Használható-e a BESS városi villamosenergia-hálózatok csúcsfogyasztásának csökkentésére?

A csúcsfogyasztás-csökkentés és a városi hálózati terhelés megértése

A városi villamosenergia-hálózatok alapvető ellentétbe kerülnek az ellátás és a kereslet között. Az áramfelhasználás reggel és este csúcsot ér, amikor kereskedelmi épületek, közlekedési rendszerek és lakossági fogyasztók egyidejűleg vonnak le áramot. A alapterhelés és ezek a csúcsigények közötti rés hézagot kényszeríti a szolgáltatókat arra, hogy forgó tartalék kapacitást tartsanak fenn – azaz részterhelésen üzemelő erőműveket, amelyek üzemanyagot égetnek, miközben várják a csúcsigényeket, amelyek esetleg soha nem is jelentkeznek.

A csúcsfogyasztás-kiegyenlítés ezt az hatékonysági hiányosságot küszöböli ki úgy, hogy csökkenti a hálózatból a nagy igénybevétel idején felvett maximális teljesítményt. A generáció fokozásá helyett a villamosenergia-szolgáltatók vagy nagy fogyasztók tárolt energiát használnak fel a különbség fedezésére. A csúcsfogyasztás-kiegyenlítés gazdasági indoka egyre erősebbé válik, ahogy az időalapú árképzés egyre elterjedtebbé válik a metropoliszok piacain, ahol a csúcsidőben érvényes árak akár háromszorosan is meghaladhatják az off-peak árakat.

BESS — Akkumulátoros Energia Tároló Rendszerek (BESS) — váltak a legelterjedtebb technológiává ebben a felhasználási területen. Ellentétben a hagyományos vízerőművekkel, amelyekhez speciális földrajzi adottságok szükségesek, illetve a rövid ideig tartó teljesítménykitörésekre korlátozódó lendkerék-rendszerekkel, az akkumulátoros tárolás kereskedelmi épületektől kezdve egész városi kerületeket ellátó, nagy kapacitású berendezésekig skálázható.

Hogyan végez BESS csúcsfogyasztás-kiegyenlítést városi környezetben

Töltés–lemerítés ciklus logikája

A bESS a városi alállomáshoz csatlakoztatott telepítés a csúcsterhelésen kívüli időszakban töltődik – általában éjfél és hajnali 6 óra között, amikor a alapterheléses termelés meghaladja a keresletet. A tárolt energiát visszajuttatják a hálózatba a reggeli csúcsidőben (7–10 óra) és az esti csúcsidőben (17–21 óra), így laposítva a nettó terhelésgörbét, amelyet a felsőbb szintű átviteli hálózatnak kezelnie kell.

A litium-vas-foszfát (LiFePO4) akkumulátorok uralkodnak a városi BESS-telepítésekben több okból is. Hőmérsékleti stabilitásuk csökkenti a tűzveszélyt a sűrűn lakott területeken, ahol egy hőfokozódási esemény elfogadhatatlan következményekkel járna. A cikluséletük meghaladja a 6000 töltés–merítés ciklust 80%-os mélység mellett, ami azt jelenti, hogy egy ma telepített rendszer gazdaságilag is hatékony marad 15–20 évig napi csúcsforgalom-kiegyenlítési működés mellett.

Egy délkelet-ázsiai községi szolgáltató 20 MW/40 MWh teljesítményű akkumulátoros energiatároló rendszert (BESS) telepített egy torlódott városi alállomáson, ahol a fizikai helykorlátozások miatt nem lehetett harmadik transzformátort beépíteni. Az akkumulátorrendszer elnyelte a délutáni, 15 MW-os légkondicionáló csúcsfogyasztást, és így körülbelül 12 millió dollárral halasztotta meg az alállomás korszerűsítéséhez szükséges tőkekiadásokat – becslés szerint hét évvel.

Integráció a meglévő alállomási infrastruktúrába

A városi BESS-rendszerek általában közepes feszültségű szinten (10–35 kV) kapcsolódnak be, lépcsőzetes feszültségnövelő transzformátorokon keresztül, amelyeket vagy az akkumulátoros konténerbe építenek be, vagy mellette helyeznek el. A teljesítménykonverziós rendszer (PCS) kezeli a kétirányú teljesítményáramlást: töltés közben egyenáramúvá alakít (egyenirányítás), kisütés közben pedig váltóáramúvá (inverzió), és ez a váltás a hálózati parancs érkezésétől számított ezredmásodpercek alatt történik.

A polconzolos BESS-konfigurációk ideálisak beltéri alállomásokhoz, ahol korlátozott a padlóterület. A tornyozható BESS-tervek lehetővé teszik a szolgáltatók számára, hogy fokozatosan növeljék a kapacitást – 5 MWh-os konténerrel kezdve, és további egységeket adva hozzá, ahogy a keresleti minták változnak. Ez a moduláris megközelítés csökkenti a kezdeti tőkebefektetést egy dedikált BESS-létesítmény építéséhez képest.

Műszaki követelmények városi BESS-telepítéshez

Helyigény és biztonsági szempontok

A városi alállomásoknál ritkán áll rendelkezésre üres terület nagy méretű akkumulátoros telepítésekhez. A konténeres BESS-megoldások ezt úgy oldják fel, hogy az egész rendszert – akkumulátorokat, PCS-t, hőkezelést és tűzoltórendszert – előre gyártják szabványos szállítási konténerek formájában, amelyeket meglévő alállomási betonpadokon lehet üzembe helyezni.

A tűzbiztonsági protokollok többrétegű védelmet követelnek meg: a cellaszintű figyelés észleli a feszültségeltéréseket még a hőmérséklet-kiugrás elindulása előtt, a modulszintű gázkimutatás aktiválja a szellőzést, mielőtt gyúlékony elektrolit-gőz halmozódna fel, és a tárolószintű aeroszolos oltórendszerek automatikusan működésbe lépnek. Az NFPA 855 szabvány határozza meg az energiatároló rendszerek telepítésének követelményeit, és meghatározza a szétválasztási távolságokat és szellőzési követelményeket, amelyeket a városi telepítéseknek be kell tartaniuk, mivel közel vannak lakott épületekhez.

Hálózati csatlakozási szabványok

Az IEEE 1547 szabályozza az elosztott energiatermelési erőforrások – többek között a BESS – hálózathoz való csatlakoztatását. A városi telepítéseknek bizonyítaniuk kell a kiesés-áthidalási képességet – azaz rövid feszültségcsökkenés idején is csatlakozva kell maradniuk, nem szabad leválniuk, mert ez éppen azokban a csúcsidőszakokban romlaná tovább a hálózat stabilitását, amelyeket a rendszer éppen ennek a mérséklésére terveztek. A PCS-nek ±0,5 Hz-en belül szinkronizálódnia kell a hálózati frekvenciával, és reagálnia kell a közműüzemeltető parancsainak a SCADA-integráció révén.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mekkora BESS szükséges a városi csúcsfogyasztás-kiegyenlítéshez?

A kereskedelmi épületek alkalmazásai általában 500 kWh–2 MWh kapacitású BESS-t igényelnek egy létesítmény szintjén történő csúcsfogyasztás-kiegyenlítéshez. Az elosztóállomás szintjén végzett csúcsfogyasztás-kiegyenlítés 10–50 MWh kapacitást igényel, attól függően, hogy milyen a tápláló vezeték terhelésprofilja. A közműszintű városi telepítések 100 MWh-tól kezdődnek. A méret meghatározása a csúcsigény nagyságától, időtartamától és a célzott csökkentés százalékos arányától függ, nem pedig bármilyen rögzített képlettől.

Meddig tud egy BESS folyamatosan kisütött állapotban tartani a csúcsfogyasztás-kiegyenlítést?

A legtöbb városi csúcsfogyasztás-kiegyenlítő rendszer 2–4 órás folyamatos kisütést céloz meg névleges teljesítményen. Ez lefedi a tipikus reggeli vagy esti csúcsidőszakot. Hosszabb ideig tartó rendszerek (6–8 óra) is léteznek, de azok kWh-onkénti költsége magasabb, és ritkán indokolja a további kapacitást kizárólag csúcsfogyasztás-kiegyenlítés céljából – bár értéket adnak kiegészítő szolgáltatásokkal, például frekvencia-szabályozással.

Működik-e a BESS csúcsfogyasztás-kiegyenlítés a megújuló energiával való integrációval?

Igen. A BESS és a tetőre szerelt napelemek vagy városi szélerőművek párosítása hibrid rendszert hoz létre, ahol a közepes napszakban keletkező többlet megújuló energiával töltik fel az akkumulátort az esti csúcsidőszak kisütésére. Ez megoldja a „kacsagörbe” problémát, amikor a napenergia-termelés éppen akkor csökken, amikor az esti kereslet nő. A Liaoning Sinotech Group például integrált BESS- és napelemes megoldásokat kínál e célra.

Mi a különbség a rakszereléses és a toronymontázsos BESS között?

A polconzolos BESS rendszer a szabványos 19 hüvelykes szerverrakodókba illeszkedik beltéri, kontrollált környezetben történő telepítéshez. A rakodható BESS rendszer időjárásálló, kültéri szekrényeket használ, amelyek elektromosan kapcsolódnak egymáshoz, és egy központi vezérlőn keresztül kommunikálnak. A polconzolos megoldás alkalmas alállomási irányítóépületekbe; a rakodható megoldás kültéri, padmontárazott telepítésre szolgál, ahol nincs rendelkezésre álló beltéri hely.

Hogyan csökkenti az elektromos áram költségét a BESS csúcsfogyasztás-kiegyenlítése?

A kereskedelmi és ipari felhasználók, akik időalapú tarifákat alkalmaznak, elkerülik a keresleti díjakat úgy, hogy a csúcsárampár-időszakokban a BESS-ből vonnak le áramot. A keresleti díjak – amelyek a havi legmagasabb 15 perces fogyasztási intervallum alapján kerülnek kiszámításra – akár a létesítmény teljes elektromos számlájának 30–70%-át is kitehetik. A csúcsfogyasztás-kiegyenlítés megszünteti vagy csökkenti ezeket a díjakat anélkül, hogy csökkentené a tényleges energiavizsgálatot.

Milyen karbantartás szükséges egy városi BESS telepítéshez?

Negyedéves hőkezelési rendszer-ellenőrzés, féléves kapacitás-tesztelés és folyamatos távoli figyelés az akkumulátor-kezelő rendszer (BMS) segítségével. A LiFePO4 kémiai összetételű akkumulátoroknál – ellentétben az ólom-savas alternatívákhoz képest – nincs szükség elektrolit pótlásra. A cellák kiegyenlítése automatikusan történik a BMS segítségével részleges töltöttségi állapotban, amely jellemző a csúcsfogyasztás-kiegyenlítési üzemciklusokra.