如何看待特斯拉在澳大利亞所建最大電池組

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與其相忘江湖不如點「楚電說」關注

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新華社堪培拉３月１３日電（記者趙博）澳大利亞能源市場運營機構近日公布的一份電力調查報告讓南澳大利亞州供電問題成為澳媒體關注焦點，也吸引了美國特斯拉汽車公司首席執行官埃隆·馬斯克的關注，他建議安裝電池組保障供電安全。

２０１６年９月２８日，多年不遇的強風和暴雨襲擊南澳大利亞州，破壞了電力基礎設施並導致全州電力供應中斷；今年２月９日，阿德萊德市連續高溫導致用電緊張，澳大利亞能源市場運營機構不得不對部分地區斷電，使４萬民眾受到影響。

對此馬斯克說，特斯拉將為南澳州提供解決方案。特斯拉公司表示，如果澳大利亞政府允許，那麼他們將在１００天之內為南澳州安裝１００兆瓦至３００兆瓦的新型Ｇｉｇａｆａｃｔｏｒｙ電池組，以防南澳州再次發生大面積斷電事故。特斯拉公司稱，目前公司還沒有３００兆瓦電池組，不過正在生產。

馬斯克的想法得到了澳大利亞總理特恩布爾的回應。特恩布爾１３日在推特上說，非常感謝與馬斯克在能源存儲方面的討論，它能為解決能源負擔起到至關重要的作用。

特斯拉公司已在美國加利福尼亞州成功安裝了一個８０兆瓦的電池組，能夠在４個小時內為約１．５萬個家庭供電，以應對電廠事故等突發情況。南澳５０％以上的電力由太陽能和風能生產，電力輸出不穩定，需要存儲介質才能向電網輸入穩定的電流。馬斯克提出的方案正是用電池作為存儲介質，符合南澳州的需求。

隨著電池生產技術進步，價格在逐年下降，投資回報逐漸大於安裝和運行成本。馬斯克的解決方案很可能得到澳大利亞政府的批准。

【稿件聲明：文章為楚電說特約稿件，如需轉載請註明出處：楚電說，切勿以任何形式刪改或抄襲，否則我們將追究侵權者的法律責任】

在接這個項目的時候，馬斯克聲稱：「100天內建成，沒按工期完成不要錢。」

賣電動車的時候咋沒見你這麼牛逼呢？23333

在這個新聞出來的時候，我個人還有研究組裡面的同事對此事是比較關注的。畢竟這項目有個頭銜：「the word』s largest lithium-ion battery」，翻譯為世界上最大的鋰離子電池（再加個組字:P）。

另外17年五月份的時候去澳洲呆了五周，就是為了跟跳槽到墨大的導師一起給澳政府首席科學家寫一篇AEMO的電力市場安全審核報告，而準備報告的原因就是去年南澳洲的集體跳閘事件，具體信息請參見:南澳大斷電之後的政府反思。

那麼「世界第一」的鋰電池組是有多大？

下圖是來源於路透社的特斯拉儲能電站實地照片，看上去是蠻屌的，成套電池櫃組裝在一起，現場觀摩估計很壯觀。

Hornsdale PR (Reuters)

但是我們來參考下他的裝機容量：輸出功率和儲能容量也「只」有100MW和129MWh。

Emmmmm，對這個數字沒有概念？那我們再來看看南澳洲的系統需求。

下圖是從AEMO獲得的2016-17南澳洲電力需求總量，其年度用電峰值大約為2900MW，平均需求量在1500MW左右。就拿平均需求來算，充滿電的電池組大約能保證整個南澳系統內6.7%的用戶，一小時不斷電。

這....有個鳥用么？

SA demand profile, Source:AEMO

另外，如果整個南澳系統崩了，那麼想通過某一個邊遠地區的電池組去保證那6.7%的負載的供電，好像操作起來也挺困難。

那麼部署這麼「小」的電池組，意義在什麼地方？

這套電池組並不是用來作為後備電源使用的，其主要任務是快速調頻，「兼職」吸收一下多餘的風力發電。

我們來參考一下這塊大電池併網後的實際運行數據，可以注意到其運行方式還是蠻不規則的，而且遠未達到滿發滿充的狀態（其最大輸出功率為100MW）：

數據來源AEMO, 圖表來源[1]

大家都知道，電力系統里發電和用電是需要實時平衡的，發電少了或用點多了，頻率會上升，反之亦然。

用電側一般是比較難調整，那個只能讓發電端去「背鍋」了。傳統的調頻服務提供方都是併網的靈活火力發電機組，但是在可再生能源比例越來越高的系統里，調頻服務的源頭卻不好解決了。

一方面，可再生能源的接入擠佔了傳統電機組的「生存空間」，導致越來越少的機組能夠併網提供調頻服務。

另一方面，越來越少的機組併網導致系統慣性的下降，從而在電力供需不平衡時，其頻率擺動的速度和幅度都會增加，如下圖所示。那麼從維護系統安全的角度來看，則需要更多的機組在線提供慣量和調頻服務。

系統頻率與系統慣量的關係，來源：知乎 Kevin Zhang博士論文

這樣一來，火電和可再生能源發電在併網安全上就成了一對彼此對立的冤家（當然，單從發電量的角度考慮，他們本來就是此消彼長的冤家:P）

這時候人們就想找點其他的設備來調頻，畢竟可再生能源才是人類的未來，得想一個一勞永逸的法子將火電肩上的擔子接過來，讓它們早點「退休」啊。這就催生一幫非同步設備來參與調頻的例子。下表列出了幾種常見的可用於調頻的非同步電源，例如風機，鋰電池，液流電池，鉛酸電池，飛輪，超級電容，光伏，高壓直流輸電以及負載（通過需求測響應機制）。

非同步電源調頻反應時間[2]

當然，要是單純的1:1替換，那也太low了，咱做事要講究效率不是？

非同步電源除了具備運行更加靈活，不擠占可再生能源發電空間以外，其極短的反應時間更給火電判了死刑。因為機械限制，傳統火電機組的一次調頻反應時間可高達6到10秒，而從上表我們可以注意到非同步電源的響應速率只需要幾十至幾百毫秒。這也就意味著，在出現頻率波動時，電池組可以更迅速的響應，從一開始降低頻率下降的速度（RoCoF），並且減小最大頻率降幅（nadir）、所以同1MW的非同步機組事實上是有可能替換好幾MW的火電機組的。更關鍵的是，火電機組有各種機械限制，而儲能則沒有，例如火電併網時有最小輸出值，還要保留足夠的運行空間，以讓機組能夠以最大功率參與頻率響應，如下圖所示。