Rosnące ceny energii oraz dynamiczna transformacja systemu energetycznego zwiększają znaczenie magazynów energii oraz obszary ich zastosowań w systemie energetycznym. Kumulowanie oraz oddawanie energii w sposób w pełni sterowany i kontrolowany sprawia, że magazyny energii dostosowujące się do aktualnych parametrów sieci oraz oczekiwań użytkownika są rozwiązaniem coraz bardziej pożądanym.
Magazyn energii dla instalacji OZE
Najczęstszym obszarem zastosowań magazynów energii są instalacje OZE. (odnawialnych źródeł energii). Produkcja energii odnawialnej cechuje się dużą zmiennością, zależną od pory dnia i warunków atmosferycznych. Zastosowanie magazynu energii pozwala na stabilizację chwilowych zmian w produkcji energii, co ułatwia rozwój efektywnego modelu wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej opartego o źródła odnawialne. Bilansowanie energii poprzez magazyn jest szczególnie istotne, gdy produkcja energii przez instalację OZE przewyższa jej zużycie lub oddawanie wyprodukowanej energii do sieci nie jest zasadne z punktu widzenia ekonomii lub stabilności systemu energetycznego. Najbardziej korzystny dla posiadacza OZE jest scenariusz, kiedy cała wyprodukowana energia jest zużywana w autokonsumpcji, ale nie zawsze jest to możliwe z uwagi na specyfikę produkcji uzależnioną od warunków pogodowych.
Zastosowanie magazynu pozwala na przesunięcie zużycia energii w czasie. Dodatkowo takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie stabilnych i przewidywalnych ilości energii w systemie energetycznym, co jest istotnym czynnikiem wpływającym na jego pracę.
Magazyn energii dla instalacji przemysłowych
W instalacjach przemysłowych magazyny energii umożliwiają lokalne bilansowanie energii i efektywne jej wykorzystanie na własne potrzeby. Dzięki zastosowaniu magazynów możliwe jest sprawniejsze zarządzanie energią dostępną ze źródeł odnawialnych i szybszy zwrot kosztów poniesionych na inwestycje. Wykorzystanie OZE w procesie produkcyjnym jest istotne nie tylko ze względu na redukcję kosztu samej energii, ale również użytkowanie w procesie produkcyjnym zielonej energii, a tym samym redukcję śladu węglowego produktów. Ponadto magazyn energii może stanowić bufor w chwilach zwiększonego zapotrzebowania, co przy odpowiednim doborze pojemności i mocy urządzenia pozwala na ograniczenie mocy przyłączeniowej i deklarowanej mocy umownej.
Magazyn energii w sieci nn
Ciekawym obszarem zastosowań magazynów energii jest lokalna sieć dystrybucyjna niskiego napięcia, w szczególności sieć z dużą ilością zainstalowanych źródeł odnawialnych. Zagęszczenie mikroinstalacji prosumenckich, w tym instalacji jednofazowych może powodować szereg problemów związanych z jakością napięcia w sieci. Bardzo często napięcie w godzinach produkcji energii przez mikroinstalacje przekracza dopuszczalne wartości, co skutkuje wyłączaniem się falowników i utratą potencjalnych korzyści z działania instalacji. Innymi problemami, jakie pojawiają się w sieciach jest asymetria napięć fazowych wynikająca z niezbilansowania energii między poszczególnymi fazami oraz zapady napięcia spowodowane załączaniem dużych obciążeń w sieci. Problem ten jest szczególnie widoczny na obszarach wiejskich, czyli w sieciach niedostatecznie rozwiniętych i o ograniczonych możliwościach przyłączania nowych źródeł.
Sposobem rozwiązania tego problemu bez konieczności rozbudowy infrastruktury dystrybucyjnej jest instalacja magazynu energii, którego zadaniem jest symetryzacja i stabilizacja napięcia. Dzięki zastosowaniu zasobnika energii w postaci baterii elektrochemicznych oraz dwukierunkowego, czterogałęziowego przekształtnika, będącego interfejsem między siecią a baterią możliwa jest poprawa jakości napięcia
i stabilizacja sieci. Pozwala to na ograniczenie wyłączeń instalacji prosumenckich, a przez to efektywniejsze wykorzystanie źródeł odnawialnych. Instalacja magazynu umożliwia przesunięcie w czasie inwestycji związanych z rozbudową infrastruktury dystrybucyjnej, usprawnienie procesów sterowania przesyłem energii oraz kontrolowanie i rozwój modeli lokalnego bilansowania dedykowanego dla miejscowych społeczności energetycznych.
Pilotażowy projekt magazynu energii
Apator S.A. we współpracy z Tauron Dystrybucja, Akademią Górniczo-Hutnicza w Krakowie uruchomił w gminie Ochotnica Dolna, w ramach pilotażowego projektu magazyn energii do stabilizacji sieci elektroenergetycznej. Magazyn o mocy znamionowej 50 Kva odbiera energię od producenckich instalacji fotowoltaicznych. Duży współczynniki zagęszczenia indywidualnych instalacji OZE, powodował destabilizacje pracy sieci w tym regionie.
Wolnostojący magazyn jest wyposażony w zasobnik energii składający się z baterii elektrochemicznej wykonanej w technologii LFP o pojemność 138 kWh, system zarządzania energią EMS (Energy Management System) wraz z zabezpieczeniami sieciowymi (nadprądowym, nadnapięciowym, podnapięciowym i częstotliwościowym), moduł zdalnej komunikacji, system HVAC (klimatyzacja, ogrzewanie, wentylacja) oraz zabezpieczenie przeciwpożarowe.
W zależności od aktualnych warunków, zainstalowany magazyn energii, zarządzany dedykowanym nadrzędnym sterownikiem EMS, pracuje w jednym z trybów:
- Symetryzacji napięć fazowych w punkcie przyłączenia do sieci elektroenergetycznej (PPE) przez przesyłanie mocy czynnej pomiędzy poszczególnymi fazami, tj. pobieranie mocy czynnej z fazy o napięciu wyższym i jej oddawanie do faz o napięciu niższym.
- Stabilizacji napięć w PPE poprzez regulację mocy czynnej ładowania/rozładowania baterii niezależnie dla każdej z faz napięcia zasilającego.
- Stabilizacji napięć poprzez regulację mocy biernej z ograniczeniem asymetrii po osiągnięciu dopuszczalnego poziomu naładowania zasobnika.
- W przypadku, gdy napięcia fazowe są w normie – utrzymuje poziom naładowania zasobnika w granicach zapewniających możliwość stabilizacji napięcia mocą czynną.
Zainstalowany magazyn pracował bezawaryjnie w okresie od lipca do października 2022. Ustabilizowano napięcie w punkcie przyłączenia magazynu do sieci, dzięki czemu od chwili uruchomienia urządzenia całkowicie ustały wyłączenia prosumenckich instalacji fotowoltaicznych. Wyniki projektu potwierdziły skuteczność zastosowania magazynów energii jako urządzeń poprawiających jakość energii w sieci i stabilizujących pracę rozproszonych mikroinstalacji OZE.
Należy zwrócić uwagę, że magazyny energii to złożone urządzenia. Pod tym pojęciem kryje się nie tylko bateria elektrochemiczna, ale cały szereg procesów obejmujących wytworzenie, estetykę wykonania, jego instalację w miejscu pracy, bezpieczne użytkowanie i serwisowanie, zapewnienie wymaganych funkcjonalności i parametrów oraz demontaż i utylizację po zakończeniu okresu eksploatacji. Ze względu na długi czas funkcjonowania produktu, standardowo wynoszący od 8 do 15 lat istotne jest zapewnienie wsparcia technicznego i serwisu przez cały okres użytkowania urządzenia oraz odpowiednich kompetencji technicznych przy instalacji urządzenia w sieci elektroenergetycznej. Wraz z rozwojem rynku magazynów energii i upowszechnieniem się tych urządzeń należy spodziewać się wzrostu świadomości klientów i odbiorców co do roli tych urządzeń w sieci elektroenergetycznej i spodziewanych efektów ich pracy.
