Rola magazynów energii w smart grid

Sieci dystrybucji energii elektrycznej stoją w obliczu radykalnej transformacji w kierunku bardziej nowoczesnej i praktycznej struktury, znanej jako inteligentna sieć (Smart Grid), w której zintegrowane dystrybucyjne zasoby energii, w tym wytwarzanie rozproszone i systemy magazynowania energii, stają się głównymi komponentami systemu. Ten proces konieczny jest do wytwarzania energii elektrycznej dostarczanej od strony podaży, aby zaspokoić zapotrzebowanie na obciążenie i zwiększyć wydajność systemu. bezpieczeństwo, niezawodność i wydajność.

Rola magazynów energii w systemie przesyłowym

Istniejąca infrastruktura sieci elektrycznej, która została zbudowana przy znacznych kosztach inwestycyjnych znajduje się obecnie pod presją zwiększenia jej skuteczności i efektywności; presja rośnie z powodu poszukiwań większej liczby usług w sieci elektrycznej bez potrzeby większych inwestycji. Jednym z technicznych ograniczeń jest przepływ energii w czasie rzeczywistym z generatorów do odbiorców końcowych bez magazynowania energii, ponieważ podaż jest wymagana, aby zaspokoić zapotrzebowanie przez cały czas i utrzymać stabilność systemu.

Szybka reakcja zapewniana przez możliwości magazynowania energii w porównaniu z „tradycyjnymi” możliwościami dostaw energii powinna teoretycznie pozwolić na korzyści ekonomiczne dla systemu energetycznego. Jednak warunki ekonomiczne i otoczenie regulacyjne to główne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, aby uzyskać kompleksowe zrozumienie roli magazynowania na przeprojektowanych rynkach energii.

Ostatnie postępy w technologiach i przepisach skłaniają sektor energii elektrycznej w kierunku poszukiwania zastosowań magazynowania energii. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej modernizują swoją obecną infrastrukturę, aby stać się inteligentnymi, tzn. wdrażają zaawansowane technologie, narzędzia i techniki, które są dostępne, aby umożliwić sieci energetycznej pracę o wiele bardziej wydajną, niezawodną, ​​czystszą i przystępną ekonomicznie. Istotą inteligentnych sieci są systemy magazynowania energii.

Systemy magazynowania energii są uważane za technologie wspomagające dla różnych funkcji inteligentnych sieci, takich jak aktywne zarządzanie zasobami sieciowymi, elastyczność sieci, poprawa jakości energii, samonaprawianie się i odporność. Ponadto, systemy magazynowania energii są niezbędnymi elementami integracji odnawialnych źródeł energii. Inne zastosowania systemów magazynowania energii obejmują mikrosieci i elektryfikację obszarów oddalonych, w których systemy magazynowania energii są wykorzystywane w celu zminimalizowania zależności od głównego zasilania sieciowego.

Promowane magazyny energii do sieci elektroenergetycznej

Dobrymi rozwiniętymi komercyjnie energooszczędnymi zasobnikami energii są baterie, koła zamachowe, nadprzewodnikowe magazyny magnetyczne i magazyny sprężonego powietrza. Takie promowane rozwiązania zmieniają kierunek, w którym planista systemowy podążał przy projektowaniu rozbudowy mocy wytwórczych, możliwości przesyłu linii przesyłowych i budowy nowych stacji elektroenergetycznych, które będą obsługiwać energię wymaganą przez przyszłe zapotrzebowanie.

Należy uwzględnić podczas planowania wdrożenia magazynowania energii w sieci dystrybucyjnej takie czynniki, jak: bieżąca wartość netto zasobnika energii, koszty utrzymania, koszty przerw, modernizacja systemu i opłata za utratę energii w celu oceny wykonalności inwestycji i wynikających z niej korzyści arbitrażowych.

Wykorzystanie zasobów zmiennej energii odnawialnej będzie wymagało dużej elastyczności, aby pomyślnie zintegrować się z siecią główną. Na szczęście systemy magazynowania energii mogą być wykorzystywane jako czynnik pobudzający brak jednostek generacji rozproszonej i umożliwiający do pewnego stopnia dyspozycyjność takich zasobów, oddzielając w ten sposób zapotrzebowanie na podaż i popyt [25]. Magazyn energii może również usprawnić inne poziomy łańcucha wartości energii elektrycznej, co obejmuje zmniejszenie potrzeby cyklicznej produkcji przy podstawowym obciążeniu i zwiększenie jej średniej mocy wytwórczej. Gromadzenie energii elektrycznej może również pomóc w zwiększeniu ogólnej wydajności łańcucha przy jednoczesnym ograniczeniu eksploatacji kosztownych jednostek szczytowych, przy jednoczesnym zmniejszeniu przeciążenia sieci i złagodzeniu wahań napiecia i częstotliwości, zapewniając niezawodność i bezpieczeństwo sieci.

Funkcje magazynów energii w generacji rozproszonej

Magazynowanie energii może być wykorzystane do zapewnienia niezbędnej elastyczności wymaganej do utrzymania równowagi systemu w przypadku sytuacji, kiedy wytwarzając energię elektryczną z odnawialnych źródeł energii takich jak panele fotowoltaiczne czy turbina wiatrowa, zmniejsza się ilość energii słonecznej po południu lub gdy prędkość wiatru spada do wartości niższych od oczekiwanych. Zmniejsza to obciążenie wynikające z wymogów rampowania dla konwencjonalnych generatorów, wykorzystujących źródła nieodnawialne, do których należą m.in. węgiel kamienny i brunatny, a także gaz ziemny.

Wdrożenie magazynowania energii mogłoby ułatwić sektor elektrycznego ogrzewania i chłodzenia oraz wesprzeć rozwój infrastruktury bardzo szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych, szczególnie na obszarach o słabych sieciach. Konsumenci przemysłowi mogą korzystać z zasobników energii w celu ograniczenia szczytowego zużycia i zapewnienia zasilania awaryjnego w przypadku awarii.

Technologie magazynowania energii znajdujące się za licznikami mogą umożliwić gospodarstwom domowym przyczynienie się do transformacji energetycznej. Zasobniki energii  zapewniają gospodarstwom domowym możliwość gromadzenia energii do wykorzystania w późniejszym czasie, więc są również ważnym elementem umożliwiającym tworzenie nowych praktyk i paradygmatów energetycznych, takich jak dzielenie się energią i handel nią. Ponadto, wzrasta szansa na uzyskanie większej niezależności w zakresie dostaw energii dzięki integracji fotowoltaiki, w których zależność od mocy może pomóc ustabilizować sieć.

Gromadzenie energii może stanowić opłacalną alternatywę dla kosztownych inwestycji w badania i rozwój, ponieważ obsługuje szczytową wydajność w miejscach, w których są one najbardziej potrzebne.

Interesuje Cię temat roli magazynów energii w sieci elektroenergetycznej?

Polecamy następujące publikacje:

Magazyny energii jako odpowiedź na wyzwania w równoważeniu zużycia i wytwarzania energii zostały opisane w Roberts B., Sandberg C., The Role of Energy Storage in Development of Smart Grids, IEEE Xplore, 2011, gdzie omówiono nowe typy magazynów wykorzystywane do obsługi sieci oraz sposoby ich integracji z siecią.

Bada się rolę magazynowania energii w sieci elektroenergetycznej, koncentrując się na skutkach rozmieszczenia na dużą skalę zmiennych źródeł odnawialnych (głównie energii wiatrowej i słonecznej) w Denholm P., Ela E., Kirby B., Milligan M., The Role of Energy Storage with Renewable Electricity Generation, NREL, 2010

Artykuł Tobias M., The Role of Energy Storage in Grid Stability, New York Engineers, 2019 odpowiada na pytanie, jak magazynowanie energii może poprawić stabilność sieci energetycznej.