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


Zakręć kołem i wygraj! »

Zakręć kołem i wygraj Każdego dnia możesz odebrać zniżkę (...) chcę zakręcić »


Zasilanie awaryjne - ups, agregaty, akumulatory...»

Czy znasz, ekologiczną alternatywę dla agregatów »

drukarka etykiet systemy zasilania
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » W połączeniu z elektroniką prezentuje ona szczyt nowoczesnej technologii agregatów prądotwórczych (...) czytam dalej »

 


Szukasz producenta komponentów przemysłowych? Sprawdź ich »

Kamery termowizyjne Dzięki wykorzystaniu innowacyjnych rozwiązań stosowanych w sektorze opieki zdrowotnej, zastosowaniach konsumenckich i przemysłowych, te podstawowe (...) czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Jak zmniejszyć swój rachunek za energię »

automatyka przemysłowa zmniejsz rachunki za prąd
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Oszczędzaj na rachunkach za prąd w domu lub firmie. Wystarczy Po Prostu Energia (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »

 


Potrzebujesz pomocy w wyborze UPS-a? Sprawdź ten przewodnik »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

UPS zasilacze bezpanelowa energia słoneczna
Urządzenia elektroniczne, których używasz do codziennej komunikacji, rozrywki i zapewnienia rodzinie bezpieczeństwa, są narażone na uszkodzenia spowodowane nieoczekiwanymi przerwami w dostawach energii elektrycznej, (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

system wizyjny Dziś trudno sobie wyobrazić nowoczesną, elastyczną produkcję bez przemysłowego przetwarzania obrazu. A to dlatego, że systemy wizyjne zapewniają jakość produktów i wspierają efektywne ... czytam dalej »


Automatyka przemysłowa - zobacz najlepsze rozwiązania »

Kontenerowa stacja transformatorowa Minibox »

Czujniki i automatyka Rozdzielnice kontenerowe
Zarówno w sektorze energetyki tradycyjnej jak i odnawialnej, czujniki oraz automatyka muszą być odporne na oddziaływaniu warunków środowiskowych. Ekstremalne ... czytam więcej » Zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... 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?

Osprzęt elektroinstalacyjny dla elektryka »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Zobacz jaki osprzęt wybrać i porównaj parametry... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


Liczniki energii elektrycznej - poznaj nowe »

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... 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 »
7-8/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Obciążalność prądowa ciągła przewodów szynowych wielkoprądowych SN
  • - Instalacje elektryczne w osiedlowych budynkach wielorodzinnych
Zobacz szczegóły
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
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