大規模-BESS: サイジング、送電網接続、コストと収益

大規模な蓄電池システム（BESS）は、外から見ると、コンテナの列、変電所、柵で囲まれた庭など、ほとんど退屈に見えます。-ただし、その造船所が今後 15 年間収益を上げるか、それとも動きの遅い負債に変わるかは、通常、コンテナがサイトに到着するずっと前に、サイジングの決定、相互接続の申請、および保証の詳細な部分で決定されます。-

ユーティリティ規模のストレージの紹介のほとんどは、コンポーネントを列挙するだけで終わります。{0}最初に読む分にはこれで問題ありませんが、実現可能性調査を見つめて 2{2}} 時間のシステムと 4- 時間のシステムのどちらを選択するかを決定しようとしている場合や、相互接続アプリケーションがなぜ 2 年間もキューに残っているのか疑問に思っている場合には、あまり役に立ちません。このガイドは、その 2 番目の状況に向けて書かれています。つまり、大規模 BESS とは実際どのようなものなのか、サイジングと期間がビジネス ケースをどのように再形成するのか、実際にグリッド接続にどのようなことが関係するのか、資金はどこに行き、どこから戻ってくるのか、そしてパフォーマンスの悪いプロジェクトで何度も現れる間違いです。-

大規模 BESS とは実際何ですか?{0}

大規模 BESS は、電力網または電力網に構築された蓄電池システムです。{0}ユーティリティスケール- は通常、電力のメガワット（MW）とエネルギーのメガワット時（MWh）- で評価され、単一の建物のメーターの後ろに設置されるのではなく、ネットワーク側、または大型の発電機や産業用負荷の横に接続されます。

小規模な商用システムとの違いはサイズだけではありません。大規模な BESS は、ディスパッチ可能なグリッド資産として扱われます。つまり、価格シグナル、グリッド運営者の指示、または発電プロファイルに応答し、10 年以上にわたって契約された基準に従ってパフォーマンスを維持することが期待されるものです。-

一般的な接続ポイントには次のものがあります。

• スタンドアロンのストレージ資産としての送電または配電変電所
• 太陽光発電施設。同じ設置または DC 結合構成で同じ相互接続点を共有します。{0}{1}
• 風力発電所、出力を平滑化し、エネルギーをより価値の高い時間にシフト{0}}
• 大規模な工業用地またはエネルギーパーク、デマンド料金と信頼性の管理

アプリケーションは、接続ポイントから順に、エネルギー裁定取引、周波数応答やその他の系統安定化サービス、容量の供給、再生可能エネルギーの確保、電力削減の削減、混雑緩和、重要な負荷のバックアップ電力などです。{0}

システムの内部: ユーティリティ スケール ストレージのコア コンポーネント-

動作ロジックは簡単に説明します。システムは、電気が豊富または安いときに充電し、不足または高価なときに放電します。これを大規模に行うと複雑になるのは、システムが通常、卸売価格の予測、付随的な市場価格、送電網オペレータの派遣指示、契約上の義務、および独自の充電状態と劣化の制限など、複数のシグナルを一度にバランスさせているためです。-間違ったタイミングでバッテリーが放電すると、収益機会を逃すだけではありません。 1 時間後に容量義務を満たすのに十分なエネルギーが残っていない可能性があります。

の8つのコアコンポーネントこれを可能にするのは独立した設計の選択ではなく、-それぞれが他のものを制約します。

C{0} レートの高いアプリケーションでは、どの化学反応と冷却設計が機能するかが制限されます。-グリッド-コードの要件により PCS が制約されます。消防法の要件により、敷地のレイアウトが制限され、その結果、利用可能な土地に実際に収まる容量も制限されます。 1 つのコンポーネントを分離して設計すると、他のコンポーネントが反発する傾向があります。

MW と MWh: 持続時間がほぼすべてを決定する理由

これは、ストレージのサイジング - に関する初期段階の会話で最も一般的な混乱点であり、経済的影響が最も大きい点です。{0}

MW電力とは、システムが特定の瞬間に供給できる電力の量です。MWhエネルギーとは、再充電が必要になるまでに合計でどのくらいの量を供給できるかです。エネルギーを電力で割ると持続時間が得られます。 100 MW / 400 MWh システムは 4 時間のシステムです--。空になるまで約 4 時間、100 MW の出力を保持できます。 100 MW / 200 MWh システムの瞬間電力は同じで、耐久性は半分です。

往復効率、補助負荷、放電限界深度-により、実際の使用可能期間は銘板の算術値をわずかに下回ります。-財務モデルは、銘板の容量ではなく、使用可能なエネルギーに基づいて構築される必要があります。

これから 2 つのことが分かります。期間は収益分析から導き出されるべきであり、その逆ではありません。-ローカル容量市場で完全なクレジットを獲得するのに 4 時間を必要とし、高速周波数応答のみが真に流動性のある市場では過剰に構築され、収益が不足している場合には 4 時間システムが合理的です。-

2 つ目は、期間要件が変更されることです。特定のシステムでのストレージの普及が進むにつれて、バッテリーが同じ期間で獲得できる増分容量クレジットはパターン - で縮小する傾向がありますNREL のストレージ先物調査ストレージの導入が米国市場全体で拡大するにつれて、関連するリソースの適切性に関する調査が行われています。一般に、稼働時間が長いシステムは、普及率が高まるにつれ、より多くの容量値を保持します。-プロジェクトのモデルが容量収益に依存している場合、資産の運用期間中に適格期間が延長した場合に何が起こるか、完全な再構築を行わずに拡張​​によってそのギャップを埋めることができるかどうかをストレステストする価値があります。-

グリッド-規模のプロジェクト向けのバッテリー化学の選択

現在、実用規模のストレージのほとんどは、リン酸鉄リチウム (LFP) を使用しており、市場にはニッケル-マンガン-コバルト (NMC) やナトリウム- イオン化学物質も使用されています。デフォルトではなく、意図的に選択する価値があります。

厳しい土地制約のない 1 日に 1 回か 2 回サイクルするほとんどの定置型プロジェクトでは、主にその熱挙動とサイクル寿命により、LFP が主流の選択肢となります。-。 NMC は依然としてその地位を獲得していますコンテナ化されたシステムここでは、1平方メートルの庭スペースが本当に不足しています。

しかし、最終的に最も重要なのは化学ではありません。保証が実際に保証するものは次のとおりです。同一の銘板仕様を持つ 2 つのシステムでは、非常に異なる保証寿命容量、異なるサイクル許容値、および補償を無効にする異なる条件が適用される可能性があります。--ヘッドライン価格を比較する前に、保証文書を 1 行ずつ読んでください。

送電網接続: ほとんどのプロジェクトが過小評価している段階

-大規模な BESS プロジェクトは、バッテリー自体の問題よりも、相互接続によって遅延または中止されています。

管轄区域と接続電圧に応じて、電力会社またはシステムオペレーターは通常、次のものの組み合わせを必要とします。

• 負荷フローと定常状態の研究- - この時点で、ネットワークは注入と引き出しをホストできますか?
• -短絡回路の研究-の追加により、障害レベルが既存の機器の定格を超えますか?
• 保護調整 - 既存の保護スキームは引き続き正しく機能しますか?
• 高調波と電力品質の分析-。インバータ ベースのリソースでは高調波が発生するため、制限内に抑える必要があります。{1}
• 動的および安定性の研究。通常は高電圧および大容量で必要です。
• 無効電力と系統-規制への準拠、電圧ライドスルーと無効電力をカバー{1}}

これらの調査はいずれもネットワークのアップグレード要件を引き起こす可能性があり、その費用は通常デベロッパー - に負担がかかり、場合によっては最初の実現可能性調査から決算までの間にプロジェクトの経済性が大幅に変更されることがあります。

タイムラインは市場によって大きく異なるため、その差異を後付けではなく計画のインプットとして扱う価値があります。接続の検討配布レベルでは数か月でクリアされる場合もあります。混雑した伝送ネットワークでは、状況は大きく異なります。ローレンス・バークレー国立研究所の待機中米国の相互接続キューを追跡したところ、相互接続要求から商用運用までの中央時間は現在、多くのプロジェクトで完了までに 5 年以上かかり、キューに入れられたプロジェクトのうち最終的に建設されるのは少数であることが判明しました。平凡な収益見通しと高速で安価な接続を備えたサイトが、優れた収益の可能性と 5 年のキューを備えたサイトに勝つことはよくあります。-}

このリスクを早期に管理するには、次の 3 つのことが役立ちます。サイトにコミットする前に、ターゲット ネットワークの公開キューと処理ステータスを確認することです。すでに吸収されているセグメントには余裕がないか、必要なアップグレードがすでに行われている可能性があるため、近くにストレージがすでに接続されている場所を確認します。{0}そして、最良のケースを想定するのではなく、強化のための偶発性を考慮して、アップグレードのリスクを明示的に見積もります。

大規模な BESS の実際の費用-

バッテリー自体は単一品目としては最大のものですが、通常は合計を大きく下回ります。現実的なコストの内訳4 つの層があります。

装置- バッテリー モジュール、ラックまたはコンテナ、PCS、変圧器、中圧開閉装置、配線、HVAC または液体冷却、火災検知と消火、EMS および SCADA ハードウェア、計量器、補助電源、サイト セキュリティ。-

プラントと建設のバランス- の土地取得または賃貸、土木工事、基礎、排水、アクセス道路、フェンス、ケーブル溝、EPC 請負業者のエンジニアリングと設置の範囲。

系統接続とソフトコスト- 相互接続申請料、ネットワーク調査、必要な補強、許可、環境評価、法律、保険、資金調達コスト、試運転およびコンプライアンス テスト。

生涯コスト- の運用とメンテナンス、保証とサービス契約、保険の更新、スペアパーツ、ソフトウェア ライセンス、市場参加費、増強: 劣化を相殺するために後から容量を追加する。

エネルギー容量が最大のコスト要素をほぼ直線的に拡大するため、期間が数値を最も大きく動かします。- 2 時間から 4 時間に変更しても、プロジェクトの総コストは 2 倍にはなりませんが、大幅に変化します。ネットワークの強化は、モデル全体の中で最も大きな変動項目です。変電所の拡張が必要な​​プロジェクトは、財政的には別のプロジェクトです。-設置場所の条件、グリッド コードと安全要件、および事前に選択した増強戦略はすべて、初期の機器見積もりにはほとんど反映されない方法で費用を追加または節約します。

よくある間違いは、$/kWh ベースだけでサプライヤーの見積もりを比較することです。同じ $/kWh の 2 つの見積もりは、範囲の境界、保証条件、必要な補助システムを実際に行ごとに比較すると、プロジェクトの総コストが大きく異なることを意味する可能性があります。

実用-規模の BESS プロジェクトがどのように収益を上げているか

大規模な BESS の収益は、通常、エネルギー裁定取引、付随サービス、容量支払い、再生可能エネルギーの確保と削減の削減、渋滞の緩和またはネットワークの延期、契約料金の取り決めの組み合わせによって得られます。-

これらの - 収益スタッキング - のいくつかを組み合わせることで、ほとんどの販売者プロジェクトが実行可能な利益を達成することができます。また、3 つの理由から、日常的にあまりにも楽観的にモデル化されています。積立義務を負うバッテリーの充電状態は、同じエネルギーを同時に自由に裁定取引することができないため、さまざまな市場からの理論上の最大値を単純に合計することはできません。積極的にスタッキングするとスループットが増加するため、劣化が促進され、保証に記載されているサイクル許容値に違反する可能性があります。そして補助市場はエネルギー市場に比べて小さい-。より多くのストレージが参入するにつれて、それらの狭い市場の価格は圧縮され、導入が拡大するにつれ、いくつかの初期のストレージ市場ですでに見られるパターンです。

より信頼性の高いアプローチは、個別の市場平均を合計して制約が自動的に解消されることを期待するのではなく、充電状態、サイクル制限、市場適格性ルールを尊重した発送シミュレーションで収益をモデル化することです。-。

実際に大きな利益をもたらすものは何か

おおよそレバレッジの順に、プロジェクトの収益が維持できるかどうかを決定する変数は次のとおりです。

価格スプレッドを実現。充電料金と放電料金の差（往復の効率を差し引いたもの）が、販売者の収益の原動力となります。{0}}全国平均ではなく、特定のノードの過去の価格データに対してテストします。

相互接続を含む総設置コスト。ネットワーク補強線は、上で説明したように、モデルが最も頻繁に破損する箇所です。{0}

可用性。収益は少数の価値の高い時間に集中するため、その時間帯にオフラインになると不釣り合いなコストがかかります -。これにより、O&M の品質が向上し、技術的な決定だけでなく、計画の財務上の決定が不要になります。

劣化と増強計画。使用や経年とともに容量が減少します。 10 年目の銘板容量を想定したモデルは、実際にはモデルではありません。

往復の効率。-すべてのパーセンテージ ポイントは、資産の耐用年数にわたるすべてのサイクルで永続的に課税されます。ラックでの DC- から -DC ではなく、補助負荷を含む相互接続点での AC- から -}AC の効率を比較します。

契約構造。有料契約は、銀行性と引き換えに利益をもたらします。マーチャントのエクスポージャーはその逆を行います。どちらが好ましいかは、どちらがより高い総合 IRR を生み出すかではなく、資金調達条件によって決まります。

安全性とコンプライアンスはオプションではありません

この規模では、安全性は技術的なものだけでなく、許可ゲート、保険条件、融資条件としても機能します-。

中核となる要素は、予防（セルの品質、BMS 設計、熱管理、過充電と過熱に対する保護）、検出（継続的な遠隔監視によるガス、煙、熱の検知）、封じ込め（コンテナの間隔、爆燃の通気口、ユニット間の伝播を制限するレイアウト）、対応（抑制システム、緊急停止、消防設備に合わせたサイズのアクセス、地元の消防当局と合意した対応計画）です。{0}

北米では 2 つの標準が面倒な作業のほとんどを行っています。NFPA855据え置き型ストレージ システムの設置、間隔、防火要件を定めています。{0}その最新版では、大規模な火災試験と爆発制御に重点が置かれています。{1}UL 9540Aこれは、熱暴走に陥ったときにシステムがどのように動作するかを評価するために使用されるコンパニオン テスト手法であり、セル、モジュール、ユニット、設置レベルのテストを通じて、設計に実際に障害が含まれているかどうかを確認します。{0}}両方に対して評価されていない機器は、再設計に費用がかかる後になって許可の問題に遭遇する傾向があります。確認中UL認証ステータスは、装備の選択の後ではなく、その前に行う価値があります。

-の許可時ではなく、実現可能な時期に-の早い段階で地元の消防当局に連絡することは、利用可能な最も安価なリスク軽減策の 1 つです。-要件は管轄区域によって大きく異なるため、間隔や抑制に対する後期段階での変更により、サイト レイアウト全体の再設計が必要になる場合があります。{4}}

グリッド-規模のバッテリープロジェクトを狂わせる間違い

• ビジネスモデルが存在する前のサイジング。「100 MW / 400 MWh」に落ち着き、そのノードで実際に利用可能な市場から電力と持続時間を得るのではなく、それを正当化する収益を探します。
• 相互接続を事務処理として扱います。これはスケジュールとコストの両方において最も大きな差異要素であり、これを管理的なものとして扱うプロジェクトは問題を発見するのが遅すぎてサイトを変更できません。{0}
• 後付けでの劣化のモデリング。安定した生産能力を仮定したり、実際のサイクルプロファイルを反映しない一律の年間割合を適用したりすると、決して現れることのない利益が生じます。
• kWh あたりの価格だけでサプライヤーを比較します。範囲、保証期間、保証された耐用年数が終了した容量、サイクル許容量を正規化しない限り、比較はあまり意味がありません。{0}{1}
• 運用中に積み重ねることができない収益を紙に積み重ねる。ディスパッチ制約なしで市場平均を合計することは、モデルが収益を過大評価する最も一般的な方法です。
• 防火要件と間隔要件を確認する前にサイトを設計します。分離距離を後で変更すると、使用可能な容量が縮小したり、新しいレイアウトが強制されたりする可能性があります。
• 補助負荷は無視します。冷却、HVAC、および制御装置は、薄いアービトラージ スプレッドで継続的に電力を消費します -。これは丸め誤差ではありません。
• 増強経路はありません。予約スペース、電気容量、または増強のための契約条項を省略すると、7 年目にはより悪い決定を余儀なくされます。
• O&M と長いリードのスペアを過小評価している。{0}予備の戦略がなければ、変圧器に障害が発生すると、数か月にわたる収益の損失が発生する可能性があります。
• 機器を選択する前のグリッド{0}}コード レビューをスキップします。調達後に PCS がライドスルー要件やリアクティブ要件を満たしていないことが判明すると、費用がかかり、修正にも時間がかかります。{0}

• よくある質問

要約する

成功した大規模な BESS プロジェクトでは、このパターンが繰り返される傾向があります。つまり、収益に関する理論が最初にあり、接続ポイントは早期に検証され、期間はマーケティングではなく市場に従い、劣化と安全性は後から発見されるのではなく設計されるものです。

スクリーニング段階では、2 つの入力により、候補ノードの過去の価格データとそのネットワークの現在の相互接続キュー ステータスの機器比較 - よりも多くの実行不可能なサイトが排除されます。収益の仮説と接続経路が検証されたら、次のステップは、プロジェクトが実際に提供する予定の市場製品に対する仕様のレビューです。続いて、最高価格ではなく、範囲、保証、保証された耐用年数が終了した容量について、同様のサプライヤーを比較します。--特定のサイトのサイジングと接続オプションを詳しく説明するのに役立つ場合は、私たちのチームに相談してください.