Artykuł sponsorowany

Magazyny energii – moda czy konieczność?

 EST Energy Sp. z o.o. Sp. k.  |  06.09.2018
Moc i pojemność magazynów energii zainstalowanych w roku 2017 w krajach wysoko rozwiniętych [5]
Moc i pojemność magazynów energii zainstalowanych w roku 2017 w krajach wysoko rozwiniętych [5]

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce jest optymistyczną informacją. Niestety wraz z rozwojem OZE zaczynają się uwidaczniać problemy, które nigdy wcześniej nie występowały tak często w energetyce opartej o konwencjonalne źródła energii.

Co zrobić z nadwyżką lub niedoborem mocy z OZE? Jak utrzymać stabilność sieci zasilającej opartej o odnawialne źródła energii przy dużej dynamice zmian w cyklach dobowych i w godzinach szczytu?

Polskie spółki energetyczne od kilku lat aktywnie badają dostępne rozwiązania systemów magazynowania energii. Widzą one techniczną potrzebę poznania dostępnych rozwiązań i możliwości ich implementacji na swoich obiektach.

Czym są magazyny energii (ESS – Energy Storage System) i gdzie można je zastosować? Najprościej na to pytanie można odpowiedzieć, że jest to urządzenie mogące przyjąć energię w momencie jej nadprodukcji i oddać kiedy zajdzie potrzeba jej użycia.

Sposoby magazynowania, poczynając od najniższej sprawności, podzielić można na cztery dziedziny: termodynamiczną, mechaniczną, elektrochemiczną i elektryczną. Zastosowanie elektrochemicznych magazynów energii ze względu na ich sprawność, możliwość lokacji, żywotność, relatywnie niskie koszty, a także nieustanny rozwój technologii jest najczęstszym rozwiązaniem spośród wszystkich stosowanych komercyjnie. Dowiedz się więcej o magazynach energii »

Na świecie

W państwach takich jak Japonia, Australia, USA, Niemcy, Korea Południowa, Chiny infrastruktura magazynowania energii jest rozwijana bardzo intensywnie. Na świecie w obecnej chwili jest kilkunastu producentów systemów magazynowania energii.

Największy rozwój ESS jest mocno zintegrowany z obszarami, gdzie występuje dynamiczny rozwój OZE. Jeżeli dany system elektroenergetyczny (SEE) opiera się o przynajmniej 25% źródeł energii odnawialnych, jest on narażony na nagłe, okresowe i trudne do prognozowania utraty stabilności. Przy takim udziale odnawialnych źródeł energii w danym SEE magazyny energii są niezbędnym elementem poprawiającym bezpieczeństwo całego systemu elektroenergetycznego.

Rys. 2. Możliwe miejsca instalacji magazynów energii w systemie elektroenergetycznym [5] Rys. 3. Porównanie domowej instalacji PV bez magazynu oraz z magazynem energii [5]
Rys. 2. Możliwe miejsca instalacji magazynów energii w systemie elektroenergetycznym [5] Rys. 3. Porównanie domowej instalacji PV bez magazynu oraz z magazynem energii [5]

Zastosowanie ESS

Wraz z dynamicznym rozwojem OZE infrastruktura sieciowa napotkała na niespotykany dotąd problem – brak stabilności i ciągłości w produkcji energii na deklarowanym fapoziomie. Za główne źródła energii odnawialnej można przyjąć farmy wiatrowe oraz elektrownie fotowoltaiczne PV.

Siła wiatru czy natężenie promieniowania słonecznego mogą ulegać dynamicznym zmianom w krótkim czasie (zwłaszcza w klimacie środkowej Europy). Bezpośrednie podłączenie tych źródeł do SEE może w skrajnych sytuacjach doprowadzić do pogorszenia stabilności całego systemu, głownie za sprawą nagłego niedoboru mocy lub z jej nadwyżką. Im większy będzie udział OZE w systemie energetycznym tym powyższe problemy będą przybierały na sile.

Do niedawana najlepszą alternatywą zabezpieczającą stabilność SEE było utrzymywanie rezerwy w elektrowniach konwencjonalnych. Niestety takie utrzymanie jest kosztowne i nieobojętne dla środowiska biorąc pod uwagę, że taka rezerwa może nigdy nie być wykorzystana. Aby uchronić się od dynamicznej zmienności produkcji energii z OZE warto, aby wszystkie duże źródła o dnawialne powyżej kilkuset kW były zintegrowane z magazynami energii.

Rys. 4: Schemat systemu monitorowania ESS dostarczanego przez Alpha-ESS.[1]
Rys. 4. Schemat systemu monitorowania ESS dostarczanego przez Alpha-ESS.[1]

Największą zaletą powyższego rozwiązania jest skuteczniejsza kontrola produkcji energii i przepływu mocy w SEE. Najlepszym przykładem są źródła PV, które produkują największą ilość energii w ciągu słonecznego dnia. Dzięki ESS energię PV można zachować, a następnie oddać do sieci w okresie największego zapotrzebowania.

Magazyny energii mogą również współpracować z siecią elektroenergetyczną bez OZE. W energetyce zawodowej magazyny energii instalowane są w stacjach rozdzielczych dla napięć 220/110/15 kV. W tych miejscach ich głównym zadaniem jest stabilizacja napięcia, częstotliwości i bilansowanie mocy biernej.

W chwili nadwyżki wyprodukowanej mocy, częstotliwość i napięcie węzłowe zaczynają wzrastać. Aby ustabilizować parametry elektryczne na węźle można zmniejszyć produkcję w elektrowniach, a gdy popyt wzrośnie zwiększyć produkcję. Niestety jest to kosztowne i energochłonne. W chwili zwiększonego poboru mocy napięcie i częstotliwość zaczynają spadać. W trakcie wystąpienia takiego zjawiska, magazyn ma za zadanie w bardzo krótkim czasie „wstrzyknąć” do sieci brakującą moc, poprawiając stabilność parametrów.

W obecnych czasach kiedy jakość zasilania jest bardzo ważna dla nowoczesnych urządzeń, utrzymywanie stabilności, a co za tym idzie należytej jakości jest jednym z najistotniejszych benefitów posiadania ESS.

Zalety pracy zasobnika energii mogą być osiągane we wszystkich sektorach elektroenergetyki:

  • w wytwarzaniu (w źródłach konwencjonalnych i rozproszonych w tym odnawialnych),
  • w przesyle, dystrybucji, obrocie energią oraz przez odbiorców końcowych.

Dodatkowe korzyści mogą być osiągane poza sektorem elektroenergetyki np. dzięki redukcji emisji zanieczyszczeń oraz ograniczeniu emisji CO2. Rysunek 2. przedstawia możliwe miejsca instalacji magazynów energii w systemie elektroenergetycznym.

Niebagatelną wydaje się także możliwość zastosowania magazynów energii w dużych zakładach, fabrykach, biurowcach, obiektach typu Data Center, a także gospodarstwach domowych. We wszystkich tych przypadkach pozytywną stroną stosowania ESS jest magazynowanie energii w godzinach najmniejszego poboru energii oraz w godzinach nocnych kiedy jest energia najtańsza.

Rys. 5. Porównanie cech rodzajów baterii [5]
Rys. 5. Porównanie cech rodzajów baterii [5]

Nowoczesne magazyny energii coraz częściej posiadają dodatkowe funkcje dzięki którym można zwiększyć niezawodność zasilania. Producenci coraz częściej implementują w swoich produktach funkcję UPS z czasem przełączania poniżej 20ms po zaniku napięcia SEE. Dzięki nowej funkcji część odbiorów może pracować bezprzerwowo w momencie zaniku napięcia z sieci co eliminuje potrzebę zakupu UPS-ów.

Kolejną cechą nowoczesnych magazynów energii jest możliwość pracy hybrydowej bazującej na dwóch źródłach zasilania w tym samym czasie. Praca hybrydowa ESS polega na jednoczesnym poborze energii z sieci zasilającej oraz z magazynu energii. Jest to idealne rozwiązanie w chwilach zwiększonego poboru mocy i chroni użytkownika przed karami z tytułu przekroczenia mocy zamówionej. Poznaj kompleksowe rozwiązania w zakresie systemów zasilania gwarantowanego »

Budowa ESS

Każdy nowoczesny magazyn energii poza bateriami posiada szereg dodatkowych komponentów. Najważniejszym elementem, który przesądza o jakości danego rozwiązania jest przekształtnik dwukierunkowy, który musi być przystosowany do pracy hybrydowej z siecią zasilającą.

W nowoczesnym magazynie energii wszystkie parametry pracy powinny być monitorowane, a w razie awarii alarmowane. Użytkownik może z każdego miejsca na świecie obserwować i nadzorować pracę ESS. Również współpraca z systemami nadrzędnymi takimi jak BMS, SCADA, P.POŻ nie stanowi problemu. Przekształtnik powinien pracować w szerokim zakresie parametrów pracy. Dlatego też ESS można implementować w nowych instalacjach oraz adaptować do istniejących.

Rys. 6. Porównanie cech trzech typów baterii stosowanych w magazynach energii [1]
Rys. 6. Porównanie cech trzech typów baterii stosowanych w magazynach energii [1]

Typy baterii

Aby magazyny energii pracowały bezawaryjnie w różnych warunkach pracy, producenci baterii wprowadzili nowe technologie na rynek. Produkowane przez większość producentów ogniwa kwasowo-ołowiowe nie nadają się do pracy z magazynami energii.

Najbardziej pożądanymi cechami akumulatorów w ESS są duże pojemności baterii, możliwość głębokiego rozładowywania, ilość cykli ładowania i rozładowywania przekraczająca 6000, bezpieczeństwo i bezobsługowość. Na rysunku nr 5 został przedstawiony wykres porównujący cechy trzech różnych technologii bateryjnych takich jak tradycyjne baterie litowo-jonowe, VRLA oraz litowo-żelazowe (LiFePO4).

Główną technologią baterii do systemów ESS proponowanych przez firmę EST Energy jest niepalna bateria LiFePO4 (litowa z fosforanem żelaza), której żywotność sięga powyżej 20 lat (przy zachowaniu 80% pojemności znamionowej) oraz możliwość wykonania ponad 6000 pełnych cykli rozładowań i ładowań. Ogniwa te mają wyjątkowo wysoką trwałość. Lit można poddać recyclingowi w sposób łatwy i przyjazny dla środowiska.

W obecnie stosowanych bateriach do budowy magazynów energii dominują trzy technologie:

  • LiFePO4 (LFP)
  • LiCOO2 (LCO)
  • LiNiMnCoO2 (NMC)
Rys. 7a Magazyn Energii o mocy 50 kW i pojemności 100 kWh [1] Rys. 7b Magazyn Energii o mocy 5 kW i pojemności 5,7 kWh [1]
Rys. 7a Magazyn Energii o mocy 50 kW i pojemności 100 kWh [1] Rys. 7b Magazyn Energii o mocy 5 kW i pojemności 5,7 kWh [1]

Rynek polski

Firma EST Energy rozszerzyła swoją działalność o dostarczanie i implementowanie magazynów energii na polskim rynku. Bazując na współpracy z największymi producentami magazynów energii jesteśmy w stanie wdrożyć niemal każdy typ i rodzaj magazynu energii w przystępnej cenie oraz z pełną obsługą serwisową.

Dysponujemy magazynami dla instalacji prosumenckich (3–10 kWh), zakładów przemysłowych i biznesu (do 300 kWh) oraz dla operatorów energetycznych (do kilku i więcej MWh).

Literatura
1. Materiały firmy Alpha-ESS,
2. The future role and challenges of Energy Storage, European Commission.
3. Energy storage Innovation in Europe autorzy: Frederik Geth, Johannes Kathan,Lukas Sigrist and Peter Verboven, Październik 2013
4. EST Energy: Akumulatorowe Magazyny Energii, Elektro Info Grudzień 2015
5. https://wysokienapiecie.pl/11160--jak-zarobic-na-magazynach--energii/#dalej.

EST ENERGY

EST Energy Sp. z o.o. Sp. k.
ul. Żeromskiego 114
05-400 Otwock

tel. 22 779 09 00
faks 22 779 09 09

estenergy@estenergy.pl
www.estenergy.pl

Szczegółowe informacje techniczne:
Sebastian Miturski
s.miturski@estenergy.pl

Komentarze

(0)
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 »
10/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Kompensacja mocy biernej w środowisku wyższych harmonicznych
  • - Projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Zobacz szczegóły
Wzorcowanie, nie tylko wydatek, ale również korzyść

Wzorcowanie, nie tylko wydatek, ale również korzyść

Zakłady produkcyjne bardzo często postrzegają proces wzorcowania urządzeń pomiarowych jako zbędny wydatek, bez którego fabryka mogłaby nadal produkować wyroby, według...
TRONIA Sp. z o.o. TRONIA Sp. z o.o.
Warszawska firma TRONIA Sp. z o.o. swoją działalność opiera na modnym ostatnio „outsourcingu”, co pozwala jej, przy stosunkowo...
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