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Omdia觀察:電信運(yùn)營商如何利用基站電池降低能源成本

2024-03-12
來源:極客網(wǎng)

來自市場研究公司Omdia的最新報(bào)告寫到,可再生能源的間歇性需要電網(wǎng)中額外的存儲容量。鋰離子電池可以滿足這種日益增長的需求,。隨著社會越來越依賴移動通信,監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會要求運(yùn)營商在蜂窩基站部署電池存儲,,以防電網(wǎng)中斷。如果運(yùn)營商使用蜂窩基站電池在夜間(電力價格便宜時)儲存電力,,并在白天(電力價格昂貴時)釋放電力,,那么蜂窩基站電池就可以收回成本,。運(yùn)營商通過為電網(wǎng)提供頻率恢復(fù)服務(wù)還可以創(chuàng)造收入。芬蘭電信運(yùn)營商Elisa開發(fā)了一種將蜂窩基站電池存儲變現(xiàn)的系統(tǒng),,并估測鋰離子儲能的投資回收期在三到五年之間,。

可再生能源的間歇性帶來挑戰(zhàn)

歐盟可再生資源發(fā)電的比例從2010年的20%左右上升到2022年的40%以上。歐盟的目標(biāo)是到2030年達(dá)到近70%,,到2050年達(dá)到80%,。雖然這有利于減少溫室氣體排放,但隨著可再生能源發(fā)電比例的上升,,間歇性的挑戰(zhàn)也在增加,。晚上沒有陽光,而且也會常常出現(xiàn)好幾天沒有風(fēng)的情況,。在這些可再生能源供應(yīng)較低的時期,,電網(wǎng)運(yùn)營商將如何彌補(bǔ)缺口呢?

一種解決方案是讓其他發(fā)電廠做好填補(bǔ)空缺準(zhǔn)備,。核電站最適合基本負(fù)荷,,因?yàn)樗鼈儫o法輕易開啟和關(guān)閉。燃?xì)廨啓C(jī)可以很快投入使用,,然而,,這會產(chǎn)生溫室氣體排放。更環(huán)保的解決方案是在供過于求(強(qiáng)烈的陽光和風(fēng))的時候儲存風(fēng)能和太陽能,,并在電力匱乏時釋放出來,。

儲能是綠色解決方案

能量存儲有多種選擇,包括壓縮空氣,、抽水蓄能以及水解等。后者需要利用能量將水分子中的氫和氧分離,,然后在燃料電池中(或通過燃燒)重新組合這些分子以釋放能量,。鋰離子電池目前并不是最便宜的儲能選擇,但隨著它們變得越來越普遍,,其成本正在下降,。鋰離子電池現(xiàn)在被用于電動汽車、筆記本電腦和智能手機(jī)當(dāng)中,。根據(jù)《Our World in Data》,,鋰離子電池的價格從1991年的7523美元/千瓦時到2018年下降至181美元/千瓦時。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)報(bào)道,,2023年,,其價格降至139美元/千瓦時。

根據(jù)美國能源部的全球儲能數(shù)據(jù)庫資料顯示,,大多數(shù)(超過70%)的大型(1MW以上)電池儲能項(xiàng)目是基于鋰離子電池的,。其他化學(xué)物質(zhì)電池(每種化學(xué)物質(zhì)的項(xiàng)目份額都不到10%)包括鈉硫電池和鉛酸電池。

移動運(yùn)營商擁有大量電池

許多移動運(yùn)營商在其網(wǎng)絡(luò)周圍分布有電池為其基站提供備用電源。下一代移動網(wǎng)絡(luò)(NGMN)聯(lián)盟最近發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)能效白皮書指出,,移動運(yùn)營商正在其RAN和核心網(wǎng)中部署更多的備用電池容量,。在電力供應(yīng)可靠的市場,NGMN估測大多數(shù)RAN站點(diǎn)的電池容量在15到30分鐘之間,。如果需要的話,,關(guān)閉某些頻段可以延長電池使用時間。

Omdia實(shí)踐負(fù)責(zé)人James Crawshaw表示,,繼汽車行業(yè)之后,,電信行業(yè)是世界上最大的電池用戶之一,與公用事業(yè)和能源行業(yè)并列,。眼下的許多電池都是鉛酸電池,,根據(jù)Yudhistira等人的研究,鉛酸電池沒有鋰離子電池環(huán)保,。因此,,許多移動運(yùn)營商正逐漸用鋰離子電池取代鉛酸電池。

芬蘭電信運(yùn)營商Elisa是在網(wǎng)絡(luò)中較早采用鋰離子電池的公司,,并發(fā)現(xiàn)鋰離子電池具備雙重功能:作為電網(wǎng)斷電時的備用電源,,以及作為儲存多余電能并在需要時將其釋放回電網(wǎng)的方式。這有助于電網(wǎng)運(yùn)營商處理可再生能源的間歇性問題,,并降低電信公司的能源成本,。

Elisa分布式儲能解決方案

Elisa打造了一種所謂的分布式能源存儲(Distributed Energy Storage,DES)解決方案,利用備用電池的部分容量從電網(wǎng)吸收多余的電力,,并在需要時(負(fù)荷轉(zhuǎn)移)將其釋放回電網(wǎng),。這對電網(wǎng)運(yùn)營商有利,也能夠幫助電信運(yùn)營商創(chuàng)收,,因?yàn)樵诋a(chǎn)能過剩時期購買的電力比在高需求時期賣回電網(wǎng)的電力要便宜得多,。

然而,根據(jù)Elisa的分析,,移動運(yùn)營商更大的經(jīng)濟(jì)潛力可能將來自參與自動頻率恢復(fù)儲備(aFRR)市場,。電網(wǎng)中的交流電必須保持恒定的頻率(世界大部分地區(qū)為50赫茲,美洲為60赫茲),。偏差大于1%可能會損壞電氣設(shè)備和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,。

頻率恢復(fù)

電網(wǎng)運(yùn)營商有多種機(jī)制將頻率保持在這個嚴(yán)格的范圍內(nèi)。首先,,連接到電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有慣性,,可以在數(shù)秒內(nèi)抵抗頻率的降低。如果電網(wǎng)頻率持續(xù)下降,,則會啟動二次響應(yīng)或自動頻率恢復(fù)儲備(aFRR)以恢復(fù)正常頻率,。aFRR服務(wù)通常由水力發(fā)電廠和抽水蓄能設(shè)施(可在幾秒鐘內(nèi)開始發(fā)電)或可在幾分鐘內(nèi)聯(lián)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)提供,。考慮到抽水蓄能設(shè)施的可用性有限以及燃?xì)廨啓C(jī)的溫室氣體排放,,許多市場的監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在考慮將電池儲能系統(tǒng)作為一種潛在的頻率恢復(fù)手段,。

經(jīng)過2022年夏季對200個蜂窩基站進(jìn)行試驗(yàn)后,Elisa的分布式儲能解決方案獲得了芬蘭傳輸系統(tǒng)運(yùn)營商(Fingrid)的技術(shù)資格預(yù)審驗(yàn)收,,可參與aFRR市場,。Elisa還于2023年12月獲得認(rèn)證,可為干擾頻率控制儲備(FCR-D)提供服務(wù),,這需要比aFRR更快,、更精確的控制行動。

DES組件

Elisa的智能能源管理系統(tǒng)確保電池容量得到最佳的收益和運(yùn)營效果,。該解決方案有三個組成部分:

·頂層規(guī)劃器(top-level planner):使用不同電力平衡市場的供需數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,,并確定在任何給定時間分配多少容量用于負(fù)載轉(zhuǎn)移或電網(wǎng)平衡(aFFR)。

·中間層(middle layer):負(fù)責(zé)監(jiān)督電力流動和基站電力設(shè)備的狀況,,以確保資產(chǎn)的最佳利用,,包括電池的使用壽命。

·控制器(controller):選擇應(yīng)該調(diào)整哪些特定單元(例如,,關(guān)閉某些頻段)以響應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)移計(jì)劃的變化或電網(wǎng)運(yùn)營商的平衡需求,。

DES的收入潛力

根據(jù)Elisa的估測(見下圖),在芬蘭的200個蜂窩基站(約占其覆蓋范圍的10%)部署DES解決方案,,每月可從aFRR中產(chǎn)生3萬至6萬歐元的收入,,并且節(jié)省了負(fù)載轉(zhuǎn)移,這為該運(yùn)營商帶來了額外的好處,。每月4.3萬歐元的平均收入大約是Elisa目前在這200個蜂窩基站的電力支出的一半,。

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