Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym

Konfiguracja niskoskalowego magazynu energii
W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).
W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).
Rys. redakcja EI
Ciąg dalszy artykułu...

Konfiguracja niskoskalowego magazynu energii

Rys. 2. Konfiguracja niskoskalowego magazynu energii ESS: rys. J. Świątek, P. Biczel
Rys. 2. Konfiguracja niskoskalowego magazynu energii ESS: rys. J. Świątek, P. Biczel

Konfigurację niskoskalowego magazynu energii (ESS), wykorzystującego zasobnik chemicznego akumulatora, przedstawiono na rys. 2.

System składa się z:

a) przetwornicy dwukierunkowej (falownika/prostownika) przekształtnika DC/AC i AC/DC;
b) zasobnika bateryjnego – bateria akumulatorów chemicznych;
c) kontrolera baterii BMS (ang. Battery Management System);
d) programowalnego kontrolera (ang. Programmable Logic Controler), sterownika z algorytmami;
e) układu nadzoru i wizualizacji pracy GUI (ang. Graphic User Interface), jest to narzędzie do nadzoru, kontroli pracy szczególnie popularne w aplikacjach prosumenckich;
f) elementów pomocniczych zapewniających podłączenie do sieci (np. transformatora separującego), elementów pomiarowych prądu i napięcia itp.

Każdy z elementów systemu ESS powinien być wzajemnie skomunikowany i dobrany do charakteru pracy całego systemu oraz jego funkcjonalności.

Wymiana informacji, zarzadzanie pracą urządzeń przebiega po magistrali komunikacyjnej pomiędzy jego elementami, najczęściej wykorzystując protokół CAN-Open.

Przetwornica dwukierunkowa powinna zapewnić przepływ mocy czynnej i biernej w pełnym zakresie, w obu kierunkach (z magazynu do sieci, z sieci do magazynu).

Przetwornica zapewnia kontrolę procesu ładowania i rozładowania baterii elektrochemicznej.

Zasobnik bateryjny odpowiada za magazynowanie energii, czyli kiedy jest to konieczne zamienia energię chemiczną na elektryczną i oddaje ją do sieci lub odwrotnie przyjmuje energię i magazynuje w postaci energii chemicznej.

Programowalny kontroler jest to sterownik, który na podstawie wprowadzonego algorytmu zarządza przepływem energii w sposób zdalny, lokalny określone działanie urządzenia.

Sterownik powinien w pełni zarządzać pracą wszystkich elementów magazynu. Wprowadzone algorytmy powinny przywidywać możliwe stany i niestabilności sieci, zakłócenia i sterować pracą magazynu.

Układ nadzoru i wizualizacji pracy GUI jest to pomocniczy układ kontroli pracy, bardzo istotny w zastosowaniach prosumenckich (są to aplikacje na telefon, komputer itp.).

W zastosowaniach przemysłowych dane są wysyłane do systemu nadrzędnego (SCADA) ze sterownika przetwornicy dwukierunkowej. Tego systemu nie będziemy szczegółowo omawiać, podobnie jak wykazu elementów pomocniczych zapewniających podłączenie do sieci (dobór tych elementów wynika z projektu wykonawczego).

Rys. 3. Usytuowanie magazynu energii w systemie elektroenergetycznym; rys. J. Świątek, P. Biczel
Rys. 3. Usytuowanie magazynu energii w systemie elektroenergetycznym; rys. J. Świątek, P. Biczel

Magazyn energii (ESS) instalujemy w systemie jak najbliżej pożądanego miejsca zadziałania lub w pobliżu źródła OZE. Jest to przedstawione na rys. 3., gdzie magazyn energii jest zainstalowany w pobliżu farmy wiatrowej (może magazynować wytwarzaną przez nią energię lub może podtrzymać system w przypadku „wypadnięcia” z pracy tej farmy), może oddziaływać na pobliski zakład przemysłowy lub wykonywać funkcje sieciowe w zainstalowanej stacji energetycznej 15/0,4 kV.

Przetwornica dwukierunkowa

Przetwornica dwukierunkowa jest to przekształtnik AC→DC lub DC→AC, którego zadaniem jest kontrola procesu ładowania i rozładowania baterii elektrochemicznej, wymiana energii między siecią elektroenergetyczną a magazynem energii zgodnie z rozkazami otrzymanymi od sterownika.

Przetwornica musi zapewnić odpowiednie parametry napięcia, a w przypadku przeciążenia – odpowiedni prąd szczytowy. Musi mieć zdolność do zapewnienia pracy synchronicznej z siecią energetyczną, a w przypadkach black-out może zapewnić pracę na obszar wydzielony, czyli zdolność pracy zasobnikowej.

W przypadku wypełniania funkcji prostownika bateryjnego przetwornica musi ładować baterię zgodnie z charakterystykami zgodnymi z typem baterii oraz wytycznymi producenta baterii. Powinna naładować baterię maksymalnie szybko, ale też ją chronić. Nie można dopuścić do jej przeładowania.

Należy zapobiegać pojawieniu się w baterii zbyt wysokiej temperatury oraz chronić przed powstaniem procesu rozbiegania termicznego (ang. thermal runaway).

Podsumowując, przetwornica musi mieć możliwość zadawania mocy czynnej i biernej, zapewnić zwrot energii do sieci oraz odpowiednio naładować baterię.

Przetwornica powinna być wyposażona w transformator wyjściowy i zapewnić izolację galwaniczną systemu.

Ważnym elementem tego przekształtnika są jego możliwości komunikacyjne, szczególnie z układem nadzoru baterii (BMS) – jeżeli jest on w baterii zainstalowany.

Odpowiednia komunikacja sterownika przetwornicy z BMS-em bateryjnym chroni baterię i zapewnia prawidłowy przebieg procesu ładowania. W innym przypadku sterownik przetwornicy musi mieć zaimplementowane odpowiednie charakterystyki ładowania. Ponadto jest wymagana pełna komunikacja tej przetwornicy z systemem nadrzędnym (SCADA), łączem cyfrowym i/lub jej integrację ze sterownikami systemu OZE (fotowoltaicznego lub wiatraka).

Bateria akumulatorów chemicznych w magazynie energii

Do najpopularniejszych typów chemicznych akumulatorów wtórnych, które mogą zostać użyte w magazynie energii, należą:

a) akumulatory kwasowo-ołowiowe (ang. lead acid battery; Pb LA),
b) akumulatory niklowo-kadmowe (ang. nickel-cadmium battery; Ni-Cd),
c) akumulatory wodorkowe (ang. nickel-metal hydride battery; Ni-MH),
d) akumulatory litowe (ang. lithium battery; Li-Ion).

Typy akumulatorów stosowanych w ESS zależą os przeanalizowania zależy od przeanalizowania następujących parametrów:

  • mocy/prądu (i w jakim czasie), który musi przyjąć bateria,
  • mocy/prądu (i w jakim czasie), który musi oddać bateria,
  • liczby cykli/żywotności,
  • dopasowania technologii do jej lokalizacji, określenie powierzchni do instalacji, wagi itp.,
  • ceny zakupu.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe Pb-LA: to baterie znane od dawna i dobrze nadające się do standardowych zadań, tj. zasilanie bezprzerwowe i rozruch. Baterie charakteryzuje niski koszt produkcji, ogólna dostępność i dobra odtwarzalność układu elektrochemicznego. Anodą jest ołów, a katodą tlenek ołowiu.
Obie elektrody zanurzone są w wodnym roztworze kwasu siarkowego.
Proces chemiczny zachodzący w ogniwie polega na reakcjach red-ox (redukcji i utleniania) ołowiu, tlenku ołowiu oraz kwasu siarkowego, w wyniku których przy rozładowaniu następuje przemiana materiałów aktywnych elektrod w siarczan ołowiu (zasiarczenie), a następnie przy ładowaniu przemiana odwrotna (odsiarczenie).

Ze względu na konstrukcję elektrody dodatniej Akumulatory Pb-LA dzielimy na:

  • akumulatory pastowane,
  • akumulatory pancerne,
  • akumulatory prętowe,
  • akumulatory wielkopowierzchniowe.

Ze względu na postać elektrolitu dzielimy je na:

  • akumulatory klasyczne (elektrolit płynny, odgazowane swobodne)
  • lub akumulatory z rekombinacją gazu (elektrolit uwięziony, odgazowanie przez zawór).

Akumulatory Pb-LA (każdego typu) mają kilka wad, które w większości przypadków eliminują możliwość stosowania ich w ESS. Tego typu akumulatory:

  • nie zapewniają przepływu dużych porcji energii w obu kierunkach ładowania/rozładowania;
  • w porównaniu z innymi technologami mają niską żywotność w pracy cyklicznej pełnego rozładowania/ładowania.

Dużą zaleta jest niska cena za kWh.

Podstawową dysfunkcyjnością technologii akumulatorów Pb-LA jest brak możliwości przyjmowania w krótkim czasie dużej energii.

Akumulatory kwasowe możemy ładować prądami o wartości (0,1–0,3) C, gdzie C – prąd rozładowania jednogodzinnego liczbowo równy jest pojemności. Podczas gdy wymagania magazynu to zazwyczaj konieczność przyjęcia energii na poziomie co najmniej (1–3) C lub więcej – a więc jest to co najmniej 10 razy więcej niż może przyjąć akumulator Pb-LA.

Aby w takim układzie zastosować akumulatory Pb-LA, trzeba go przewymiarować pojemnościowo 10 razy, co jest oczywistym absurdem. Ta wada praktycznie eliminuje baterie kwasowo-ołowiowe z tych rozwiązań.

Ograniczenia prądu ładowania dla baterii Pb-LA wynikają z faktu, iż na każdym etapie ładowania należy tak dobrać prąd i napięcie, aby nie dopuścić do przegrzania połączeń wewnątrz ogniwa.

Zjawisko generowania ciepła w akumulatorach Pb-LA (przy metodzie ładowania stałoprądowej) opisano w [2].

Kolejnym parametrem baterii kwasowo-ołowiowych, który jest nie do zaakceptowania w magazynie energii, jest ich słaba odporność na cykle ładowania/rozładowania. Akumulatory z dodatnią płytą pastowaną mają cykliczność na poziomie maks. 1000 cykli, co powoduje, że przy pełnym zadziałaniu raz dziennie ich żywotność byłaby 3-letnia.

Do innych wad należy wymienić:

  • akumulatory Pb-LA zajmują dużo miejsca;
  • wymagają okresowych rozładowań kontrolnych, ładowań wyrównawczych i innych czynności eksploatacyjnych;
  • szybko tracą pojemność w podwyższonych temperaturach, trzeba stosować klimatyzację.

Czytaj też: Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego - metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z tych źródeł (cz. 1) >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 9/2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jakie wybrać kable, przewody i osprzęt kablowy!

kable i przewody - przewodnik

Rozporządzenia CPR, dotyczące kabli i przewodów elektrycznych w zakresie reakcji na ogień. Została przedstawiona klasyfikacja materiałów budowlanych w zakresie reakcji na ogień oraz... czytam więcej »

 


Kamery termowizyjne nawet 40% taniej!

Promocja na kamery termowizyjne FLIR

Tylko do 9 grudnia możesz kupić kamery termowizyjne do prac elektrycznych i energetycznych w dużo niższych cenach... sprawdź za ile »

 


System zasilania gwarantowanego - jaki wybrać?

Rodzaje zasilania

Współczesne urządzenia elektryczne i elektroniczne spełniają ogrom funkcji, których oczekują ich użytkownicy. Są znakomitą pomocą w życiu i pracy, jednak wymagają zadbania o jeden aspekt – niezawodną, łatwo... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
11/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 11/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Instalacje elektryczne na terenie imprez plenerowych – błędy oraz wymagania
  • - Ochrona przed pożarem z wykorzystaniem wyłączników różnicowoprądowych
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl