و عمق تخلیه ۸۰٪ از سرویس‌های متقارن به شرح زیر بهره‌برداری کند:

• ساعت ۰۰:۰۰ – ۰۱:۰۰: در اتصال اولیه به شبکه با باتری‌های خالی، عملیات شارژ از طریق خرید برق در بازار توازن به میزان ۳.۲۵۵ مگاوات‌ساعت انجام می‌شود. نتیجه آنکه ظرفیت سامانه به ۳.۱ مگاوات خواهد رسید. مقدار ۳.۲۵۵ مگاوات‌ساعت شامل موارد زیر است:
  • ۲ مگاوات‌ساعت – برق متقارن در عمق تخلیه ۸۰٪ (یعنی ۵×۰.۸/۲ = ۲ مگاوات‌ساعت) که برای استفاده از ذخیره aFRR در نظر گرفته شده است؛
  • ۱ مگاوات‌ساعت – برای تأمین برق باقیمانده در باتری‌ها در همین عمق تخلیه (یعنی ۵×(۱-۰.۸) = ۱ مگاوات‌ساعت)؛
  • ۰.۱۵۵ مگاوات‌ساعت – معادل ۵٪ تلفات از کل ۳.۱ مگاوات‌ساعت در فرآیند شارژ.
• ساعت ۰۱:۰۰ – ۰۲:۰۰: بر اساس دستور دیسپچر، ذخیره aFRR از سامانه باتری متصل فراخوانده می‌شود. میزان ۲ مگاوات‌ساعت با قیمت بازار توازن و با دریافت حق‌الآمادگی به شبکه تحویل داده می‌شود. با احتساب ۵٪ تلفات در اینورتر، مصرف کل به ۲.۱ مگاوات‌ساعت خواهد رسید. ظرفیت باقیمانده سامانه در پایان این ساعت ۱ مگاوات‌ساعت خواهد بود.
• ساعت ۰۲:۰۰ – ۰۳:۰۰: تأسیسات مجدداً با خرید ۲.۲۰۵ مگاوات‌ساعت برق در بازار توازن شارژ می‌شود (از این مقدار، ۰.۱۰۵ مگاوات‌ساعت معادل ۵٪ تلفات است). در نتیجه، ظرفیت سامانه به ۳.۱ مگاوات‌ساعت افزایش می‌یابد.

در ساعات بعدی، سامانه به‌صورت چرخه‌ای با شارژ/دشارژ هر ساعته تا پایان روز عمل خواهد کرد، مشابه بازه زمانی توصیف‌شده از ۰۱:۰۰ تا ۰۳:۰۰. محاسبه کلی در شکل ۳ نشان داده شده است.

تراز خالص جریان‌ها برای روز اول ۳.۵۱- مگاوات‌ساعت و برای روز دوم و تمام روزهای پس از آن ۲.۴۶- مگاوات‌ساعت است. این تفاوت ناشی از آن است که سامانه در روز اول از نقطه صفر شروع به کار می‌کند. برای چنین سامانه‌های ذخیره‌سازی با این ظرفیت و توان، درآمد روزانه ۱۹,۱۱۴.۹۰ ریونی اوکراین (شامل مالیات بر ارزش افزوده) برآورد می‌شود. مطابق محاسبات، تراز میانگین جریان‌های روزانه برابر با ۲,۴۹۵ مگاوات‌ساعت است.

شکل ۳. محاسبه برنامه روزانه عملکرد سامانه ذخیره‌سازی باتری

شکل ۴. نمودار تغییرات قیمت در بازار توازن (محور راست) و تغییرات جریان نقدینگی (محور چپ) در طول یک روز

نتیجه‌گیری

پیش‌نیازهای استقرار سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی شامل رشد پیوسته تولید تضمین‌نشده انرژی‌های تجدیدپذیر و پایان عمر مفید بخش بزرگی از ظرفیت نیروگاه‌های حرارتی است. این نیروگاه‌ها امروزه همراه با نیروگاه‌های برق‌آبی، ابزارهای اصلی توازن سامانه انرژی محسوب می‌شوند و تأثیر قابل‌توجهی بر ایمنی عملیاتی سامانه انتقال برق اوکراین دارند.

از آنجا که استقرار فناوری‌های جدید نیازمند سرمایه‌گذاری است، در این مقاله مدل ریاضی عملکرد باتری در بازار روز قبل، بازار توازن و بازار خدمات اضافی توسعه یافته است. این مدل امکان تعیین دوره بازگشت سرمایه چنین پروژه‌ای را هنگام ارائه خدمات اضافی به اپراتور سامانه انتقال فراهم می‌کند.

منابع

[1] Lezhnyuk P. D. Otsinyuvannya yakosti elektropostachannya v mistsevykh elektrychnykh systemakh z riznotypnymy vidnovlyuvalʹnymy dzherelamy enerhiyi / P. D. Lezhnyuk, V. O. Komar, S. V. Kravchuk, I. V. Kotylko, I. O. Prokopenko // Visnyk Kharkivsʹkoho natsionalʹnoho tekhnichnoho universytetu silʹsʹkoho hospodarstva imeni Petra Vasylenka. – 2018. – Vyp. 195 – S. 23-25.

منابع

[2] Blinov I.V., Parus YE.V., Ivanov H.A. تحلیلی بر ساختار بازار انرژی الکتریکی اوکراین با محدودیت‌های مالی در OES Ukraine. Pr. In‑tu Elektrodynamiky NAN Ukraine. 2016. Vyp.45. S. 34 – 39. (مدل‌سازی بازار)

[3] Kyrylenko O.V., Blinov I.V., Parus YE.V. ارزیابی عملکرد ایستگاه‌های الکتریکی به‌منظور تأمین خدمات کمکی با اولویت‌های اول و دوم در OES Ukraine. Tekhnichna elektrodynamika. 2013. № 5. S. 55 – 60. (مدیریت انرژی)

[4] Feng L, Zhang JN, Li GJ et al (2016) کاهش هزینه سیستم ذخیره‌سازی انرژی ترکیبی با در نظر گرفتن ارتباط بین نیروگاه‌های بادی و خورشیدی. Prot Control Mod Power Syst 1(1): http://doi.org/10.1186/s41601-016-0021-1. (سیستم ذخیره‌سازی انرژی)

[5] Chen Q, Liu D, Lin J et al (2015) مدل‌های تجاری و مکانیسم‌های بازار اینترنت انرژی (1). Power Syst Technol 11(39): doi 10.1109/HICSS.2001.927035. (اینترنت انرژی)

[6] Li H, Abinet TE, Zhang JH et al (2017) بهینه‌سازی مدیریت انرژی برای میکرگریدهای صنعتی با نفوذ بالا از منابع تجدیدپذیر. Prot Control Mod Power Syst 2(1): https://doi.org/10.1186/s41601-017-0040-6. (مدیریت بهینه انرژی)

[7] K. Vatanparvar و M. A. Al Faruque, “کاوش فضای طراحی برای سودآوری یک مدل کسب‌وکار مبتنی بر قاعده در یک میکرگرید مسکونی”. IEEE Trans. Smart Grid 6(3): 1167‑1175, مه 2015, doi: 10.1109/TSG.2014.2380318. (مدل کسب‌وکار)

[8] R. Hidalgo‑León و همکاران، “مطالعه‌ای بر سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS)، کاربردها و تأثیرات محیطی در سیستم‌های برق”. 2017 IEEE Second Ecuador Technical Chapters Meeting (ETCM), 2017, صفحات 1‑6, doi: 10.1109/ETCM.2017.8247485. (سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری)

[9] D. Wu, Q. Gui, W. Zhao, J. Wang, S. Shi و Y. Zhou, “تحلیل بهینه‌ساز سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) برای ایستگاه شارژ سریع با تمرکز بر بهینه‌سازی چندلایه”. 2020 IEEE 3rd Student Conference on Electrical Machines and Systems (SCEMS), 2020, صفحات 658‑662, doi: 10.1109/SCEMS48876.2020.9352324. (سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری)

[10] Faktychni hranychni tsiny na DP na 2020 rik [Elektronnyy resurs] // NEK Ukraine: [ofitsiynyy veb‑portal]. – دسترسی: https://ua.energy/wpcontent/uploads/2020/04/Granychni‑tsiny_2020_red3.pdf

[11] Reyestr odynytsʹ nadannya dopomizhnykh posluh na 30.09.2020 // NEK Ukraine: [ofitsiynyy veb‑portal]. – دسترسی: https://ua.energy/wp-content/uploads/2020/09/Reyestr‑PDP_30.09.2020.pdf

[12] Detali auktsioniv za dopomohoyu Hrafika provedennya auktsioniv // NEK Ukraine: [ofitsiynyy veb‑portal]. – دسترسی: https://ua.energy/uchasnikam_rinku/balansuyuchyjrynok-ta-rynok-dopomizhnyh-poslug/dopomizhniposlugy/auktsioni-na-dopomizhni-poslugy-2020-j-rik

[13] Rezultaty rynku dopomizhnykh posluh za serpenʹ 2020 roku (OES Ukraine + Burshtyn) // NEK Ukraine: [ofitsiynyy veb‑portal]. – دسترسی: https://ua.energy/peredacha-idyspetcheryzatsiya/dyspetcherska-informatsiya/dopomizhniposluhy

[14] Faktychni tsiny nebalansiv // NEK Ukraine: [ofitsiynyy veb‑portal]. – دسترسی: https://ua.energy/uchasnikam_rinku/rezultaty-balansuyuchogorynku-2/#1590479495816-2c212666-d2fa

[15] Robota rynku elektroenerhiyi za serpenʹ 2020 roku https://www.slideshare.net/Ukrenergo/2020-238748424

[16] Kodeks systemy peredachi. (Postanova NKREKP vid 14.03.2018 № 309).

[17] Pravyla rynku (Postanova NKREKP vid 14.03.2018 № 307).

نویسندگان: استاد، دکتر علوم فنی پترو لژنیوک، دانشگاه ملی فنی وینیتسیا، بزرگراه خملنیستکی، 95، 21021 وینیتسا، اوکراین، ایمیل: lezhpd@gmail.com؛ مدرس ارشد، دکتر علوم فنی یولیا مالوگولکو، دانشگاه ملی فنی وینیتسیا، بزرگراه خملنیستکی، 95، 21021 وینیتسا، اوکراین، ایمیل: malogulko.y.v@vntu.edu.ua؛ ایهور پروکوپنکو، دانشگاه ملی فنی وینیتسیا، بزرگراه خملنیستکی، 95، 21021 وینیتسا، اوکراین، ایمیل: delfin11071994@gmail.com.

منبع و شناسه ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033‑2097، R. 97 NR 10/2021. doi:10.15199/48.2021.10.05

منتشر شده توسط PQBlog

مهندس برق

پرسش‌های متداول

پروژه هدف اصلی مدل‌سازی ریاضی سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری چیست؟

تحقیق هدف اصلی امکان ارائهٔ خدمات از رزرو‌های خودکار بازگشت به فرکانسی و ایجاد رابطه‌های قیمت‑قیمت با ویژگی‌های فنی‑اقتصادی این سامانه‌هاست.

چگونه هزینه‌های انباشت و نگهداری یک واحد انرژی در matriz مدلschriftiven می‌شود؟

در تابع هدف هزینه‌های کاهش انباشت یک واحد برق، هزینهٔ نگهداری و درآمدهای حاصل از ارائه خدمات در بازار را به‌عنوان معیارهای démonstrate در نظر می‌گیرند.

Rossagerهای تعریف‌شده در قانون بازار برق اکراین شامل چه ویژگی‌هایی هستند؟

RSR، FRR و RR هر کدام زمان فعال‌سازی (نه بیش از ۱۵ یا ۳۰ دقیقه) و شرایط تحویل پایدار را دارند؛ از این روrsat می‌توان برای حفظ ثبات فرکانسی و ولتاژ استفاده کرد.

چرا سامانه‌های ذخیره‌سازی باتری می‌توانند در بازار خدمات اضافه سود بگیرند؟

چون می‌توانند با کاهش هزینهٔ انباشت، بهینه‌سازی عملکرد و ارائه خدمات تعادل و پشتیبان‌گیری به سامانه انتقال کمک کنند و به‌علاوه درآمدهای قابل‌توجهی از بازار کسب کنند.

منبع: powerquality.blog