Μπορεί το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών (BESS) να βελτιώσει τη σταθερότητα των αυτόνομων ηλεκτρικών δικτύων;

Βασικές αρχές των συστημάτων BESS για τη σταθερότητα αυτόνομων δικτύων

Γιατί τα αυτόνομα συστήματα είναι ευάλωτα: Έλλειψη δικτυακής αδράνειας και περιορισμένη ικανότητα διατήρησης λειτουργίας κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων

Τα ανεξάρτητα από το δίκτυο συστήματα δεν διαθέτουν τον ίδιο τύπο περιστροφικής αδράνειας που προέρχεται από τους μεγάλους περιστρεφόμενους γεννήτριες που υπάρχουν στα συνηθισμένα ηλεκτρικά δίκτυα. Αυτή η αδράνεια λειτουργεί ως είδος απορροφητήρα κραδασμών για το σύστημα, βοηθώντας να διατηρείται η σταθερότητα όταν προκύπτουν αιφνίδιες αλλαγές στη ζήτηση ή όταν η παραγωγή μειωθεί απρόσμενα. Όταν αυτό το φυσικό αμορτισέρ απουσιάζει, μικρά προβλήματα μπορούν να εξελιχθούν γρήγορα εκτός ελέγχου, προκαλώντας επικίνδυνα απότομες διακυμάνσεις της συχνότητας. Αυτό που επιδεινώνει την κατάσταση είναι ότι πολλές εγκαταστάσεις εκτός δικτύου αντιμετωπίζουν δυσκολίες όσον αφορά την ικανότητα «διέλευσης κατά τη διάρκεια βλάβης» (fault ride through). Οι τυπικές διαδικασίες ασφαλείας τείνουν να απενεργοποιούν τους αντιστροφείς ή να διακόπτουν την παροχή ρεύματος σε ορισμένα φορτία κάθε φορά που παρατηρείται μια πτώση της τάσης ή μια σύντομη διακύμανση της συχνότητας, αντί να επιτρέπουν τη συνέχιση της λειτουργίας όσο το δυνατόν καλύτερα. Αυτό καθίσταται ιδιαίτερα προβληματικό σε απομακρυσμένες περιοχές, όπου απλώς δεν υπάρχουν εναλλακτικές πηγές ενέργειας στην περιοχή. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι μικρές διαταραχές μετατρέπονται συχνά σε πλήρη διακοπές ρεύματος. Λόγω όλων αυτών των εγγενών αδυναμιών, πρέπει να ενσωματωθούν εξ αρχής ειδικά μέτρα σταθεροποίησης, εάν επιθυμούμε να διασφαλίσουμε ότι οι λειτουργίες εκτός δικτύου παραμένουν αξιόπιστες και ανθεκτικές με την πάροδο του χρόνου.

Βασικές Δυνατότητες BESS: Γρήγορη Ανταπόκριση, Διαμφίδρομη Ροή Ισχύος και Μετατόπιση Ενέργειας στο Χρόνο

Τα συστήματα BESS αντιμετωπίζουν αυτά τα προβλήματα με τρεις κύριους τρόπους που πραγματικά κάνουν διαφορά. Το πρώτο που αξίζει να σημειωθεί είναι η ταχύτητα με την οποία αντιδρούν. Μιλάμε για χρόνους αντίδρασης κάτω των 100 χιλιοστών του δευτερολέπτου στην πλειονότητα των περιπτώσεων. Αυτή η ταχύτητα επιτρέπει να εισάγουν ή να απορροφούν ισχύ αμέσως όταν οι συχνότητες αρχίσουν να αποκλίνουν από την επιθυμητή τιμή, προλαμβάνοντας έτσι τη δυνητική αστάθεια του συστήματος προτού εξελιχθεί σε σοβαρό πρόβλημα. Ένα άλλο κλειδί χαρακτηριστικό είναι η ικανότητά τους να μεταφέρουν ισχύ και προς τις δύο κατευθύνσεις. Αυτό σημαίνει ότι η μετάβαση από τη φόρτιση στην εκφόρτιση (και αντίστροφα) πραγματοποιείται ομαλά και σε πραγματικό χρόνο, βοηθώντας έτσι να εξισορροπηθούν οι διακυμάνσεις των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με τις μεταβαλλόμενες ανάγκες των καταναλωτών. Τέλος, υπάρχει και το ζήτημα της αποθήκευσης περιττής ενέργειας που παράγεται από φωτοβολταϊκά πάνελ ή ανεμογεννήτριες κατά τις ώρες που η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας είναι χαμηλή. Η αποθηκευμένη αυτή ενέργεια αποδεικνύεται ιδιαίτερα χρήσιμη κατά τις ώρες αιχμής ή όταν δεν πνέει ο άνεμος και δεν λάμπει ο ήλιος. Σύμφωνα με ορισμένες πρόσφατες έρευνες του 2023 από το Microgrid Institute σε συνεργασία με το NREL, αυτή η προσέγγιση μειώνει τη χρήση πετρελαιοκινητήρων γεννητριών κατά περίπου 30 έως 50 τοις εκατό σε απομονωμένες κοινότητες που διαθέτουν δικά τους μικροδίκτυα.

Σταθεροποίηση συχνότητας και τάσης με βάση το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας (BESS)

Συνθετική Αδράνεια και Έλεγχος Πτώσης: Αντιστάθμιση για Μικροδικτύων που Ελέγχονται Αποκλειστικά από Αντιστροφείς

Τα μικροδίκτυα με βάση τους αντιστροφείς γίνονται όλο και πιο διαδεδομένα, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας κυριαρχούν στις εγκαταστάσεις εκτός δικτύου. Αυτά τα συστήματα δεν διαθέτουν τη φυσική περιστροφική αδράνεια που έχουν τα παραδοσιακά δίκτυα, επομένως είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε αιφνίδιες μεταβολές της συχνότητας όταν προκύψει ανισορροπία μεταξύ της παραγόμενης και της καταναλισκόμενης ενέργειας. Τα Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες (BESS) συμβάλλουν εξομοιώνοντας αυτό που ονομάζουμε «συνθετική αδράνεια». Βασικά, τα ηλεκτρονικά ισχύος ανιχνεύουν αυτές τις μεταβολές της συχνότητας (RoCoF) και στη συνέχεια εισάγουν ή απομακρύνουν ισχύ από το σύστημα με εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα, μειώνοντας τον ρυθμό RoCoF κατά περισσότερο από το μισό σε σύγκριση με συστήματα χωρίς ελεγκτικά μέσα. Υπάρχει επίσης ο λεγόμενος «έλεγχος πτώσης» (droop control), ο οποίος επιτρέπει σε διαφορετικές πηγές ισχύος να μοιράζονται αυτόματα το φορτίο. Όταν η συχνότητα μειωθεί, οι μπαταρίες απελευθερώνουν την αποθηκευμένη ενέργεια για να σταθεροποιήσουν το σύστημα. Όταν υπάρχει πλεόνασμα ισχύος, την απορροφούν αντίθετα. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά λειτουργούν από κοινού ώστε να προσομοιάζουν τη συμπεριφορά των παλαιών συγχρόνων μηχανών, διασφαλίζοντας την ομαλή λειτουργία του συστήματος ακόμη και σε περιπτώσεις απότομης απενεργοποίησης γεννητριών ή αιφνίδιων μεταβολών του φορτίου, χωρίς να απαιτείται, στην πλειονότητα των περιπτώσεων, η παρέμβαση ενός χειριστή για χειροκίνητη διαχείριση.

Δυναμική Υποστήριξη Αντιδραστικής Ισχύος και Ενεργός Ρύθμιση Τάσης μέσω Συστήματος Διαχείρισης Μπαταριών (BESS EMS)

Η αστάθεια της τάσης συνεχίζει να πλήττει πολλά αυτόνομα συστήματα που βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή. Οι παραδοσιακοί ρυθμιστές τάσης δεν είναι σχεδιασμένοι για να αντιμετωπίζουν τις γρήγορες μεταβολές που βιώνουν αυτά τα συστήματα. Τα Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες (BESS), σε συνδυασμό με εξελιγμένα Συστήματα Διαχείρισης Ενέργειας (EMS), αντιμετωπίζουν αποτελεσματικά αυτό το πρόβλημα. Αυτά τα συστήματα παρέχουν δυναμική υποστήριξη αντιδραστικής ισχύος, η οποία λειτουργεί ανεξάρτητα από τη συνηθισμένη ροή ισχύος. Το EMS παρακολουθεί συνεχώς την κατάσταση του δικτύου και μπορεί να ενεργοποιήσει είτε χωρητικές είτε επαγωγικές VAR για να διορθώσει προβλήματα όπως πτώσεις τάσης, κορυφές τάσης ή παράξενα κύματα σχεδόν αμέσως. Κατά τη διάρκεια αιφνίδιων πτώσεων της παραγωγής ηλιακής ενέργειας ή έντονων αιολικών γιγάντων, το σύστημα απορροφά αντιδραστική ισχύ. Επιπλέον, απαλείφει τις ανεπιθύμητες αρμονικές συνιστώσες και προσαρμόζεται αυτόματα για να διατηρεί την τάση σταθερή εντός περίπου ±2% των κανονικών επιπέδων, χωρίς να χρειάζεται να ενεργοποιηθούν γεννήτριες diesel εφεδρείας. Σύμφωνα με εκθέσεις της Επιτροπής Μικροδικτύων (Microgrid Committee) της IEEE PES, αυτά τα χαρακτηριστικά μειώνουν τις διακοπές ρεύματος που οφείλονται σε προβλήματα τάσης κατά περίπου 70%. Επιπλέον, η διατήρηση σταθερών συνθηκών σημαίνει ότι τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά εξαρτήματα έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, καθώς δεν υφίστανται την τάση που προκαλείται από συνεχείς διακυμάνσεις.

Λειτουργική Ανθεκτικότητα: Από την Κορυφή της Ζήτησης στην Εκκίνηση από Μηδενική Κατάσταση

Ισορροπία Φορτίου και Αποφυγή Χρήσης Δηζελοκινητήρων μέσω Εξυπνης Διαχείρισης Συστημάτων Αποθήκευσης Ενέργειας (BESS)

Όταν η παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές αυξάνεται και μειώνεται και η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας διακυμαίνεται απρόβλεπτα, δημιουργούνται πραγματικά προβλήματα για τα αυτόνομα συστήματα, ιδιαίτερα για εκείνα που εξακολουθούν να βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε πετρελαιοκινητήρες γεννήτριες για την εφεδρική τους τροφοδοσία. Τα Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες (BESS) αντιμετωπίζουν αυτά τα προβλήματα χρησιμοποιώντας έξυπνους αλγόριθμους που μπορούν να προβλέψουν πότε πρέπει να αποθηκεύσουν ή να απελευθερώσουν ενέργεια, με αποτέλεσμα να εξομαλύνουν αυτές τις ακραίες καμπύλες φορτίου κατά περίπου 60 έως 80 τοις εκατό σε σύγκριση με την κατάσταση που επικρατεί χωρίς τη χρήση τους. Αυτά τα συστήματα απορροφούν την περιττή ηλεκτρική ενέργεια από τις ηλιακές συστοιχίες ή τους ανεμογεννήτορες όταν υπάρχει πλεόνασμα και την επανατροφοδοτούν στο δίκτυο όταν η ζήτηση αυξάνεται απότομα. Αυτό σημαίνει ότι οι επιχειρήσεις δεν χρειάζεται να διατηρούν συνεχώς σε λειτουργία τις ακριβές πετρελαιοκινητήρες γεννήτριες μόνο και μόνο για να διασφαλίσουν σταθερά επίπεδα ηλεκτρικής ισχύος. Μία εταιρεία εξόρυξης κατάφερε να μειώσει τις ετήσιες δαπάνες καυσίμων της κατά περίπου 700.000 δολάρια ΗΠΑ μετά την εγκατάσταση BESS και κατάφερε επίσης να μειώσει τον χρόνο λειτουργίας των πετρελαιοκινητήρων σε μόλις το 8% του προηγούμενου επιπέδου, ενώ συνέχισε να διασφαλίζει την αδιάλειπτη λειτουργία των βασικών εργασιών της. Η δυνατότητα παρακολούθησης της κατανάλωσης ενέργειας σε πραγματικό χρόνο και η αντίστοιχη προσαρμογή των χρονοδιαγραμμάτων σημαίνει επίσης ότι οι γεννήτριες δεν ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται τόσο συχνά, γεγονός που επεκτείνει πραγματικά τη διάρκεια ζωής τους και διασφαλίζει τη διαθεσιμότητα επαρκούς εφεδρικής ισχύος σε περίπτωση που προκύψει κάποιο πρόβλημα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Δυνατότητα Εκκίνησης από Μαύρη Κατάσταση: Αποκατάσταση Κρίσιμων Υποδομών Εκτός Δικτύου Χωρίς Εξωτερική Βοήθεια

Τα συστήματα εκτός δικτύου μπορούν ενίοτε να αποτύχουν πλήρως, αλλά τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες (BESS) προσφέρουν μια ιδιαίτερη δυνατότητα που ονομάζεται «αυτόνομη λειτουργία εκκίνησης από μηδενική κατάσταση» (autonomous black start capability). Αυτά τα συστήματα μπορούν πραγματικά να επαναφέρουν την παροχή ρεύματος σε σημαντική υποδομή αποκλειστικά και μόνο με τη δική τους προσπάθεια, χωρίς να χρειάζεται η υποστήριξη του εξωτερικού δικτύου ή η χειροκίνητη εκκίνηση γεννητριών από τρίτους. Οι παραδοσιακές μονάδες πετρελαίου απαιτούν πολλαπλά βήματα, όπως την προετοιμασία του καυσίμου, την περιστροφή των κινητήρων και την επίτευξη της σωστής συγχρονισμένης λειτουργίας όλων των στοιχείων. Τα BESS παρακάμπτουν όλη αυτή τη δυσκολία και παρέχουν σταθερή τάση και συχνότητα σχεδόν αμέσως, γεγονός που βοηθά στην επανεκκίνηση των ελεγκτών μικροδικτύων και στη σταδιακή επαναφορά των φορτίων προτεραιότητας. Ένα πραγματικό παράδειγμα από την πράξη είναι ένα νοσοκομείο που βρίσκεται μακριά από τις μεγάλες πόλεις: μετά από μια ολική διακοπή ρεύματος, το BESS επανέφερε σε λειτουργία τα χειρουργικά φώτα και τα συστήματα υποστήριξης ζωής σε μόλις 28 δευτερόλεπτα. Πώς λειτουργεί αυτό; Η διαδικασία ξεκινά με την επανασύνδεση των επικοινωνιών ελέγχου, στη συνέχεια τροφοδοτεί αυτά που ονομάζουμε «απαραίτητα φορτία» (συνήθως λιγότερο από το 10% της συνολικής ισχύος) και, τέλος, επαναφέρει σε λειτουργία τα τοπικά στοιχεία παραγωγής ενέργειας. Τα νεότερα μοντέλα BESS διαθέτουν χαρακτηριστικά όπως κυκλώματα με προφόρτιση, ενσωματωμένη ανίχνευση απομόνωσης (islanding detection) και ενισχυμένο λογισμικό (firmware), τα οποία τα καθιστούν αξιόπιστα ακόμη και όταν βρίσκονται σε κατάσταση βαθιάς εκφόρτισης. Όλες αυτές οι βελτιώσεις σημαίνουν μειωμένη εξάρτηση από τις παραδόσεις καυσίμων και δραματική μείωση των χρόνων επανεκκίνησης — από αρκετές ώρες σε μέγιστο δύο λεπτά.

Τμήμα Γενικών Ερωτήσεων

Τι είναι το BESS;

Τα Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες (BESS) είναι τεχνολογίες που αποθηκεύουν ενέργεια για μεταγενέστερη χρήση, βοηθώντας στη σταθεροποίηση των συστημάτων εφοδιασμού ηλεκτρικής ενέργειας και στην εξισορρόπηση της ζήτησης με την παραγωγή.

Γιατί είναι ευάλωτα τα αυτόνομα συστήματα;

Τα αυτόνομα συστήματα δεν διαθέτουν αδράνεια δικτύου και συχνά αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην ικανότητα διέλευσης βραχυκυκλώματος, με αποτέλεσμα συχνές διαταραχές της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και διακοπές.

Πώς συμβάλλει το BESS στη σταθεροποίηση των αυτόνομων συστημάτων;

Το BESS παρέχει γρήγορη ανταπόκριση, διαμφίδρομη ροή ισχύος και μετατόπιση ενέργειας στο χρόνο, ενισχύοντας έτσι τη σταθεροποίηση της συχνότητας και της τάσης, καθώς και μειώνοντας την εξάρτηση από γεννήτριες πετρελαίου.

Τι είναι η δυνατότητα «μαύρης εκκίνησης» (black start);

Η δυνατότητα «μαύρης εκκίνησης» (black start) αναφέρεται στην ικανότητα του BESS να επαναφέρει αυτόνομα την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε κρίσιμη αυτόνομη υποδομή, χωρίς καμία εξωτερική υποστήριξη.