Leren van de leercurve: hoe het echt is om een ​​gemeenschapsbatterij in Australië te runnen

Communitybatterijen zijn een ander hulpmiddel om dit steeds meer gedecentraliseerde en bidirectionele netwerk te beheren. Hoewel het onduidelijk blijft welke rol ze zullen spelen in de energietransitie van Australië, bevindt de industrie zich op een steile en opwindende leercurve.

In Australië heeft de non-profitorganisatie Yarra Energy Foundation (YEF) onlangs een rapport gepubliceerd over de activiteiten van de gemeenschapsbatterij Fitzroy North (FN1) in het boekjaar 2023-2024.

In dit artikel worden enkele van de belangrijkste inzichten uit onze eerste twee jaar als operator van FN1 belicht.

Overzicht en context

De batterij van YEF is een 120kW/309kWh Pixii PowerShaper die oorspronkelijk in 2022 werd gelanceerd. Het is een netgekoppelde of front-of-meter-installatie, die rechtstreeks oplaadt en ontlaadt naar het net. Het verlaagt de dagspanningsniveaus op het omliggende netwerk, waardoor er meer zonne-exportcapaciteit mogelijk is en compenseert de piekbelasting op de lokale netwerkinfrastructuur.

Als opkomende technologie omvatten barrières projectkosten, beschikbaarheid van de site, markt- en netwerkintegratie, productopties en productprestaties. Veel hiervan worden naar verwachting opgelost en nemen af ​​naarmate we de leercurve berijden.

In Australië zijn batterij-energieopslagsystemen (BESS) die geschikt zijn voor woonwijken nog nieuw. Dit betekent dat de integratie met het LV-netwerk, retailers en de energiemarkt nog in ontwikkeling is. Esthetiek en geluid blijven veelvoorkomende aandachtspunten voor lokale bewoners. Gemeenschapsconsultatie voor sociale licentie is een belangrijke stap gebleken, vooral met belanghebbenden van de gemeentelijke overheid.

De community battery genereerde een omzet van AU$ 7.393 (US$ 4.690) in jaar één en AU$ 8.423 in jaar twee, voornamelijk uit groothandelsenergie-arbitrage. Gunstige netwerktarieven droegen ook ongeveer AU$ 1.000 bij in beide jaren. De reële omzet uit energie-arbitrage wordt geschat op gemiddeld ongeveer 50% van de mogelijke omzet met behulp van 'perfecte vooruitziendheid' - d.w.z. de theoretisch optimale werking van de batterij voor winstmaximalisatie.

FN1 is een proefproject en YEF heeft veel tijd besteed aan monitoring en administratie, wat niet typisch is voor andere projecten. Als zodanig zijn de operationele kosten moeilijk te schatten. Meer informatie over operationele kosten is te vinden in het Year One Performance Report. Zowel het Year One als het Year Two rapport bevatten samenvattingen van de financiële prestaties van de respectievelijke jaren voor geïnteresseerden.

Het integreren van software en het configureren van hardware-instellingen voor de Australische netwerkcontext was in het begin een uitdaging voor de communitybatterij.

Dit resulteerde in aanzienlijke downtime tijdens de energiecrisis van 2022 en aanzienlijk verlies van inkomstenkansen. De eerste les was dat piekprijsgebeurtenissen zoals de energiecrisis de gemiddelde inkomsten tijdens 'normale tijden' aanzienlijk kunnen overschaduwen. Daarom zijn de beschikbaarheid en responsiviteit van het systeem essentieel om van dergelijke kansen te profiteren.

Hieronder ziet u het eerste jaar van de werking van community battery FN1, van vroege downtime tot steady state, waarbij elke gap een operationeel probleem en de oplossing ervan aangeeft. Deze reis door jaar één benadrukt veel kinderziektes die we moesten oplossen.

De gemeenschapsbatterij werkt volgens een schema dat op regels is gebaseerd: opladen op 50% van de capaciteit tussen 10.00 en 15.00 uur wanneer er veel hernieuwbare energie is en de groothandelsprijzen voor energie laag zijn, en ontladen op 50% tussen 18.00 en 22.00 uur wanneer de vraag en de prijzen hoog zijn.

Aanvankelijk wilde YEF het systeem sturen met behulp van een optimizer die het systeem zou sturen op basis van verwachte marktprijzen om de inkomsten te maximaliseren. Hoewel de software capabel was, werd de effectiviteit ervan beperkt door de nauwkeurigheid van de gegevensinvoer. We vertrouwden op de prijsvoorspelling van de Australian Energy Market Operator, die effectief fungeert als een marktsignaal en zelden de uiteindelijke vereffeningsprijs weerspiegelt.

De uitkomsten waren dus slechter dan die van een op regels gebaseerde scheduler. Dit toont het potentieel voor betere commerciële prestaties en de waarde van een nauwkeurigere prijsvoorspelling. Dit is onze tweede les: de prestaties van een optimizer zijn afhankelijk van de nauwkeurigheid van de data-inputs – of, garbage in, garbage out.

De derde les was om rekening te houden met de kloof tussen de theoretische en de werkelijke prestaties van een batterij. BESS-fabrikanten berekenen bijvoorbeeld doorgaans de roundtrip-efficiëntie als een functie van de efficiëntie van de omvormers en batterijmodules, die meer dan 90% kan zijn. Dit sluit echter de werkelijke energie uit die wordt gebruikt om koelsystemen, besturingscomponenten en andere parasitaire verliezen van stroom te voorzien. De werkelijke roundtrip-efficiëntie zou dichter bij de 80-85% kunnen liggen.

Op dezelfde manier is de bruikbare capaciteit van een BESS over het algemeen lager dan de capaciteit die in een productdatasheet staat en is afhankelijk van de batterijchemie. LiFePo-batterijen kunnen doorgaans stabiel werken tussen 5% en 95% laadstatus (SoC), terwijl LiNMC-batterijen zoals FN1 minder stabiel werken bij hoge en lage laadstatussen.

Hoewel we aanvankelijk van plan waren om te werken tussen 10% en 90% SoC, ervoeren we volatiliteit in de SoC-metingen, wat leidde tot onstabiel laadgedrag. Omdat de BESS SoC anders berekent, afhankelijk van of deze wordt opgeladen of ontladen, merkten we bij een SoC-limiet van 10% dat de batterij zou ontladen tot 8%, om vervolgens weer op te laden tot 13% voordat deze weer ontlaadde. Vervolgens verhoogden we de SoC-limiet om dit 'pingpong'-effect te voorkomen.

Bovendien, als de batterij-SoC 83% bereikt, wordt het laadvermogen van de BESS verlaagd om steeds hogere celspanningsniveaus te beheren. Dit gedrag is grotendeels inherent aan de aard van LiNMC-batterijcellen, maar werd verbeterd ten opzichte van een oorspronkelijke drempel van 75% door de BESS-firmware te upgraden.

Omdat we van plan zijn om FN1 te laten deelnemen aan frequentiecontrolemarkten (Frequency Control Ancillary Services; FCAS), moeten we ook reservecapaciteit aanhouden om te ontladen/laden. In Australië moeten we ongeveer 10 minuten aan capaciteit aanhouden zodat FCAS kan bieden op alle frequentiecontrolemarkten, waardoor de capaciteit voor energiearbitrage afneemt.

In ons tweede jaar kwamen we uitdagingen tegen met stabiele stroom door een 'file' van berichten in het RS485-communicatiesysteem. In wezen compenseerde het systeem het verlies van communicatie met een van de drie batterijkasten – slechts een fractie van een seconde – door het laad-/ontlaadvermogen te verhogen, voordat het onmiddellijk opnieuw werd gekalibreerd.

Dit 'power spikes'-probleem heeft ons ervan weerhouden om ons te registreren voor FCAS en vereiste probleemoplossing met de BESS-fabrikant, Pixii. De oplossing van dit probleem heeft Pixii-systemen over de hele wereld ten goede gekomen, niet alleen onze community-batterij FN1.

Problemen oplossen leidde echter tot meer parasitaire belastingen van bewakingsapparatuur en verminderde inkomsten (zie afbeelding 3). Hieronder ziet u de perioden van stabiele werking en uitval in de loop van het tweede jaar van de werking. De kloof tussen de donkergroene lijn (verbruik) en de rode lijn (export) vertegenwoordigt energieverlies door inefficiëntie van de retourreis en parasitaire belastingen.

Onze vierde belangrijke les is dus om energieverlies door parasitaire belastingen te minimaliseren. Hoewel systeemuitval een duidelijke bedreiging vormt voor de winstgevendheid, is de cumulatieve impact van kleine systeeminefficiënties aanzienlijk. YEF onderzoekt daarom hoe efficiëntere koeling kan worden bereikt door de instellingen opnieuw te kalibreren in overeenstemming met het wisselende klimaat van Melbourne.

Nadat we onverwachte importkosten opmerkten tijdens de piekvraagperiode, wanneer de batterij gepland staat om te ontladen, realiseerden we ons dat wanneer de batterij inactief is, de batterij interne belastingen van het net afneemt. We hebben dit aangepakt door de batterij in te stellen om te ontladen op laag vermogen tijdens deze periode van 16:00 tot 21:00 uur, wanneer het netwerktarief het verbruik ernstig ontmoedigt. Dit compenseerde de incidentele belasting van de batterij op het net en verlaagde de netwerkkosten drastisch.

In grote lijnen hebben we vier lessen voor toekomstige BESS-operators benadrukt:

1. Piekmomenten in de prijsontwikkeling kunnen een onevenredig groot percentage van de jaarlijkse omzet uitmaken. Als u deze momenten mist vanwege uitvaltijd, brengt dat aanzienlijke opportuniteitskosten met zich mee.
2. De prestaties van optimalisatiesoftware (ook wel autobidders genoemd) zijn afhankelijk van de nauwkeurigheid van de data-invoer: rommel erin, rommel eruit.
3. De praktijk van BESS-gebruik levert altijd verrassingen op en de prestaties komen waarschijnlijk niet overeen met de brochure.
4. Inefficiënties en parasitaire belastingen lijken op zichzelf misschien klein, maar hun gezamenlijke impact op de energiedoorvoer en winstgevendheid is aanzienlijk.

Lachlan Hensley is projectleider energie & opslag en Timothy Shue is chief operating officer bij Yarra Energy Foundation, een non-profit consultancy die diensten levert om de energietransitie te versnellen. Yarra Energy Foundation, met hoofdkantoor in Victoria, Australië, ondersteunt lokale gemeenschappen via haar elektrificatieprogramma's en activiteiten voor betrokkenheid van gemeenschappen en belanghebbenden. Het levert ook professionele diensten aan lokale overheden, staats- en federale overheidsafdelingen en wettelijke instanties, netwerkdistributiebedrijven, energieretailers, klantbelangenorganisaties en anderen.