ไม่ผิดหวัง ! เทสลาแบตเตอรี่

จ่ายไฟฟ้าเสี้ยววินาทีหลัง รฟ.ถ่านหินหยุดฉุกเฉิน

 

         เป็นเวลา 1 เดือนกว่า ๆ เท่านั้นที่แบตเตอรี่สำรองพลังงาน Hornsdale ในรัฐออสเตรเลียใต้ ประเทศออสเตรเลีย ได้เริ่มทำงานอย่างเป็นทางการ สื่อมวลชนในประเทศและต่างประเทศต่างให้ความสนใจ ซึ่งก็ไม่ผิดหวังเมื่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ สามารถแก้ปัญหาระบบไฟฟ้าได้อย่างทันกาลในหลาย ๆ ครั้ง

 

20180119 ART01 01

แบตเตอรี่สำรองพลังงาน Hornsdale ในรัฐออสเตรเลียใต้ ในเขตฟาร์มกังหันลม Hornsdale
ห่างจากเมือง Jamestown ไปทางเหนือ 15 กิโลเมตร
https://hornsdalepowerreserve.com.au/

 

แบตเตอรี่สำรองทำงานอัตโนมัติ กู้ความถี่ของระบบ

         เหตุการณ์ที่น่าสนใจคือ เมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 2560 ในช่วงที่เกิดคลื่นความร้อนและมีการใช้ไฟฟ้ามากในรัฐทางใต้ของออสเตรเลีย โรงไฟฟ้าถ่านหินในรัฐวิคตอเรีย Loy Yang A หน่วยที่ 3 กำลังผลิต 560 เมกะวัตต์หลุดออกจากระบบ ทันทีทันใด โรงไฟฟ้า Loy Yang A หน่วยที่ 1 และโรงไฟฟ้าอื่นๆ ที่เดินเครื่องอยู่และมีสัญญาจ่ายไฟฟ้าฉุกเฉิน ได้เพิ่มการจ่ายไฟฟ้าทดแทน ทำให้ไม่เกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าดับ ซึ่งดูราวกับเป็นการรับมือตามแผนฉุกเฉินตามปกติ ที่เมื่อมีโรงไฟฟ้าใหญ่หลุดออกจากระบบ 1 โรง จะมีโรงไฟฟ้าอื่นเดินเครื่องเสริมทันที(มาตรการ N-1) ที่แม้แต่ศูนย์ควบคุมระบบไฟฟ้าออสเตรเลีย ( Australian Energy Market Operator - AEMO) เอง ก็ไม่มีรายงานและไม่ได้สั่งการเกี่ยวกับแบตเตอรี่สำรอง แต่ทราบในเวลาต่อมาว่า แบตเตอรี่สำรอง Hornsdale ที่ตั้งอยู่ห่างออกไปนับพันกิโลเมตร ได้มีการทำงานเพื่อควบคุมความถี่ในระบบไฟฟ้าภายในเสี้ยววินาทีแล้ว

 

20180119 ART01 02

โรงไฟฟ้าถ่านหิน Loy Yang A รัฐวิคตอเรีย

 

         ในเวลาดังกล่าว รัฐออสเตรเลียใต้มีการรับกระแสไฟฟ้าจากรัฐวิคตอเรียอยู่ราว 200 เมกะวัตต์ เมื่อโรงไฟฟ้า Loy Yang A หน่วยที่ 1 หยุดฉุกเฉินในเวลา 1.59 น. แบตเตอรี่สำรองไฟฟ้า Hornsdale ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐออสเตรเลียใต้ห่างจากโรงไฟฟ้า Loy Yang A ราว 1,000 กิโลเมตร สามารถจับและตอบสนองความผิดปกติ โดยการจ่ายไฟฟ้าเข้าระบบภายในเวลา 0.14 วินาที แม้จะเป็นการจ่ายไฟฟ้าเพียง 7 – 8 เมกะวัตต์ ซึ่งอาจจะไม่ทดแทนความต้องการไฟฟ้าที่ขาดหายไปได้ แต่ก็ช่วยประคองความถี่ของระบบไฟฟ้าในรัฐออสเตรเลียใต้ให้กลับมา 50 เฮิรตซ์ (hertz) ได้อย่างรวดเร็ว หลีกเลี่ยงการอาจเกิดไฟฟ้าดับจากความแปรปรวนของความถี่ในระบบไฟฟ้าได้

         นับเป็นความสำเร็จที่เกินความคาดหวังของผู้เชี่ยวชาญ หลังจากที่รัฐออสเตรเลียใต้จ้างบริษัท Tesla ลงทุนติดตั้งแบตเตอรีลิเธียมไอออนขนาดใหญี่ที่สุดในโลก 100 เมกะวัตต์ ด้วยเงินราว 50 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งแล้วเสร็จในเวลาไม่เกิน 100 วัน เริ่มดำเนินการตั้งแต่ต้นเดือนธันวาคม 2560 ที่ผ่านมา

 

20180119 ART01 03

ปฏิกิริยาตอบรับของแบตเตอรี่ Hornsdale เมื่อความถี่ในระบบตก

 

รูปแบบการจ่ายไฟและเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ ที่ SA

         ตลอดเดือนธันวาคม พ.ศ. 2560 แบตเตอรี่สำรองพลังงาน Hornsdale จ่ายไฟฟ้าได้ 2.42 ล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมง และเก็บสำรองพลังงานไว้ได้ 3.06 ล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมง โดยแบตเตอรี่สามารถจ่ายไฟฟ้าไปใช้งานได้ราวร้อยละ 80 ของพลังงานที่ป้อนเข้าไป หรือเรียกว่ามีค่า round trip efficiency ร้อยละ 80

         ภาพด้านล่างแสดงปริมาณไฟฟ้าที่จ่ายออกไปใช้งานและปริมาณไฟฟ้าที่ป้อนเข้ามาเก็บในแบตเตอรี่ในช่วงเวลา 1 เดือน ซึ่งสามารถเห็นได้ว่า โดยเฉลี่ยแบตเตอรี่จ่ายไฟและเก็บพลังงานอยู่ในช่วง 30 เมกะวัตต์ แต่มีหลายครั้งที่แบตเตอรี่ต้องจ่ายไฟฟ้า 100 เมกะวัตต์ และมีพลังงานป้อนเข้ามาเก็บในแบตเตอรี่ 70 เมกะวัตต์

 

20180119 ART01 04

ปริมาณการจ่ายไฟฟ้าและเก็บพลังงานของแบตตเอรี่สำรองพลังงาน Hornsdale ตลอดเดือนธันวาคม 2560

 

ส่วนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่า ปริมาณการจ่ายไฟหรือเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ Hornsdale
ไม่มีรูปแบบที่แน่นอน ขึ้นอยู่กับการสั่งการในแต่ละวันและช่วงเวลา

20180119 ART01 05

ปริมาณการจ่ายไฟฟ้าและเก็บพลังงานของแบตเตอรี่สำรองพลังงาน Hornsdale เมื่อวันที่ 6 มกราคม 2561

 

บทบาทของแบตเตอรี่ในการควบคุมความถี่เพื่อรักษาความมั่นคงระบบไฟฟ้า

         ระบบตลาดกลางซื้อขายไฟฟ้าของประเทศออสเตรเลีย(National Electricity Market : NEM) จะมี 8 มาตรการในการควบคุมความถี่เพิ่มขึ้นและลดลง (Frequency Control Ancillary Services: FCAS) ของระบบไฟฟ้า ซึ่งการทำงานของแบตเตอรี่สามารถเข้าหลักเกณฑ์ ได้ 2 วิธี คือ การแก้ไขฉุกเฉิน(Contingency service) และการควบคุมความถี่ของระบบ(Regulation service)

         Contingency service เป็นการรักษาความมั่นคงของระบบกรณีฉุกเฉิน เช่น มีโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่หลุดออกจากระบบ หรือสายส่ง 1 วงจร หลุดออกจากระบบ หรือ อุปกรณ์ในระบบไฟฟ้าเช่น หม้อแปลง หลุดออกจากระบบ 1 ชุด ซึ่งจะทำให้ความต้องการใช้ไฟฟ้าและปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้ไม่สมดุลกัน และเกิดความถี่เปลี่ยนแปลง โดยหลักการแล้วระบบที่เหลืออยู่ยังต้องดำเนินการตามปกติได้(หลักเกณฑ์ N-1) อย่างไรก็ตาม เมื่อระบบไฟฟ้ามีพลังงานทดแทนมากขึ้น และมีความผันผวนมากขึ้น ระบบที่เรียกว่า N -1 อาจจะไม่มีความเพียงพอที่จะรักษาระบบอยู่ได้ ดังนั้น ระบบกักเก็บพลังงานที่มีลักษณะการตอบสนองอย่างรวดเร็ว จะทำหน้าที่ในการ จ่ายกระแสไฟฟ้าให้สมดุลกับความต้องการใช้ เพื่อให้ความถี่กลับมาเป็นปกติโดยเร็ว

         ในทางปฏิบัติ Contingency service ของแบตเตอรี่ คือการเพิ่มหรือลดกำลังไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ซึ่งมีเป็นการตอบสนองทันที(Primary Control System ) ที่ผ่านมา โรงไฟฟ้าที่สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วก่อนที่จะมีเทคโนโลยีแบตเตอรี่ คือโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ โรงไฟฟ้าดีเซล และโรงไฟฟ้าพลังน้ำ แต่ก็ยังมีการตอบสนองในหลักนาที แต่แบตเตอรี่สามารถตอบสนองจ่ายกำลังไฟฟ้าได้ในหลัก มิลลิวินาที

         อีกวิธีหนึ่งในการควบคุมระบบไฟฟ้า หรือ Regulation service ต่างกับ Contingency Service ที่ควบคุมความถี่ไฟฟ้าเมื่อมีเหตุการณ์ที่มากระทบความมั่นคงของระบบเกิดขึ้นแล้ว(Passive Control) แต่ Regulation Service จะทำงานแบบป้องกัน(Active Control) โดยการจ่ายไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ในปริมาณที่ทำให้ไฟฟ้าในระบบและความต้องการใช้ไฟฟ้าคงความสมดุลไว้ ซึ่งจะสังเกตได้จากภาพด้านล่างว่าการจ่ายไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นหรือลดลงตามการควบคุม จากผลการทำงานดังกล่าวของแบตเตอรี่ จะทำให้โรงไฟฟ้า Hornsdale มีการเดินเครื่องที่นิ่งขึ้นและสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าได้มากขึ้น

 

20180119 ART01 06

การจ่ายไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นหรือลดลงตามการควบคุม

 

รัฐวิคตอเรียกับแผนติดตั้งแบตเตอรี่

         รัฐเพื่อนบ้านของออสเตรเลียใต้อย่างวิคตอเรีย มีแผนจะทำสัญญาติดตั้งแบตเตอรี่ของ Tesla เช่นกัน ซึ่งจะติดตั้งที่พี้นที่ฟาร์มกังหันลมในเมือง Stawell โดยมีการทำงานของแบตเตอรี่เช่นเดียวกันกับ Hornsdale

         แม้แบตเตอรี่สำรองไฟฟ้า Hornsdale จะเพิ่งเริ่มต้นทำหน้าที่ แต่เห็นได้ชัดว่าสามารถจ่ายไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตอบรับการสั่งการในระยะเวลาที่รวดเร็ว เป็นการช่วยรักษาและควบคุมความถี่ของระบบ ไฟฟ้า และยังสามารถเสริมประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าให้ไม่ต้องเดินเครื่องขึ้นลงอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดความผันผวนจากพลังงานทดแทน เช่นเดียวกัน ซึ่งส่งผลดีต่อผู้ใช้ไฟฟ้าด้วย

 

แปลและเรียบเรียง : สุภร เหลืองกำจร
ข้อมูลจาก A month in, Tesla's SA battery is surpassing expectations
https://phys.org/news/2018-01-month-tesla-sa-battery-surpassing.html
http://reneweconomy.com.au/tesla-big-battery-outsmarts-lumbering-coal-units-after-loy-yang-trips-70003/