Trong lưu ý này, tôi muốn chỉ ra rằng pin 6GW/8 giờ là lựa chọn tốt hơn so với trạm thủy điện được bơm 2 GW/24 giờ, mặc dù tuổi thọ của nó ngắn hơn và chi phí cao hơn một chút.
Nguồn: Engie
Pin có thể cung cấp độ bền cao hơn nhiều so với hệ thống thủy điện được bơm, chúng có thể cung cấp tất cả các dịch vụ hệ thống mà Queensland sẽ cần và có khả năng hỗ trợ mạng truyền tải thay vì yêu cầu thêm hàng tỷ đô la truyền dẫn. Tất nhiên, dù sao thì việc truyền tải cũng có thể cần thiết.
Theo tôi, thông tin được công bố gần đây rằng trạm thủy điện được bơm Borumba của Queensland sẽ tiêu tốn 14 tỷ đô la cho hoặc 2GW lưu trữ trong 24 giờ = 48GWh, theo tôi là một lý do chính đáng để Queensland xem xét lại các lựa chọn của mình.
Pin có chi phí vốn cao hơn so với thủy điện được bơm mặc dù sự khác biệt dựa trên Borumba ít hơn nhiều so với chúng ta thường nghĩ. (Xem bảng ở cuối tài liệu.)
Ngoài ra, Pumped Hydro sau khi được chế tạo có thể được dự kiến sẽ tồn tại trong 50 năm hoặc hơn. Pin, hay còn được gọi là BESS (hệ thống lưu trữ năng lượng của pin), thường có tuổi thọ 20 năm dựa trên số chu kỳ định mức mỗi năm.
Đó là kết thúc của những lợi thế của thủy điện được bơm. Những nhược điểm bao gồm các vấn đề lớn về giấy phép xã hội, thời gian xây dựng lâu, tỷ lệ học tập rất thấp, chi phí thấp, khả năng hạn chế (so với BESS) để cung cấp các dịch vụ hệ thống (quán tính ảo, khởi động đen) và thường là rất nhiều đường truyền.
Tuy nhiên, điều hiển nhiên mà tôi có được là công suất tối đa của thủy điện được bơm và tính linh hoạt trong cấu hình là không tồn tại. Nếu bạn xây dựng một trạm thủy điện được bơm 2GW/24 giờ, tốt nhất bạn có thể cung cấp 2GW điện trong 24 giờ.
Ngược lại, một BESS có cùng dung lượng lưu trữ như Borumba có thể được cấu hình theo cách bạn muốn. Bạn có thể định cấu hình 48GWh của mình thành 2GW trong 24 giờ, 4GW trong 12 giờ, 8GW trong 6 giờ, v.v.
Giả sử BESS của bạn được định cấu hình là 6GW dung lượng lưu trữ trong 8 giờ. Đó là năng lượng tương tự (48GWh) như Borumba. Bạn có thể chạy nó dưới dạng 6GW hoạt động trong tám giờ hoặc bạn có thể chạy 2GW trong tám giờ, sau đó là 2GW tiếp theo rồi đến 2GW cuối cùng.
Bạn nhận được 2GW/24 giờ giống như thủy điện được bơm. Nhưng bây giờ bạn có thể tận dụng tất cả các cơ hội khi bạn cần hơn 2GW nhưng chỉ trong vài giờ.
Xác nhận điều hiển nhiên với một mô hình
Do công việc trước đây, thật dễ dàng để thiết lập trong mô hình ITK rất khiêm tốn của tôi (không thể so sánh với các tên lửa vũ trụ như Plexos) một thiết bị thủy điện được bơm 2GW, hoạt động 24 giờ và cũng để so sánh một BESS 6GW 8 giờ.
Cách thức hoạt động của những mô hình này hoàn toàn là cơ học. Tôi bắt đầu tài sản lưu trữ ở mức đầy 80%. Cứ sau nửa giờ, nếu nhu cầu vượt quá năng lượng tái tạo có thể thay đổi (VRE), thì tài sản lưu trữ sẽ cố gắng lấp đầy khoảng trống tùy theo công suất tối đa và lượng năng lượng mà nó có. Nếu nó không có đủ năng lượng thì nó sẽ cung cấp cho đến khi cạn kiệt.
Điều ngược lại sẽ đúng nếu cung vượt quá cầu của VRE. Trong trường hợp đó, tài sản lưu trữ cố gắng lưu trữ phần dư thừa tùy thuộc vào sức mạnh và trạng thái sạc của nó. Bất kỳ nguồn cung dư thừa nào còn lại đều bị đổ ra ngoài và được ghi nhận là nhu cầu tăng ròng âm.
Kết quả cho thấy tài sản thường xuyên trống hoặc đầy vì Queensland cần hơn 48GWh dung lượng lưu trữ và hơn 6GW năng lượng ổn định sau khi được cung cấp 100% VRE vào khoảng năm 2040 theo quan điểm của ISP.
Trong trường hợp này, cả hai tài sản được giả định là có hiệu suất khứ hồi 75% (mặc dù BESS có thể đạt được 85%)
Trong bài tập này, tôi chỉ so sánh hiệu suất của chúng đối với năm tài chính giả định năm 2045 ở QLD. Nhưng kết quả có thể rất dễ dàng được mở rộng. Thành thật mà nói, tôi chỉ lười biếng.
Lưu ý rằng mô hình của tôi sử dụng dữ liệu ISP, nếu Queensland xây dựng VRE của mình theo tốc độ dự báo của kế hoạch năng lượng và Việc làm thì nó sẽ đạt 100% VRE vào khoảng năm 2035. Vì vậy, mặc dù ghi chú này tập trung vào năm tài chính 45 nhưng cũng có thể vào năm tài chính 35 theo thời gian biểu của chính phủ Queensland .
Trước hết, tôi hiển thị ngày trung bình trong năm tài chính 45 cho Queensland. Dữ liệu nguồn về cơ bản là từ dữ liệu do AEMO cung cấp như một phần của tài liệu ISP 2022. Tất cả tính toán và điều chỉnh tất nhiên là của riêng tôi.
Như đã nêu trong lưu ý trước, đến năm 2045, một số nhu cầu hydro được đưa vào và AEMO đã ước tính cẩn thận quá trình điện khí hóa và xe điện, đồng thời thay đổi hình dạng nhu cầu cho phù hợp.
Điều quan trọng là phải hiểu rằng kho lưu trữ phải đối phó với hạn hán do gió và mặt trời cũng như đối phó với thời gian trung bình trong ngày. Tuy nhiên, thật thú vị khi xem xét tình huống phổ biến nhất.
Về cơ bản, tôi đã so sánh hiệu suất của Borumba với BESS 6GW/8 giờ bằng cách xem xét nhu cầu ổn định còn lại sau khi vận hành bất kỳ tài sản lưu trữ nào mà tôi đang lập mô hình. Cả tôi và bất kỳ ai khác đều không gợi ý rằng một mình Borumba có thể cung cấp tất cả chất làm cứng cần thiết trong nguồn cung cấp điện đã khử cacbon ở Queensland.
Biểu đồ sau đây cho thấy nhu cầu còn lại để làm săn chắc cho cả hai hệ thống sử dụng dữ liệu trung bình. Các trung vị không nắm bắt được các điểm cực đoan (các trường hợp cạnh) nhưng theo tôi, chúng vẫn cung cấp một chế độ xem hữu ích.
Theo thước đo này, chúng ta có thể thấy rằng BESS 6GW vượt trội hoàn toàn so với tài sản thủy điện được bơm 2GW. Sử dụng giá trị trung bình, 6GW dung lượng lưu trữ trong 8 giờ có nghĩa là không cần làm cứng vào buổi tối nhưng sử dụng Borumba vẫn sẽ cần thêm 3GW năng lượng làm cứng vào buổi tối.
BESS không hoạt động tốt vào buổi sáng, có lẽ vì nó trống trong nhiều ngày, nhưng ngay cả như vậy, vì nó có thể sạc lại ở mức 6GW thay vì 2GW, nên nó vẫn hoạt động tốt hơn Borumba.
Người tiêu dùng lớn và nhỏ không quan tâm đến năng lượng tràn ra, họ chỉ quan tâm đến việc có đủ năng lượng để chạy như họ muốn.
Vì vậy, đối với biểu đồ tiếp theo này, tôi chỉ hiển thị kết quả khi nhu cầu vượt quá VRE. Trong năm được lập mô hình này (FY45) đã xảy ra vào 9867/17520 = 56% của nửa giờ. Nhu cầu trung bình trong nửa giờ đó là 11,6GW và sản lượng VRE trung bình là 7,4GW.
Biểu đồ sau đây cho thấy tổng nhu cầu tích cực trong 30 ngày (tính bằng GWh) sau khi vận hành tài sản lưu trữ của chúng tôi. Đó là, chúng tôi chạy hệ thống với Borumba và sau đó chạy hệ thống với BESS. Các tài sản hoạt động trong suốt nửa giờ (tức là được sạc lại khi cung vượt quá cầu) nhưng biểu đồ chỉ cho thấy chúng hoạt động như thế nào khi cầu vượt quá cung VRE.
Một lần nữa, kết quả rõ ràng ủng hộ BESS. Thông thường, hệ thống có 6GW BESS cần ít hơn khoảng 0,8TWh chất làm rắn bổ sung mỗi tháng so với hệ thống có tài sản thủy điện được bơm 2GW Borumba. “Net” có nghĩa là sự khác biệt giữa kết quả Borumba và BES.
Trong năm tài chính 45 ở Queensland, tháng 2 là tháng tồi tệ nhất
Tất cả các phân tích này coi Queensland là một hòn đảo. Đó là một cách tồi tệ để làm mọi thứ. NSW và Queensland có các hệ thống gió rất bổ sung cho nhau và sự kết nối chặt chẽ giữa hai bang sẽ mang lại lợi ích to lớn cho cả hai.
Trong một lưu ý khác, tôi sẽ hiển thị lại kết quả đó. Tuy nhiên, coi Queensland là một hòn đảo, nhu cầu làm săn chắc lớn nhất đến vào tháng Hai.
Vì vậy, nhìn vào tháng 2 năm 2045, nửa giờ sau nửa giờ, hình dưới đây cho thấy trạng thái sạc, tính bằng MWh, (tối đa là 48.000 khi bộ lưu trữ đầy cho cả hai hệ thống).
Biểu đồ cho thấy cả hai hệ thống thường xuyên ở trạng thái không sạc nhưng năng lượng bổ sung của pin có nghĩa là nó có thể sạc lại dễ dàng hơn nhiều so với tài sản Borumba có công suất thấp hơn và đây là điều cho phép nó dễ dàng vượt trội hơn Borumba.
Và để minh họa thêm, biểu đồ sau đây cho thấy kết quả mô hình cho ngày 21 tháng 2 năm 2045.
Một ngày bắt đầu với BESS hoặc Borumba trống rỗng do đã hết sạch vào buổi tối hôm trước. Không tài sản nào có thể làm bất cứ điều gì cho đến khi sản lượng mặt trời tăng lên.
Sau đó, vì có đủ nắng, BESS có thể đạt được trạng thái sạc (SOC) cao hơn nhiều và do đó có thể đóng góp nhiều hơn cho nhu cầu buổi tối. Lưu ý rằng các dòng SOC tính bằng MWh nhưng các dòng khác tính bằng MW. (Chú thích cuối trang: Tôi không thể tìm ra cách làm cho biểu đồ đơn giản hơn.)
Hình 6 So sánh các hệ thống vào ngày có VRE thấp. Nguồn: ITK
Cuối cùng, tôi đưa ra một số con số thực tế đã được sử dụng để biên soạn Hình 6. Một lần nữa, hãy lưu ý rằng khi tài sản lưu trữ đang sạc, nó sẽ mất một phần năng lượng để chạy máy bơm hoặc, trong trường hợp BESS, cho các tổn thất khác.
Trong bảng dưới dạng một tập hợp con của các con số cho thấy:
Kinh tế học
Như đã thảo luận, BESS sẽ có tuổi thọ ngắn hơn so với thủy điện được bơm và cũng có khả năng chi phí bảo trì cao hơn nhưng có thể được xây dựng nhanh hơn nhiều. BESS cũng có thể cung cấp doanh thu bổ sung bằng cách quản lý tần số lưới điện.
BESS có thể được đặt dọc theo lưới điện hiện có, có khả năng cung cấp thêm công suất lưới điện nhưng cụ thể là nó nên tránh hầu hết, nếu không muốn nói là tất cả việc truyền tải mà Borumba yêu cầu.
Trong lưu ý cuối cùng của tôi, tôi đã có một cái nhìn rộng rãi về chi phí Borumba được công bố là 14 tỷ đô la và cho rằng nó bao gồm cả đường truyền liên quan. Một số bài đọc thêm khiến tôi có xu hướng tin rằng Borumba hiện có giá 14 tỷ đô la cộng với đường truyền. Nếu đúng như vậy, BESS có sự khác biệt nổi bật so với Borumba
Khi bạn đã chọn Borumba, bạn sẽ cần ít nhất 2000MW nữa để củng cố và có thể là 4000MW nữa để bắt kịp với những gì BESS 6GW/8 giờ có thể làm.
Vì vậy, đột nhiên tôi hỏi, tại sao rất quan tâm đến Borumba? Đúng là số BESS của tôi hơi dài, rất nhiều chi phí giả định đã giảm, không có chi phí truyền dẫn. Tuy nhiên, tôi vẫn nghĩ nếu đó là tôi, tôi sẽ nhìn lại.
