电动汽车在不断发展的电力市场背景下的价值外文翻译资料

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电动汽车在不断发展的电力市场背景下的价值

摘要：电力市场最近引进了一批电力市场工具,目的是激励可靠的调峰能力和电能质量服务的投资。在这种情况下，插电式电动车辆的能量存储能力具有为这些市场提供有价值的服务的潜力。本文使用英国作为案例研究，量化了特定辅助服务市场的当前和预计价值流，并以需求响应的形式评估了电动汽车的参与标准。利用电动汽车使用数据的经验分析，基于驾驶员和车辆分类的建议的聚合操作模型的基础提出，考虑到充电/放电取决于一天中的时间，从而提供深入了解，可以预期潜在的收入对于电动汽车（网络化的车辆）聚合器。

关键词：配套服务，电动汽车，间歇性的可再生能源，系统建模，车对网。

1. 引言

一个输电系统运营商的角色和职责的一部分是在逐秒的基础不断平衡供需关系。据预测，到2025年，英国系统将有30千兆瓦的风力发电能力，相当于英国目前高峰需求的一半^[1]，导致间歇性水平增加，因此供需之间的时间不匹配更大。因此，英国国家电网将需要从市场获得更大量的电网平衡服务^[2]，并已经确定了他们网络的限制领域，主要是由于太阳能和风能的增加^[3]。

目前，超过抽水蓄能容量的限制商业存储解决方案不会在英国存在，因为产生的利用网卡的少量处理能力必须从采购备用发电机供电或支付大量的用户，以减少他们的需求高峰期。在过去的两年中，国家电网已经开始引入一些^[4]额外需求方方案，以获得灵活性，帮助管理增加可再生能源和减少化石燃料发电厂的额外的不确定性。在更广泛的政策环境，英国政府关注的有关变薄备用容量安全供应，以及增加依赖于间歇性的可再生能源发电的影响，并针对已经实施了英国电力市场改革法案。这是旨在通过引入或重组能力和辅助服务市场来解决这个问题，以激励未来投资在可靠的峰值能力，包括需求响应。

1. 电网支持市场前景

由罗梅罗^[5]以前的工作表明，存储可以帮助管理发电和消耗之间的不平衡，这可能导致在同步电力供应系统的整个网络上没有预期的影响。与待机热电站相比，存储可以帮助提供支持的一种方法是通过负载跟踪。然而，部分负载的热发电机倾向于比在其额定输出下操作的发电机具有更低的燃料效率和更高的排放。此外，与调制发电机相关的维护成本往往高于恒定输出发电机的维护成本^[6]。艾尔等人^[7]建议存储提供更好的替代选项有三个主要原因：

（1）存储具有优越的部分负载效率。

（2）有效存储可以使用其两倍的额定容量（即可以同时停止放电和开始充电），从而为跟踪（从存储释放能量）和跟踪（能量被充电）操作提供有效的服务。

（3）存储输出可以非常快速地变化（例如，输出可以在0到100％之间变化，或者在几秒内从100变化到0％）。

用于电动车辆的情况下，这些方面是高度依赖于两个关键因素，即充电量（荷电状态）的电池状态，并且在电网要求时连接的可用性。此外，快速响应和提供两倍额定容量（充电和放电）的能力对于区域调节至关重要，这是由于频率变化的快速和随机性质，因此需要请求服务^[7]。

德诺姆等人^[8]以频率稳定性的形式提供电网服务，表明存储还具有以备用容量形式提供电网支持的能力。英国储备和需求管理的主要市场是短期经营储备市场。由于存储能够提供快速响应和稳定供应，它是应急储备的潜在选择。此外，与旋转备用（需要在线即使不需要）相比，存储技术在需要之前不开始放电，因此潜在地节省了系统操作者的成本。以前的研究已经证实存储器适于提供所需的服务以帮助平衡电网。肯普顿 ^[9]认为电动车辆不适合基本负载电源，因为这可以通过为这种要求设计的大型发电机更便宜地提供。相反，电动汽车最大的近期潜力是快速响应，高价值电网服务^{[10] - [12]}，为了平衡负载的不稳定波动和适应意外的设备故障。亚瑟还得出结论，电动汽车是提供频率响应服务的最佳匹配，因为它们的高可用性。频率响应需要相对少量的能量传输，这是由于电池劣化和再充电的高成本而优选用于电动车辆，并且电池非常适合于所需的短响应时间。亚瑟的分析表明，电动汽车的某些类型的频率响应被认为具有商业吸引力，并且在10年内的投资回报率为20％或以上。穆^[10]也证实了电动车提供与电动车充电策略有密切关系的主频率响应的能力。具有“哑”充电和“外峰”充电的电动汽车能够在电动汽车充电负载产生额外需求时在特定时间段对主要频率响应提供显着贡献。值得注意的是，穆^[10]也确定了电动汽车充电器引起的时间延迟对从电动汽车提供初级频率响应的影响可以忽略不计。模拟结果表明，在某些时候，不是所有连接到电网的电动汽车都需要提供初级频率响应。这是一个重要的考虑，因为具有提供频率响应的电动车辆的最佳水平将导致电动汽车所有者的更高的收入。

关于(电动汽车/车对网服务)的大部分研究^{[10] - [13]}已经做出了一些关键假设，主要是由于缺乏数据，但是由于对每个服务市场进行深入分析的差距。主要研究缺口包括：

1. 提供特定电网服务的车辆可用性的高层假设。这完全基于提供服务的技术能力，而不是匹配电网需求和电网支持的车辆可用性。在以前的文献中没有考虑电网服务的时间方面。
2. 基于最低可用价格的高水平价格假设和收入生成。在许多国家电网市场，需要一个投标策略，以确保市场的成功。这主要是由于缺乏可用的数据。
3. 现有文献没有考虑到从电动车辆到新的英国能力市场投标并从2018年提供服务所实现的潜在价值。
4. 以前的研究不认为电动汽车通过参与多个电网服务产生收入。 焦点主要集中在具体市场上，穆^[10]和亚瑟^[11]考虑了频率响应，而肯普顿评估了多个市场的总收入，这是针对美国的具体情况。
5. 缺乏对能够提供电网服务的电动车辆组的类型学的验证。文献已经将所有潜在消费者归类于“插入电动车辆”的保护下^[12]。因此，重要的是表征诸如商业车队与游泳池公司汽车的组，因为它们可能具有非常不同的使用特性。
6. 英国市场评估
7. 频率响应

对于英国国家电力供应系统，频率是一个动态参数，其特征在于固有的不确定性，并且在二次（实时）基础上进行监测。国家电网有义务确保50赫兹 /- 1％的标称系统频率。随机可再生能源的高穿透率增加了频率调节的难度^[10]，并且在没有电存储的情况下，系统频率通常通过改变电源来调节^[13]。能够在任何特定日期内以合理的精度（在一个或两个百分比内）预测需求模式，从而允许提前计划生成。 任何残余不平衡是由于预测中的不准确性，或由于供应（例如电站中断）或需求的快速和意想不到的变化的不定期变化。

该剩余功率不平衡通过请求发生器以频率响应模式操作来解决，由此发生器以降低的输出操作以便提供备用容量。发电机然后根据输电运营系统的要求在秒-秒的基础上连续调节输出。这种服务传统上从大型能量用户采购，其具有发电机或可控负载形式的备用发电，例如大型制冷单元或供热通风与空气调节系统。为了响应提供服务，输电运营系统补偿这些发电机和大型能源用户。因此，频率响应是相对昂贵的服务，因为其涉及以小于全输出操作的发电机，并且由于降低的燃料效率和连续改变输出的潜在磨损成本而表现出相当大的机会成本。输电运营系统每年花费约8000万英镑用于发电机的频率响应合同^[14]，不包括实际发电量的支付。

肯普顿的^[9]和亚瑟的研究^[11]表明，有一个积极的商业案例和电动汽车电池技术能力提供频率响应服务，而连接到电网，有利于输电运营系统采购这样的服务，在避免呼叫机械增压或使用自旋储备的成本。为了参与提供频率响应，有一些关键的技术实施要求。首先，将电动汽车结合到电网以提供频率响应的最简单的解决方案是通过单向或双向（取决于用户的需要）的电子继电器。这自动地响应于系统频率改变单元的输出。在这种情况下，电动车辆最适合于初级和次级响应，因为设置服务提供的持续时间并且高频持续时间提供时间是不确定的。表1总结了参与和向英国输电运营系统提供频率响应服务的主要先决条件。

表1. 频率响应参与要求

频率响应通过每月招标采购。一旦服务提供商成功通过资格预审评估并签署框架协议，他们就可以参与招标过程。尽管2012年至2015年在英国风力发电的百分比增加了40％，并且损失了大约9千兆瓦的燃煤发电，但是提供固定频率服务的成功招标可用性价格保持相对不变。然而，由于与批量管理单位提供的价格相比具有竞争力的价格提供，需求侧企业频率提供者的数量在市场上增加。在三年中，需求方提供商已经成功地提供平均可用性价格约51.19欧元/小时。

值得注意的是，在周末和夏季期间所需的频率响应的量比在周和冬季期间稍高，因为经历了较低的需求以及来自水力泵存储站的过夜额外需求以及家用电存储加热器所需的充电。因此，高频响应保持通常在午夜和早上7点之间增加以匹配这些负载的典型需求曲线。这表明输电运营系统可能更可能接受可在周末和隔夜提供响应的成本效益的投标。潜在地，这是电动车辆的积极的解决方案，因为在隔夜期间更高的可用性。

当预计进料损失增加时，反应需求的主要扩张将发生; 这反过来反映了更大群集的海上风电场的连接，随后包括预计连接更大的1800兆瓦发电机组在本十年末^[20]。这意味着必须进行额外的响应以满足更大的进料损失。这些较大的发电机组，离岸或双回路支线连接将增加主要和次要响应要求，这反过来有可能增加总体业务储备的成本。然而，重要的是要注意，直到更大的代组连接，在特定的传输中断期间可能仅需要更高的要求。因此，潜在成本将与其他应用工程解决方案一起考虑，因此成本影响可以忽略不计。目前，预计到2020年最大的可信需求损失不会增加^[20]。虽然应当注意，电路中断可以增加最大的需求损失，但是这些情况不是系统性的，因此平均需求保持不变。因此，以51.19美元/小时的可用性价格和平日23.00-07.00的频率响应服务提供时间和24小时以上的周末，外推以满足系统不断增加的风（表2），显示每年大约1,000台电动车（10兆瓦总容量）。

表2 10兆瓦聚合电动汽车提供频率响应的潜在年度收入

B.短期经营储备

经营储备旨在为系统操作员提供足够的操作储备，以便在发生实际时间前提前4小时更换突然发电损失或不可预测的需求变化。经营储备要求大部分单位在20分钟内可用，而位置，可靠性和利用参数也是经营储备评估的重要因素。表2总结了目前英国经营储备市场的特点。

表3 存储参与要求和市场数据

承诺服务适用于所有希望使其可用于由输电运营系统提名的所有所需窗口的所有提供商^[15]。 灵活服务仅适用于非平衡机制提供商，并允许提供商使该单元可用于或不可用于特定窗口。这种可用性是在周末的基础上评估的，如果服务是必需的，则通知提供商。一个单位是否在前一个星期接受或拒绝是由输电运营系统决定的，这个决定是基于与主要招标评估相同的评估原则。周末预报的准确性提高意味着如果预测具体的约束问题，一些因素（如位置）可能更重要。这两种服务都在定义的窗口内提供以英镑/兆瓦/时为基础的可用性支付，以及在输电运营系统指示的情况下，以兆瓦时为基础支付经营储备的交付使用费。

在过去几年，经营储备的可用性价格和使用价格较高，包括招标接受率为71％，相比2013年的28.5％。新的市场，如经营储备跑道和需求侧平衡储备市场的引入已经减少了与备用柴油发电机密切相关的经营储备市场的

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