Možno BESS použiť na vyrovnávanie špičkového zaťaženia mestských elektrických sietí?

Pochopte vyrovnávanie špičkových zaťažení a zaťaženie mestských sietí

Mestské elektrické siete čelia základnému nesúladu medzi ponukou a dopytom. Spotreba elektrickej energie prudko stúpa ráno a večer, keď súčasne odoberajú energiu komerčné budovy, dopravné systémy a domácnosti. Rozdiel medzi základným zaťažením a týmito špičkovými požiadavkami núti dodávateľov energie udržiavať rezervnú výrobnú kapacitu – elektrárne, ktoré pracujú s čiastočným výkonom, spotrebúvajú palivo a čakajú na nárasty dopytu, ktoré sa môžu alebo nemusia vyskytnúť.

Vyrovnanie špičkového zaťaženia rieši túto neefektívnosť znížením maximálneho výkonu odoberaného zo siete počas období vysokého dopytu. Namiesto zvyšovania výroby elektrickej energie dodávateľom alebo veľkými spotrebiteľmi sa na pokrytie rozdielu využíva uložená energia. Ekonomická výhodnosť vyrovnania špičkového zaťaženia sa zvyšuje, keď sa v mestských trhoch stáva bežnou praxou tarifikácia elektrickej energie podľa času odberu, pri ktorej môžu ceny v špičkových obdobiach presiahnuť ceny mimo špičky až trojnásobne.

Bess — Batériové systémy na ukladanie energie (BESS) — sa stali dominantnou technológiou pre tento účel. Na rozdiel od tradičného čerpadlového hydroelektrárneho ukladania, ktoré vyžaduje špecifické geografické podmienky, alebo od systémov s kolesom zotrvačnosti, ktoré sú obmedzené na krátke výkonové špičky, batériové ukladanie energie sa dá škálovať od komerčných budov až po inštalácie na úrovni dodávateľov elektriny, ktoré obsluhujú celé mestské štvrte.

Ako BESS vykonáva vyrovnanie špičkového zaťaženia v mestskom prostredí

Logika cyklov nabíjania a vybíjania

A bess inštalácia pripojená k mestskému rozvodnom transformátore sa nabíja počas období nízkeho zaťaženia — zvyčajne medzi polnocou a 6:00 ráno, keď výroba základného zaťaženia presahuje dopyt. Uložená energia sa potom odovzdáva späť do siete počas ranného špičkového zaťaženia (7:00–10:00) a večerného špičkového zaťaženia (17:00–21:00), čím sa vyrovná čistá krivka zaťaženia, ktorú musí zvládnuť nadradená prenosová sieť.

Batérie na báze litium-železo-fosfátu (LiFePO4) dominujú v mestských nasadeniach systémov akumulácie energie (BESS) z niekoľkých dôvodov. Ich tepelná stabilita zníži riziko požiaru v husto obývaných oblastiach, kde udalosť tepelnej nestability má neprijateľné následky. Životnosť cyklov presahujúca 6 000 nabíjacích a vybíjacích cyklov pri hĺbke vybíjania 80 % znamená, že systém inštalovaný dnes zostane ekonomicky výkonný po dobu 15–20 rokov denného prevádzkovania na vyrovnávanie špičkového zaťaženia.

Komunálny dodávateľ energie v juhovýchodnej Ázii nasadil systém batérií s kapacitou 20 MW/40 MWh na preťaženej mestskej rozvodni, kde fyzické obmedzenia priestoru znemožnili inštaláciu tretieho transformátora. Batériový systém absorboval 15 MW špičkové zaťaženie poobedňajšieho chladenia, čím odložil približne 12 miliónov USD investícií do modernizácie rozvodne o približne sedem rokov.

Integrácia so stávajúcou infraštruktúrou rozvodne

Inštalácie mestských BESS sa zvyčajne pripájajú na stredné napätie (10–35 kV) prostredníctvom zvyšujúcich transformátorov integrovaných do batériového kontajnera alebo inštalovaných vedľa neho. Systém premeny výkonu (PCS) riadi obojsmerný tok energie a počas nabíjania prepína z rektifikácie na invertovanie počas vyberania energie do milisekúnd po prijatí signálu od siete.

Konfigurácie BESS určené na montáž do stojanov sú vhodné pre vnútorné nasadenie v rozvodných staniciach, kde je obmedzený priestor na podlahu. Navrstviteľné konštrukcie BESS umožňujú dodávateľom energie postupne zvyšovať kapacitu – začínajúc kontajnerom s kapacitou 5 MWh a pridávaním ďalších jednotiek v súlade s meniacimi sa požiadavkami. Tento modulárny prístup zníži počiatočné kapitálové investície v porovnaní so stavbou vyhradenej BESS zariadenia.

Technické požiadavky pre nasadenie BESS v mestských oblastiach

Zohľadnenie priestoru a bezpečnosti

V mestských rozvodných staniciach sa zriedka nachádza voľný pozemok pre veľké batériové inštalácie. Kontajnerové riešenia BESS tento problém riešia tým, že celý systém – batérie, PCS, tepelné riadenie a hasiaci systém – je predvýrobný v štandardných kontajneroch, ktoré možno umiestniť na existujúce betónové plošiny rozvodných staníc.

Protokoly požiarnej bezpečnosti vyžadujú viacvrstvovú ochranu: monitorovanie na úrovni článkov na zisťovanie odchýlok napätia pred začiatkom tepelnej nestability, detekcia plynov na úrovni modulov, ktorá spúšťa vetranie pred hromadením horľavých výparov elektrolytu, a automatické aktivovanie systémov aerosólovej potláčania požiaru na úrovni kontajnerov. Norma NFPA 855 stanovuje štandard inštalácie systémov na ukladanie energie, vrátane požiadaviek na vzdialenosti medzi jednotkami a požiadaviek na vetranie, ktoré musia byť dodržané pri inštaláciách v mestských oblastiach vzhľadom na ich blízkosť k obývaným budovám.

Štandardy pre pripojenie do siete

IEEE 1547 upravuje pripojenie distribuovaných zdrojov energie, vrátane BESS, do siete. Pri mestských nasadeniach sa musí preukázať schopnosť prežiť poruchy – teda zostať pripojené počas krátkych poklesov napätia namiesto odpojenia, čo by zhoršilo nestabilitu siete práve počas vrcholných udalostí, ktoré systém mal zmierňovať. PCS sa musí synchronizovať s frekvenciou siete v rozsahu ±0,5 Hz a reagovať na riadiace signály dodávateľa energie prostredníctvom integrácie so systémom SCADA.

Často kladené otázky

Aká veľkosť BESS je potrebná na vyrovnávanie špičkového zaťaženia v mestskom prostredí?

Pre komerčné budovy sa typicky vyžaduje BESS s kapacitou 500 kWh – 2 MWh na vyrovnávanie špičkového zaťaženia na úrovni objektu. Na úrovni rozvodnej stanice sa na vyrovnávanie špičkového zaťaženia vyžaduje 10 – 50 MWh, v závislosti od zaťažovacích profilov prívodných vedení. V mestskom prostredí sa veľkosti BESS na úrovni dodávateľa energie pohybujú od 100 MWh a viac. Veľkosť závisí od veľkosti špičkového zaťaženia, jeho trvania a požadovanej percentuálnej miery zníženia, nie od nejakej pevne stanovenej vzorca.

Ako dlho môže BESS udržiavať vybíjanie pri vyrovnávaní špičkového zaťaženia?

Väčšina mestských systémov na vyrovnávanie špičkového zaťaženia je navrhnutá na nepretržité vybíjanie po dobu 2–4 hodín pri menovitej výkonnej úrovni. Toto pokrýva typické ranné alebo večerné špičkové obdobie. Systémy s dlhšou dĺžkou výdrže (6–8 hodín) existujú, avšak ich náklady na kWh sú vyššie a zvyčajne sa neoplatia len pre účely vyrovnávania špičkového zaťaženia, hoci pridávajú hodnotu prostredníctvom pomocných služieb, ako je regulácia frekvencie.

Funguje vyrovnávanie špičkového zaťaženia BESS aj pri integrácii obnoviteľných zdrojov energie?

Áno. Spárovanie BESS s fotovoltaickými panelmi na strechách alebo mestskou veternou elektrárnou vytvára hybridný systém, v ktorom prebytočná výroba energie z obnoviteľných zdrojov v poobedňajších hodinách nabíja batériu na vybíjanie počas večerného špičkového zaťaženia. Tým sa rieši problém tzv. „kačacího grafu“, keď výroba energie zo slnečných panelov klesá presne v čase, keď stúpa večerná spotreba. Dodávatelia, ako napríklad Liaoning Sinotech Group, ponúkajú integrované riešenia BESS a solárnych systémov pre tento účel.

Aký je rozdiel medzi BESS montovanými na rámové nosníky a skladateľnými BESS?

BEZS (BESS) s montážou do rámu sa umiestňuje do štandardných 19-palcových serverových rámov pre vnútorné inštalácie v kontrolovanom prostredí. BEZS s možnosťou zásobníkového usporiadania využíva počasieodolné vonkajšie skrine, ktoré sú elektricky prepojené a komunikujú prostredníctvom centrálného riadiaceho zariadenia. Montáž do rámu je vhodná pre budovy riadenia elektrických staníc; zásobníkové usporiadanie je vhodné pre vonkajšiu inštaláciu na plošinách, kde nie je k dispozícii vnútorný priestor.

Ako BEZS (BESS) zníženie špičkového zaťaženia znižuje náklady na elektrinu?

Komerční a priemyselní odberatelia s tarifmi podľa času odberu vyhýbajú sa poplatkom za špičkový odbor tým, že počas období najvyšších cien elektriny odoberajú energiu z BEZS (BESS). Poplatky za špičkový odbor – založené na najvyššom 15-minútovom intervale spotreby každý mesiac – môžu predstavovať 30–70 % celkovej účtu za elektrinu pre dané zariadenie. Zníženie špičkového zaťaženia eliminuje alebo zníži tieto poplatky bez zníženia skutočnej spotreby energie.

Akú údržbu vyžaduje inštalácia BEZS (BESS) v mestskom prostredí?

Štvrťročná kontrola systému tepelného riadenia, polročné testovanie kapacity a nepretržité diaľkové monitorovanie prostredníctvom systému riadenia batérií (BMS). Chemické zloženie LiFePO4 nevyžaduje dopĺňanie elektrolytu, na rozdiel od olovených batérií. Vyrovnanie článkov prebieha automaticky prostredníctvom BMS počas prevádzky pri čiastočnom nabití, čo je typické pre cykly vyrovnávania špičkového zaťaženia.