新研究提出了缓解燃料短缺的方法

2021-07-09 16:15:08
导读 在新英格兰,天然气供应的限制导致近四分之一的非计划发电厂停电。在一项新研究中,研究人员使用 2010 年代发电厂故障的数据来制定发电机

在新英格兰,天然气供应的限制导致近四分之一的非计划发电厂停电。在一项新研究中,研究人员使用 2010 年代发电厂故障的数据来制定发电机所需成本的供应曲线,以缓解该地区的燃料短缺。该研究发现,在现场储存石油和天然气可以减少发电厂对管道很少的地理区域中天然气电网的依赖。

该研究由卡内基梅隆大学 (CMU)、宾夕法尼亚州立大学和北美电力可靠性公司的研究人员进行。它发表在《电力杂志》上。

“天然气供应问题影响了在高需求时期发电的能力,”该研究的合著者、CMU 泰珀商学院和工程与公共政策系教授 Jay Apt 说。“例如,据估计,2014 年 1 月持续的寒冷天气事件使新英格兰的电力纳税人损失了大约 18 亿美元。”

新英格兰没有本地天然气生产,因此天然气发电厂的燃料保证是一个值得关注的领域;所有已安装的一半力量在该地区工厂的产能主要由气体燃料和近一半的电力来自天然气发电厂。当通往该地区的主要天然气供应管道的供热需求激增时,这些管道不能总是同时满足该地区的所有供暖需求和对电厂燃料的需求。

天然气供应限制对东北部发电机的影响可以通过比较由于天然气燃料不可用而导致的计划外发电机停电总数的平均比例与供暖需求高的日子里的平均比例。在最近电力和天然气需求高涨的时期,在这些时期的每个小时内,计划外的天然气短缺占所有计划外发电机停机的 5% 到 25%。

双燃料能力——即燃烧石油或天然气的能力——是缓解天然气供应短缺的一种方式,ISO 新英格兰天然气发电厂约三分之一的能力具有双燃料能力(ISO 新英格兰是一个独立的、管理超过六个新英格兰州的高压电力系统的非营利性公司)。但是,建设双燃料储存罐的剩余部分一直被认为过于昂贵。

2019 年,该研究的合著者之一——宾夕法尼亚州立大学能源政策和经济学教授 Seth Blumsack 开发了一个模型,以确定在新英格兰建立分布式储气能力的位置。为了提高相互依赖的天然气和电网的可靠性,布卢姆萨克和他的学生确定了该地区分布式天然气储存的经济最佳地点。他们得出的结论是,发电厂可能是储气的最佳地点。

在这项研究中,研究人员使用来自非营利性国际可靠性组织北美电力可靠性公司(NERC)的数据分析了历史发电厂故障数据库。在研究的七年中,他们确定了天然气发电厂现场燃料储存的成本必须是多少,以缓解新英格兰最严重的天然气短缺。

该研究评估了在 ISO 新英格兰地区运营的 54 台燃气机组,这些机组的 NERC 报告称,由于 2012 年至 2018 年期间计划外燃料短缺而导致全部或部分停运。对于每个机组,研究人员计算了隔夜资本、燃料运输和土地成本(当适用),以确保使用燃料储存系统的燃料供应根据研究期间最严重的燃料短缺故障确定大小。他们还检查了发电机站点的分布式压缩天然气存储和储油双燃料能力。研究人员将这些成本与安装容量足以覆盖历史上观察到的燃料中断的电池的成本进行了比较。

研究人员发现,由于燃料短缺,ISO 新英格兰地区每年约有 2.4 吉瓦 (GW) 的燃气发电失败一次或多次;多达 0.5 GW 的这些装置在三个不同的场合同时发生故障。其中,大约 2 GW 的燃气容量可以通过现场燃料储存来减少。此外,如果天然气工厂在正常运营期间每兆瓦时 (MWh) 获得 3 至 7 美元的额外补偿,他们将收回对石油备用燃料的投资。

使用现场压缩天然气储存更昂贵(7 至 16 美元/兆瓦时)。研究得出的结论是,与任一现场燃料存储选项相关的资本支出将低于安装备用电池以确保资源充足性,以当前电池价格计算。

“我们的估计与之前的研究不同,因为它们基于实际故障事件,而不是任意的燃料供应持续时间,”该研究的主要作者、太平洋西北国家实验室的能源系统研究工程师 Gerad Freeman 解释说。“因此,它们对推进增加双燃料容量以提高新英格兰和其他具有类似天然气供应限制的地区的电力系统的弹性具有影响。”

作者指出,这项研究的局限性包括,他们可能会根据每个单位观察到的最长天然气停运时间来确定燃料储罐的大小,从而扩大双燃料储存的规模,电池可以通过在非紧急情况下提供电网服务来获得一些收入,以及压缩天然气储存可能有助于平衡天然气供需。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。