elektro.info

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą...

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą zarówno układu mebli, wykorzystanych materiałów czy koloru ścian. Jednak przede wszystkim warto dokładnie i z uwagą podjąć decyzje związane z wyborem odpowiedniego oświetlenia.

news Skuter elektryczny od Seata

Skuter elektryczny od Seata

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej...

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej mobilności.

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

Zastosowania zasobników energii w systemach zasilania (część 1.)

Applications of energy storages in the power systems – part 1

Akumulatory i baterie przepływowe (BES – ang. Battery Energy Storage) - najczęściej akumulatory kwasowo-ołowiowe proste i z zaworami regulacyjnymi, szczelne i z odgazowywaniem, akumulatory niklowo-kadmowe, sodowo-siarkowe, litowo-jonowe, niklowo-hybrydowe

Zasobniki energii elektrycznej są w wielu przypadkach istotnym lub niezbędnym elementem systemu zasilania. Koszty zasobników energii stanowią często przeszkodę w ich ­wykorzystaniu. Ciągły rozwój technologii zasobników energii stanowi nadzieję, że w przyszłości będą one wykorzystywanie znacznie częściej i znajdą nowe zastosowania.

Zobacz także

Zastosowanie źródeł energii odnawialnej do wspomagania zasilania budynków w energię elektryczną

Zastosowanie źródeł energii odnawialnej do wspomagania zasilania budynków w energię elektryczną

Jednym z priorytetowych zadań związanych ze wzrostem instalowania systemów z odnawialnymi źródłami energii jest racjonalne wykorzystanie energii pochodzącej z tych źródeł. W miarę stabilne i przewidywalne...

Jednym z priorytetowych zadań związanych ze wzrostem instalowania systemów z odnawialnymi źródłami energii jest racjonalne wykorzystanie energii pochodzącej z tych źródeł. W miarę stabilne i przewidywalne są systemy wykorzystujące biomasę, biogaz, geotermię, a nawet małe elektrownie wodne. Zdecydowanie trudniej jest zaprojektować efektywne systemy generacji rozproszonej na podstawie generatorów wiatrowych i systemów fotowoltaicznych.

Praca hybrydowa i zasobniki energii

Praca hybrydowa i zasobniki energii

W systemach zasilania gwarantowanego (UPS) jednym z najważniejszych parametrów użytkowych jest czas podtrzymania zasilania odbiorników w przypadku zaniku lub nieprawidłowych parametrów napięcia sieciowego.

W systemach zasilania gwarantowanego (UPS) jednym z najważniejszych parametrów użytkowych jest czas podtrzymania zasilania odbiorników w przypadku zaniku lub nieprawidłowych parametrów napięcia sieciowego.

Problemy bezpieczeństwa elektrycznego w kwestiach związanych z ustanawianiem służebności przesyłu

Problemy bezpieczeństwa elektrycznego w kwestiach związanych z ustanawianiem służebności przesyłu

W artykule przedstawiono najważniejsze problemy związane z ustanawianiem służebności przesyłu na terenach, na których umiejscowiona jest infrastruktura elektroenergetyczna. Poruszone kwestie dotyczą zarówno...

W artykule przedstawiono najważniejsze problemy związane z ustanawianiem służebności przesyłu na terenach, na których umiejscowiona jest infrastruktura elektroenergetyczna. Poruszone kwestie dotyczą zarówno sygnalizowanych we wnioskach właścicieli nieruchomości problemów zapewnienia bezpieczeństwa w otoczeniu infrastruktury elektroenergetycznej w okresie jej eksploatacji, jak i ograniczeń w zagospodarowaniu nieruchomości, na której znajdują się elementy infrastruktury elektroenergetycznej.

Podstawowe wiadomości o napowietrznej sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej

Podstawowe wiadomości o napowietrznej sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej

Cel artykułu stanowi przybliżenie funkcjonariuszom Straży Pożarnej, a zwłaszcza dowódcom akcji ratowniczo-gaśniczych, cech charakterystycznych napowietrznych linii wysokiego, średniego i niskiego napięcia....

Cel artykułu stanowi przybliżenie funkcjonariuszom Straży Pożarnej, a zwłaszcza dowódcom akcji ratowniczo-gaśniczych, cech charakterystycznych napowietrznych linii wysokiego, średniego i niskiego napięcia. W artykule nie przedstawiono wszystkich rozwiązań technicznych w zakresie budownictwa sieciowego, które są stosowane w sieci dystrybucyjnej na terenie naszego kraju, tylko podstawowe.

Podstawowe wiadomości o elektroenergetycznej podziemnej sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej

Podstawowe wiadomości o elektroenergetycznej podziemnej sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej

Autorzy zamieścili w publikacji najbardziej istotne wiadomości dotyczące elektroenergetycznej podziemnej (kablowej) sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej. Na tle omówienia cech charakterystycznych...

Autorzy zamieścili w publikacji najbardziej istotne wiadomości dotyczące elektroenergetycznej podziemnej (kablowej) sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej. Na tle omówienia cech charakterystycznych dla sieci dystrybucyjnych przedstawili właściwości linii kablowych średniego napięcia 15-20 kV oraz niskiego napięcia 0,4 kV.

Magazynowanie energii elektrycznej przy użyciu zasobników energii jest elementem korzystnym do sprawnego funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.

Zasadniczym problemem związanym z wykorzystywaniem zasobników energii są wysokie koszty. W zależności od typu i wielkości zasobnika energii jednostkowe nakłady inwestycyjne wynoszą od około 1000 do nawet 10 000 $/kW.

Magazynowanie energii można uznać za opłacalne, jeśli koszt krańcowy energii elektrycznej ulega większym zmianom niż wynosi koszt magazynowania i odzyskiwania energii elektrycznej, powiększony o koszt energii elektrycznej, która jest tracona.

Analizując koszty w dużym uproszczeniu (bez uwzględnienia kosztów inwestycji) – jeśli cena energii elektrycznej w godzinach szczytu wynosi np. 180 zł/MWh, a w nocy zmniejsza się do wartości 100 zł/MWh, wtedy różnica 80 zł/MWh może być potencjalnym zyskiem wykorzystywanego zasobnika energii.

Zasobnik energii mający sprawność równą 80% będzie przynosił zysk, jeśli jego koszt użytkowania będzie mniejszy niż 64 zł/MWh.

Niestety koszty zakupu/budowy zasobników są najczęściej bardzo wysokie i dopiero po wielu latach inwestycja może się zwrócić. Nierzadkie są przypadki, gdy okres eksploatacji zasobnika jest krótszy niż zwrot z inwestycji.

Zagadnienie magazynowania energii elektrycznej dotyczy różnych systemów. Wielkość i przeznaczenie systemu i elementy systemu w dużym stopniu determinują preferowane rodzaje technologii zasobników energii elektrycznej.

Do podstawowych parametrów opisujących większość zasobników energii elektrycznej (w szczególności akumulatory) należą:

  • napięcie [V],
  • prąd [A],
  • moc [W],
  • energia [J] lub [W·h] (1 W·h to około 3600 J),
  • gęstość energii [W·h/kg] lub [W·h/m3],
  • gęstość mocy [W/kg] lub [W/m3],
  • pojemność [W·h],
  • gęstość prądu [A/cm2],
  • czas życia – lata lub liczba cykli ładowania-rozładowania (za koniec okresu eksploatacji akumulatora uznaje się taki moment, w którym jego pojemność obniży się trwale do poziomu 80% pojemności znamionowej).

W przypadku akumulatorów/ogniw, łącząc je szeregowo zwiększamy napięcie przy zachowaniu tej samej pojemności, łącząc je równolegle zwiększamy pojemność przy zachowaniu tego samego napięcia. Oczywiście łączyć możemy również ogniwa szeregowo-równolegle.

Ogólny zakres zastosowań zasobników energii elektrycznej w systemach różnej wielkości

W systemie przesyłowym (wytwarzanie, przesył energii) zasobniki energii mają następujące zastosowania [1]:

  • rozruch elektrowni po dużej awarii systemowej,
  • wyrównanie obciążenia elektrycznego systemu,
  • powiększenie tzw. „szybkiej” rezerwy systemowej,
  • rezerwa mocy i wsparcie działania wytwórców na rynku bilansującym,
  • regulacja napięcia, mocy czynnej, mocy biernej i częstotliwości.

W przypadku integracji odnawialnych źródeł energii z systemami różnej wielkości, zastosowanie zasobników energii usprawnia pracę generacji wykorzystującej OZE w następujących obszarach [1]:

  • przeciwdziałanie stanom dynamicznym, usprawniające pracę układów hybrydowych (np. układ turbozespół wiatrowy – zespół prądotwórczy z silnikiem Diesla),
  • poprawa sterowania, łatwiejsza integracja z systemem elektroenergetycznym, stabilizacja pracy pojedynczych jednostek generacyjnych OZE (np. łagodzenie efektu migotania napięcia),
  • kompensacja niedoborów oraz nadwyżek energii, tzw. „rezerwa gorąca”, produkowanej przez duże jednostki OZE (np. wsparcie dla mikrosieci, wsparcie dla KSE, wsparcie dla rynku bilansującego).

W przypadku przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej w sieciach rozdzielczych, wykorzystanie zasobników energii usprawnia funkcjonowanie systemu w obszarach [1]:

  • poprawa stabilności systemów przesyłowych i dystrybucyjnych,
  • przesunięcie inwestycji sieciowych w czasie z uwagi na wzrastające zapotrzebowanie na energię elektryczną, dzięki właściwemu usytuowaniu zasobników energii w systemie,
  • polepszenie procesów sterowania przesyłem energii (kontrola poziomów napięcia).

W przypadku odbiorców końcowych indywidualnych, odbiorców końcowych przemysłowych i generacji rozproszonej, zasobniki mogą usprawniać pracę układów dostawczo-rozdzielczych [1]. Usprawnienie pracy dotyczyć może zarówno utrzymania lub poprawy parametrów jakości energii elektrycznej, jak również zwiększenia niezawodności i pewności zasilania.

Zasobniki energii mogą usprawniać ponadto pracę małych układów generacyjnych z turbinami wiatrowymi lub ogniwami fotowoltaicznymi, które pracują na potrzeby pojedynczych gospodarstw domowych [1].

Rodzaje i charakterystyka zasobników energii elektrycznej

Zasobniki energii elektrycznej to bardzo różnorodne konstrukcje magazynujące energię w odmienny sposób. Ogólnie podzielić można zasobniki energii na siedem opisanych rodzajów. Ponadto w ramach danego rodzaju zasobnika wyróżnić można wiele różnych rozwiązań technologicznych.

Nadprzewodzące zasobniki energii (SMES – ang. Superconducting Magnetic Energy Storage). Energia magazynowana jest w polu magnetycznym indukowanym w cewce nadprzewodzącej zasilanej prądem stałym [2]. Cewka nabiera właściwości nadprzewodnika po schłodzeniu jej do temperatury nadprzewodnictwa za pomocą ciekłego helu lub ciekłego azotu. Technologia jest nadal bardzo droga.

Jednym z poszukiwanych rozwiązań jest zastosowanie takich materiałów nadprzewodzących, które nie będą traciły swoich właściwości w wysokich temperaturach – pozwoliłoby to zredukować koszty.

Superkondensatory (ang. Supercapacitors).

Energia magazynowana jest w polu elektrycznym kondensatora elektrolitycznego. Ultrakondensator pozwala na gromadzenie wielokrotnie większych ilości energii niż tradycyjne kondensatory. Osiąga się to dzięki bardzo rozwiniętej powierzchni elektrod oraz niezwykle małej odległości pomiędzy elektrodami [4].

Funkcjonowanie kondensatora polega na gromadzeniu ładunków elektrycznych w obrębie podwójnej warstwy, która powstaje na granicy ośrodków elektroda – elektrolit [9]. Technologia jest nadal bardzo droga. (fot. 1.)

b zastosowanie zasobnikow fot1 1
Fot. 1. Moduł superkondensatorów firmy EVER [33]; fot. archiwum autora

Akumulatory i baterie przepływowe (BES – ang. Battery Energy Storage).

W akumulatorach energia elektryczna jest gromadzona w postaci energii chemicznej, a elektrody i elektrolit biorą udział w zachodzących reakcjach chemicznych, co wraz z upływem czasu (kolejne ładowania i rozładowywania) powoduje zmiany parametrów technicznych oraz ograniczenie trwałości akumulatorów [9].

Większość ze stosowanych akumulatorów ulega całkowitemu zużyciu po około 1000 cyklach ładowania i rozładowywania.

W elektroenergetyce stosuje się najczęściej akumulatory kwasowo-ołowiowe proste oraz z zaworami regulacyjnymi, szczelne i z odgazowywaniem, akumulatory niklowo-kadmowe, sodowo-siarkowe, litowo-jonowe oraz stosuje się najczęściej akumulatory kwasowo-ołowiowe proste oraz z zaworami regulacyjnymi, szczelne i z odgazowywaniem, akumulatory niklowo-kadmowe, sodowo-siarkowe, litowo-jonowe oraz niklowo-hybrydowe [4].

Akumulatory mogą być teoretycznie budowane na dowolną moc i pojemność. Akumulatory łączy się w szeregowo-równoległe moduły, dzięki czemu można budować układy wyższych napięć i mocy [1]. Napięcie pojedynczego ogniwa wynosi około 2 V.

Baterie przepływowe są bateriami rewersyjnymi, w których magazynowanie energii odbywa się za pomocą pośrednictwa dwóch elektrolitów, przechowywanych w osobnych zbiornikach oraz specjalnego ogniwa wyposażonego w membranę przepuszczalną separującą oba elektrolity [1].

W czasie procesu rozładowywania oba elektrolity przepływają przez ogniwo, a membrana, która jest przepuszczalna dla jednej z substancji, umożliwia wymianę jonów pomiędzy elektrolitami.

W czasie ponownego ładowania, potencjał elektryczny przywraca właściwości chemiczne elektrolitów [1]. Technologia umożliwia niezależny dobór mocy i pojemności baterii. Ogniwa wymiaruje się na moc wyjściową, natomiast zbiorniki z elektrolitem na wymaganą pojemność.

Baterie przepływowe można ładować elektrycznie lub przez wymianę elektrolitu zużytego w trakcie procesu rozładowywania na gotowy elektrolit „naładowany” [1].

Wyróżnia się trzy główne rodzaje baterii przepływowych [1]:

  • baterie polisylfidowebromkowe (PSB),
  • utleniająco-redukujące baterie VRB
  • oraz cynkowo-bromkowe baterie.

Technologia kosztowna, nadal w fazie rozwoju.

Ogniwa paliwowe (FC – ang. Fuel Cells)

W ogniwie paliwowym przetwarzana jest energia chemiczna w procesie elektrochemicznym w energię elektryczną oraz ciepło [3].

Rozwiązanie zawiera dwie elektrody (katoda i anoda) oraz elektrolit. Do anody dostarczane jest paliwo (wodór w stanie czystym lub w mieszaninie) natomiast do katody utleniacz (tlen w stanie czystym lub powietrze) [4, 9].

Dzięki obecności katalizatora, wodór podlega procesowi jonizacji. Jony dodatnie przedostają się przez elektrolit do katody, natomiast elektrony przepływają przez elektrody oraz zamknięty obieg wewnętrzny [4]. Tlen wiąże się z jonami wodoru i jonami elektronami tworząc cząsteczki wody.

Istnieje wiele różnych typów ogniw paliwowych (m.in.: alkaliczne (AFC), ze stopionym węglanem (MCFC), z kwasem fosforowym (PAFC), zasilane bezpośrednio metanolem (DMFC), z elektrolitem polimerowym (PMFC), tlenkowe (SOFC) oraz zasilane cynkiem (ZnFC)) [4].

Jako paliwo stosowany może być także gaz ziemny lub metanol.

Wadą technologii są nadal bardzo wysokie jednostkowe koszty inwestycyjne.

Inne wady to niska trwałość, długi czas rozruchu oraz zmiana własności energetycznych ogniwa w czasie jego eksploatacji [4].

Ogniwa paliwowe stosowane są w układach napędowych, jako źródło energii w urządzeniach przenośnych oraz w elektroenergetyce w generacji rozproszonej (moce od kilkudziesięciu KW do pojedynczych MW) [1].

W energetyce stosowane są przede wszystkim ogniwa paliwowe typu PAFC, MCFC oraz SOFC.

Elektrownie wodne pompowe

W elektrowniach wodnych pompowych energia elektryczna w okresach nadmiaru produkcji w stosunku do zapotrzebowania („doliny energetyczne”) zamieniana jest na energię potencjalną wody przepompowywanej z dolnego do górnego zbiornika, a następnie w okresach szczytu obciążenia energia masy wody zamieniana jest w generatorze na energię elektryczną [9].

Rozwiązanie umożliwia magazynowanie bardzo dużej energii. Koszt jednostkowy energii jest względnie niski, ale cała inwestycja jest bardzo kosztowna.

Możliwości zastosowania technologii silnie zależą od warunków hydrogeologicznych terenu. Korzystne lokalizacje mogą być niestety w miejscach, gdzie brakuje infrastruktury energetycznej [1].

Pneumatyczne zasobniki energii (CAES – ang. Compressed Air Energy Storage)

b zastosowanie zasobnikow rys1
Rys. 1. Koncepcja działania pneumatycznego zasobnika energii. Opracowano na podstawie [36]; rys. archiwa autora

Energia przechowywana jest w szczelnych jaskiniach, kopalniach lub grotach w postaci sprężonego gazu (powietrza) o ciśnieniu do 100 atm. [3].

Powietrze sprężane jest w okresach „dolin energetycznych”.

Rozwiązanie alternatywne do elektrowni wodnych pompowych – umożliwia gromadzenie bardzo dużej energii przez bardzo długi czas. W czasie szczytów zapotrzebowania na moc sprężone powietrze jest uwalniane i kierowane na łopatki turbiny turbozespołu generującego energię elektryczną [1].

Rysunek 1. przedstawia koncepcję działania pneumatycznego zasobnika energii współpracującego z farmą wiatrową.

Kinetyczne zasobniki energii (FES – ang. Flywheel Energy Storage)

Przechowywanie energii w masach wirujących polega na rozpędzeniu do określonej prędkości koła o dużej masie [4]. Koło wiruje ze stałą prędkością i w ten sposób przechowuje energię w postaci energii kinetycznej masy. Masa wirująca jest połączona wspólnym wałem z maszyną elektryczną, która może skokowo przechodzić od pracy silnikowej, czyli gromadzenia energii do pracy prądnicowej, czyli oddawania energii. Rozwój technologii polega na zwiększaniu średnicy bardzo ciężkich kół zamachowych uzyskując wzrost prędkości obrotowej (duże moce zasobników) lub wykorzystaniu materiałów lekkich, co umożliwia uzyskanie bardzo dużych prędkości obrotowych (małe moce – małe kompaktowe zasobniki energii) [1].

tabeli 1. przedstawiono rodzaje zasobników energii oraz ich charakterystykę.

b zastosowanie zasobnikow tab1
Tab. 1. Rodzaje zasobników energii oraz ich charakterystyka (opracowano na podstawie [1, 2, 3])

Moc nominalna zasobnika energii silnie zależy od jego typu (od 1 KW do 1 GW). Podobnie czas rozładowania może wynosić w zależności od typu zasobnika od sekund do wielu dni.

Z kolei sprawność wynosi od 60 do 95%. Duże różnice występują również w czasie eksploatacji (od kilku lat do 40 lat).

rbt
Zdjęcie: Kinetyczny zasobnik energii IEM Power System

Gęstość energii może być bardzo różna, od około 6,5 do nawet 11000 [W·h/kg]. Należy zwrócić uwagę na fakt, że niektóre technologie są na etapie prototypów i ciągłego rozwoju, często powiązanego z próbami obniżenia kosztów produkcji (np. nadprzewodzące zasobniki energii), a inne (np. elektrownie wodne pompowe, akumulatory) są technologiami dojrzałymi stosowanymi od bardzo wielu lat).

Wykorzystanie zasobników energii w mikrosieciach

Jedną z głównych idei mikrosieci jest możliwość magazynowania energii w zasobnikach energii [4].

W przypadku pracy wyspowej (mikrosieć jest odłączona od sieci rozdzielczej) możliwa jest poprawa jakości energii elektrycznej, sterowanie napięciem oraz częstotliwością.

Ponadto zasobniki energii mogą być źródłem mocy zwarciowej potrzebnej do skutecznej realizacji ochrony przeciwpożarowej. Dobór odpowiedniej strategii magazynowania energii umożliwia zmniejszenie zmienności obciążenia, racjonalne i pełne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii elektrycznej – gdy produkcja przekracza bieżące zapotrzebowanie, magazynowanie energii pozwala na jej późniejsze wykorzystanie w okresie zwiększonego zapotrzebowania na energię.

Do magazynowania energii w mikrosieciach mogą mieć zastosowanie [4]: akumulatory, baterie przepływowe, koła zamachowe, superkondensatory oraz cewki nadprzewodzące.

Większość stosowanych w praktyce akumulatorów ulega całkowitemu zużyciu po około 1000 cyklach ładowania i rozładowania i z tego powodu akumulatory dużych mocy pełnią tylko funkcję źródła bilansującego moc w przypadku pracy wyspowej i nie służą do ciągłego lub cyklicznego zasilania [4].

Duże nadzieje w zakresie regulacji systemów wiąże się z bateriami przepływowymi (rewersyjnymi), a konkretnie z bateriami wanadowymi (VRB), które są wciąż w fazie badawczo-rozwojowej.

W badaniach [31] wykonano wielowariantową analizę dotyczącą fragmentu aglomeracji o różnorodnej strukturze odbiorców (symulacja dużej mikrosieci). Moc szczytowa dla analizowanego obszaru wynosiła 1,983 MW.

Wykonano symulacje związane z różnym stopniem nasycenia OZE na analizowanym obszarze. Symulacje produkcji energii przez OZE przeprowadzono wykorzystując historyczne dane meteorologiczne (uzyskane z ICM UW).

Celem było wyznaczenie kombinacji liczby i rodzaju OZE zapewniającej zbilansowanie mocowe i energetyczne. Założono, że występujące nadwyżki produkowanej energii są sprzedawane do Sieci Energetyki Zawodowej.

Jednym z analizowanych przypadków była praca wyspowa mikrosieci. W pracy wyspowej mikrosieci jest ona odłączona od zewnętrznej sieci rozdzielczej [4].

Nie pracuje synchronicznie z siecią spółki dystrybucyjnej, a regulacja częstotliwości i napięcia realizowana jest wewnątrz mikrosieci.

W przypadku wariantu pracy wyspowej i wykorzystania do produkcji energii tylko systemów fotowoltaicznych, zasobnik energii powinien posiadać pojemność ponad 4 GWh (wartość równa średniej energii konsumowanej na tym obszarze przez ponad 100 dni) i przed uruchomieniem zostać naładowany do poziomu 54% pojemności, aby zapewnić zbilansowanie mocowe oraz energetyczne analizowanego obszaru [31].

W przypadku wariantu pracy wyspowej i wykorzystania do produkcji energii tylko turbin wiatrowych, zasobnik energii powinien mieć pojemność ponad 10 GWh (wartość równa średniej energii konsumowanej na tym obszarze przez ponad 300 dni).

Wykorzystywanie zasobników energii w systemach zasilania gwarantowanego

Zasobniki energii są wykorzystywane w celu utrzymania lub poprawy jakości parametrów energii elektrycznej oraz w celu zwiększenia niezawodności i pewności zasilania.

Konieczność utrzymania lub poprawy jakości parametrów energii elektrycznej wynika z faktu, że użytkownicy energii elektrycznej są wrażliwi na szybkie zmiany parametrów jakości napięcia (przepięcia, chwilowe zapady napięcia zasilającego, odkształcenia wyższymi harmonicznymi spowodowane najczęściej pracą odbiorników nieliniowych) [1].

Układy kondycjonujące np. kompensatory mocy biernej SVC, filtry aktywne, wykorzystujące technologie zasobników energii, mogą przeciwdziałać wymienionym zakłóceniom, chroniąc wrażliwe odbiorniki.

Równie ważnym elementem jest zapewnienie wysokiego poziomu niezawodności i pewności zasilania priorytetowych odbiorników.

W celu zapewnienia ciągłości zasilania z sieci elektroenergetycznej buduje się rozdzielnie napięcia gwarantowanego wyposażone w zaawansowane systemy UPS (główny jego element to zasobnik energii) oraz zespoły prądotwórcze.

W praktyce wykorzystywane są w UPS zasobniki akumulatorowe (najczęściej baterie kwasowo-ołowiowe), baterie przepływowe VRB, superkondesatory.

W przypadku dużych systemów zasilania gwarantowanego stosowane są także kinetyczne zasobniki energii (np. urządzenie DRUPS).

Nowoczesne rozwiązania w zakresie zasobników, np. superkondensatory, są oferowane już w sprzedaży, ale niestety są bardzo drogie.

W porównaniu do np. klasycznego zasilacza UPS wykorzystującego akumulatory, UPS wykorzystujący superkondensatory ma sporo zalet.

W tab. 2. podano parametry klasycznego UPS-a (akumulatory) oraz UPS-a (superkondensatory).

b zastosowanie zasobnikow tab2
Tab. 2. Porównanie UPS-a wykorzystującego akumulatory oraz superkondensatorów. Opracowano na podstawie informacji z [11, 33]

Do zalet UPS-a wykorzystującego superkondensatory należy zaliczyć [10, 11, 33]:

  • bardzo dużą trwałość (milion cykli ładowania),
  • bardzo krótki, nieosiągalny w technologii akumulatorowej czas ładowania rzędu kilku minut,
  • dużą gęstość mocy do 10 000 W/kg (w przypadku akumulatorów jest to około 100 W/kg),
  • wyższe sprawności niż w ogniwach elektrochemicznych (osiągają one wartości około 95%, natomiast w akumulatorach są to wartości rzędu 70%),
  • mała wartość rezystancji wewnętrznej (poniżej 0,3 mW),
  • szerszy temperaturowy zakres pracy ultrakondensatorów (–40°C÷65°C) niż wtórnych ogniw elektrochemicznych (0°C ¸ 40°C)
  • oraz w przeciwieństwie do akumulatorów mała zależność parametrów od zmian temperatury,
  • głębokość rozładowywania nie ma wpływu na żywotność w przeciwieństwie do klasycznych akumulatorów,
  • długotrwałe koszty eksploatacyjne są bardzo niskie w porównaniu do akumulatorów (bezobsługowość),
  • znikome oddziaływanie na środowisko
  • oraz niewielkie zmiany własności przy wielokrotnym ładowaniu i rozładowywaniu.

 

Superkondensatory mają również pewne wady.

Niestety, założony krótki czas ładowania superkondensatora wymaga zastosowania w UPS-ie z nim współpracującym specjalnie skonstruowanego wysoko wydajnego układu ładowania i przetwarzania energii (prąd ładowania w początkowej fazie wynosi nawet 100 A np. dla UPS-a z superkondensatorem w tab. 2.) [33].

Ładowanie dużymi prądami niesie za sobą zagrożenie związane z nagłym rozłączeniem obwodu superkondensatora (odłączenie od urządzenia).

Korzystniejszym parametrem w akumulatorach niż w superkondensatorach jest natomiast gęstość energii [10]. We wtórnych ogniwach elektrochemicznych jest ona na poziomie 100 W·h/kg, a w ultrakondensatorach jest około 10 razy mniejsza [11].

Literatura

1. Paska J.: Zasobniki energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym – zastosowania i rozwiązania, Przegląd Elektrotechniczny, nr 9a/2012 (88), str. 50-55

2. Paska J., Kłos M., Antos, P., Błajszczak G.: Koncepcja zasobnika energii elektrycznej o zdolności magazynowania 50 MWh, Acta Energetica, 2/11 (2012), str. 32-37

3. Paska J., Kłos M., Michalski Ł., Molik L.: Układy hybrydowe – integracja różnych technologii wytwarzania energii elektrycznej, Elektroenergetyka, nr 4 (6)/2010, str. 46-57

4. Baczyński D., Księżyk K., Parol M., Piotrowski P., Wasilewski J., Wójtowicz T.: Mikrosieci niskiego napięcia. Praca zbiorowa pod redakcją M. Parola. Monografia, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2013

5. Wiatr J., Orzechowski M.: Poradnik projektanta elektryka, Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2012

6. Wiatr J., Miegoń M., Orzechowski M., Przasnyski A.: Poradnik projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego, EATON Powerware, 2008

7. Sutkowski T. Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną – Urządzenia i układy, Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw, Warszawa 2007

8. Wiatr J., Miegoń M. „Zasilacze UPS oraz baterie akumulatorów w układach zasilania gwarantowanego”, Zeszyt dla elektryków nr.4, Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2009

9. Bednarek K., Kasprzyk L.: Zasobniki energii w systemach elektrycznych – część 1. Charakterystyka problemu, Academic Journals, Electrical engineering, No 69, Poznan University of Technology, Poznań 2012, p. 199-207

10. Bednarek K., Kasprzyk L.: Zasobniki energii w systemach elektrycznych – część 2. Analizy porównawcze i aplikacje, Academic Journals, Electrical engineering, No 69, Poznan University of Technology, Poznań 2012, p. 209-218

11. Bednarek K., Akumulatory czy superkondensatory – zasobniki energii w UPS-ach, Elektro.info, nr 1-2, 2012.

12. Sarniak M.: Zasobniki energii w systemach fotowoltaicznych, Warunki techniczne.pl, nr 1/2016 (12), str. 62-65

13. http://www.forbes.pl/chinczycy-pokazali-grafenowa-baterie-100-procent-w-15-minut,artykuly,205944,1,1.html

14. http://ise.pl/informacje/4988-wkrotce-ruszy-produkcja-przelomowych-baterii-grafenowo-polimerowych

15. http://www.dobreprogramy.pl/Smartfony-beda-dzialac-dluzej-W-koncu-przelom-w-rozwoju-akumulatorow-Liion,News,56780.html

16. http://autoflesz.com/rozwiazania-tecniczne/5397-prze%C5%82om-w-motoryzacji-%E2%80%93-akumulatory-magnezowo-jonowe,-a-mo%C5%BCe-redox-flow.html

17. http://www.tabletowo.pl/2014/05/14/przelom-w-technologii-baterii-realna-szansa-czy-kolejny-marketingowy-belkot/

18. http://motogazeta.mojeauto.pl/Technika/Litowo_tlenowe_baterie_nowej_generacji,a,262365.html

19. http://www.bateriegrafenowe.pl/

20. http://technowinki.onet.pl/technika/baterie-nowej-generacji-coraz-blizej/7r42e

21. http://tylkonauka.pl/wideo/prototypowa-bateria-nowej-generacji-moze-zostac-naladowana-w-ciagu-30-sekund

22. http://www.polskieradio.pl/23/267/Artykul/181202,Nowe-baterie-beda-11-razy-pojemniejsze-niz-ogniwa-litowojonowe

23. http://www.antyradio.pl/Technologia/Duperele/Naukowcy-stworzyli-przypadkiem-superbaterie-8094

24. http://www.ckm.pl/lifestyle/bateria-komorki-na-2-lat,13248,1,a.html

25. http://www.chip.pl/artykuly/trendy/2015/07/akumulatory-przyszlosci-1?b_start:int=1

26. http://www.komputerswiat.pl/jak-to-dziala/2015/07/akumulatory.aspx

27. http://www.komputerswiat.pl/jak-to-dziala/2015/07/akumulatory.aspx

28. http://samochodyelektryczne.org/domowy_magazyn_energii_tesla_powerwall_wlasnej_roboty_za_300_usd.htm

29. https://www.tesla.com/

30. http://www.sklep.soltechenergy.pl/pl/p/Tesla-Powerwall-7-kWh/137

31. Sabat M.: Analiza szeregów czasowych produkcji energii ze źródeł odnawialnych pod kątem niezależności energetycznej wybranego obszaru, Praca dyplomowa magisterska, Wydział Elektryczny, Politechnika Warszawska, promotor pracy – dr hab. inż. Dariusz Baczyński

32. http://gramwzielone.pl/trendy/16039/elon-musk-pokazal-domowy-magazyn-energii-tesli

33. http://ever.eu/

34. http://www.seas.harvard.edu/news/2014/01/organic-mega-flow-battery-promises-breakthrough-for-renewable-energy

35. http://www.smh.com.au/technology/sci-tech/new-lowcost-highenergy-batteries-could-be-powered-by-rhubarb-plants-20140108-30iok

36. https://www.pge.com/en_US/about-pge/environment/what-we-are-doing/compressed-air-energy-storage/compressed-air-energy-storage.page

37. http://www.gtb-solaris.pl

38. http://moto.onet.pl/aktualnosci/najwieksza-baterie-na-swiecie-stworzy-tesla/9xh2yd

Tab. 1.  Rodzaje zasobników energii oraz ich charakterystyka (opracowano na podstawie [1, 2, 3])

Tab. 2. Porównanie UPS-a wykorzystującego akumulatory oraz superkondensatorów. Opracowano na podstawie informacji z [11, 33]

Fot. 1. Moduł superkondensatorów firmy EVER [33]

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Analiza statystyczna danych historycznych oraz prognozy do roku 2021 liczby pożarów budynków spowodowanych niesprawną instalacją elektryczną lub przyłączonymi do niej urządzeniami elektrycznymi

Analiza statystyczna danych historycznych oraz prognozy do roku 2021 liczby pożarów budynków spowodowanych niesprawną instalacją elektryczną lub przyłączonymi do niej urządzeniami elektrycznymi

Pożary budynków to zjawisko w dużym stopniu losowe. Wzrost liczby budynków na terenie Polski, wzrost liczby niefachowo wykonanych instalacji elektrycznych, wzrost niskiej jakości elementów zastosowanych...

Pożary budynków to zjawisko w dużym stopniu losowe. Wzrost liczby budynków na terenie Polski, wzrost liczby niefachowo wykonanych instalacji elektrycznych, wzrost niskiej jakości elementów zastosowanych do ich wykonania oraz malejąca jakość urządzeń elektrycznych mogą być potencjalną przyczyną wzrostu liczby pożarów budynków. Nowym, potencjalnym źródłem pożarów są również instalowane coraz bardziej masowo na dachach budynków systemy fotowoltaiczne oraz punkty ładowania pojazdów elektrycznych wewnątrz...

Wybrane aspekty energetyki wiatrowej w Polsce (część 2.)

Wybrane aspekty energetyki wiatrowej w Polsce (część 2.)

Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce to zjawisko dość nowe o dużej dynamice zmian. Warto zwrócić uwagę na wykorzystywane w siłowniach wiatrowych zaawansowane układy sterowania i regulacji, które są wciąż...

Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce to zjawisko dość nowe o dużej dynamice zmian. Warto zwrócić uwagę na wykorzystywane w siłowniach wiatrowych zaawansowane układy sterowania i regulacji, które są wciąż udoskonalane. Z kolei z uwagi na duże lepsze warunki wietrzne szansą na dalszy rozwój energetyki wiatrowej w Polsce są z całą pewnością farmy wiatrowe morskie.

Wybrane aspekty energetyki wiatrowej w Polsce (część 1.)

Wybrane aspekty energetyki wiatrowej w Polsce (część 1.)

Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce to zjawisko dość nowe o dużej dynamice zmian. W ostatnich latach szczególnie dynamicznie rosła liczba turbin wiatrowych oraz ich moc. Z uwagi na koszty tej technologii...

Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce to zjawisko dość nowe o dużej dynamice zmian. W ostatnich latach szczególnie dynamicznie rosła liczba turbin wiatrowych oraz ich moc. Z uwagi na koszty tej technologii produkcji energii elektrycznej dużą rolę w jej rozwoju odgrywa polityka danego państwa oraz obowiązujące przepisy. Zmiana przepisów zahamowała w ostatnim roku trend rosnący. Z drugiej strony konieczność ograniczenia w Polsce emisji CO2 sprawia, że od inwestycji w OZE nie ma w praktyce odwrotu.

Komentarze

Copyright © 2004-2019 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.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.