Czy sieć rozdzielcza potrzebuje magazynować energię?

Historia magazynowania energii rozpoczęła się na początku XX wieku od wykorzystania akumulatora kwasowo-ołowiowego jako zasobnika energii do zasilania obciążeń resztkowych w sieci prądu stałego. Od tego czasu technologie akumulowania energii elektrycznej nadal się rozwijają i są coraz częściej wykorzystywane do zastosowań w systemach elektroenergetycznych, takich jak stabilizacja sieci, przenoszenie obciążenia, wsparcie operacyjne sieci, poprawa jakości energii i zarządzanie niezawodnością.

Magazyny energii w sieciach rozdzielczych

Systemy magazynowania energii są coraz częściej osadzane w sieciach rozdzielczych, aby zapewnić korzyści techniczne, ekonomiczne i środowiskowe. Wynika to z faktu, iż obecne sieci dystrybucyjne stoją w obliczu krytycznego okresu zmian, napędzanego różnymi wzajemnie powiązanymi czynnikami, wśród których mieszczą się na przykład redukcja gazów cieplarnianych, zarządzanie popytem, ograniczenia mocy, wymagania dotyczące jakości energii, integracja odnawialnych źródeł energii oraz rozbudowa i niezawodność sieci.

Dodatkowo rosnąca integracja sieci przerywanej odnawialnej generacji rozproszonej znacząco zmienia scenariusz funkcjonowania sieci dystrybucyjnej. Te wyzwania operacyjne są łagodzone przez włączenie magazynu energii, które odgrywa kluczową rolę w poprawie ogólnej stabilności i niezawodności sieci. Zasobniki energii mogą również odgrywać ważną rolę na zderegulowanych rynkach, np. zapewniając arbitraż i zwiększając wartosść OZE.

Zakłócenia występujące w systemie dystrybucyjnym generują koszty przestojów przesyłu energii elektrycznej dla dystrybutora. Wdrożenie systemów magazynowania energii jest istotną drogą do maksymalizacji efektywności energetycznej sieci dystrybucyjnej, a ogólną wydajność sieci można zwiększyć dzięki ich optymalnemu rozmieszczeniu, wielkości i działaniu.

Oczekiwania wobec zasobników energii w sieci dystrybucyjnej

Od magazynów energii w sieci dystrybucyjnej oczekuje się, że skutecznie złagodzą problemy związane z oscylacjami mocy, nagłymi zmianami obciążenia i przerwami w systemach przesyłowych lub dystrybucyjnych.

Wymagane duże inwestycje kapitałowe sprawiają, że przyjęcie magazynu energii jest znaczącym krokiem dla sieci, a ich instalacja musi zatem być częścią szeroko zakrojonej modernizacji sieci dystrybucyjnych. Aby zmaksymalizować korzyści płynące z magazynowania energii, kluczowe jest określenie optymalnych lokalizacji zasobnika energii w sieci rozdzielczej.

Optymalnie zwymiarowany i umieszczony zasobnik energii może ułatwić zaspokojenie szczytowego zapotrzebowania na energię, zwiększyć korzyści płynące z integracji odnawialnych źródeł energii i rozproszonych źródeł energii, wspomóc zarządzanie jakością energii i zmniejszyć koszty rozbudowy sieci rozdzielczej.

Zalety wynikające ze stosowania zasobników energii w inteligentnych sieciach obejmują poprawę jakości energii, łagodzenie odchyleń napięcia, regulację częstotliwości, zmianę i wyrównanie obciążenia i redukcję wartości szczytowych, ułatwienie integracji odnawialnych źródeł energii, rozbudowę sieci i ogólną redukcję kosztów, rezerwy operacyjne i redukcję emisji gazów cieplarnianych.

Kryteria odniesienia dla skutecznego zasobnika energii do wykorzystania w sieci elektroenergetycznej:

  • Dyspozycyjność – zdolność reagowania na wahania zapotrzebowania na energię elektryczną, które mogą wystąpić w różnych cyklach (dobowych, tygodniowych i sezonowych) z powodu zmian obciążeń domowych i przemysłowych oraz zmian niektórych czynników środowiskowych, np. warunków pogodowych.
  • Przerwalność – reaktywność na przerywanie dostaw energii odnawialnej, takiej jak energia wiatrowa i słoneczna, sezonowo zmieniające się zachowania energii wodnej i biomasy oraz powtarzające się niestabilności związane z dostawami paliw kopalnych.
  • Wydajność – zdolność do odzyskiwania i ponownego wykorzystania energii, która została zmarnowana w inny sposób.

Magazynowanie energii jest szczególnie ważnym narzędziem, które będzie coraz częściej dostępne dla operatorów sieci i planistów. Istnieje wiele opcji zasobników energii, które należy zbadać pod względem charakterystyk technicznych i korzyści z zastosowania w sieci dystrybucyjnej.

Przyszłość magazynów energii

Ponieważ zasobniki energii są drogimi urządzeniami do zastosować w sieci dystrybucyjnej, wydłużenie żywotności tych elementów jest kwestią krytyczną. Inteligentne strategie ładowania i rozładowywania mogą oszczędzać energię, ułatwiać osiągnięcie optymalnej wydajności zasobników energii i zapewnić dłuższą żywotność.

Skupiając się na urzeczywistnianiu funkcji, rządy na całym świecie (np. UE, USA i Japonia) zachęcają do rozwoju i wdrażania magazynów energii poprzez programy wspierane na szczeblu krajowym. W związku z tym zasobniki energii są często wykorzystywane w zastosowaniach na dużą skalę, takich jak wytwarzanie energii, sieci dystrybucyjne i przesyłowe, rozproszone zasoby energii, energia odnawialna oraz lokalne obiekty przemysłowe i handlowe.

Zasobniki energii są zwykle wyposażone w podstawowe elementy zarządzania i kontroli, które stanowią podstawę bezpiecznej i niezawodnej eksploatacji obiektów magazynowych. Celem jest nie tylko ułatwienie zarządzania lokalnego, ale także skoordynowana kontrola nad innymi komponentami podczas zastosowań w skali sieci.

Zastosowanie magazynowania energii w sieciach dystrybucyjnych może przyniesść wiele korzyści przedsiębiorstwu dostarczającemu, klientowi i operatorowi sieci dystrybucyjnej, a także operatorowi systemu przesyłowego i operatorowi wytwarzania (konwencjonalnemu i generacji rozproszonej).

Jeśli interesuje Cię ten temat magazynowania energii w sieci polecamy następujące publikacje:

Badania nad technologiami magazynów energii, rozwojem, zastosowaniami i korzyściami opisano w Barton J., Infield D., Energy storage and its use with intermittent renewable energy, IEEE Trans Energy Convers, 2004, gdzie omówiono kilka opcji akumulowania energii i ich perspektywy integracji i przerywania OZE.

W Hasan N., Hassan M., Majid M., Rahman H., Review of storage schemes for wind energy systems, Renew Sustain Energy Rev, 2013 zbadano zastosowania zasobników energii w energetyce wiatrowej, podczas gdy znaczenie tych instalacji dla integracji fotowoltaiki na dużą skalę jest przedmiotem zainteresowania Lai C., Jia Y., Lai L., Xu Z., McCulloch M., Wong K., A comprehensive review on large-scale photovoltaic system with applications of electrical energy storage, Renew Sustain Energy Rev, 2017.

Szerzej omawia się rolę magazynów energii w różnych operacjach systemu elektroenergetycznego w Koohi-Kamali S., Tyagi V., Rahim N., Panwar N., Mokhlis H., Emergence of energy storage technologies as the solution for reliable operation of smart power systems: a review, Renew Sustain Energy Rev, 2013, np. pracy sieci przenikniętej przez OZE, wyrównywaniu obciążenia i ograniczaniu wartości szczytowych, regulacji i tłumieniu częstotliwości, zdolności do przejścia przez niskie napięcie oraz poprawie jakości energii.

Artykuł Foley A., Connolly D., Leahy P., Vad B., Mathiesen H., Leahy M., McKeogh E., Electrical energy storage & smart grid technologies to integrate the next generation of renewable power systems, Conference Proceedings, 2010 przedstawia ekonomiczny i techniczny przegląd roli i znaczenia magazynowania energii i technologii inteligentnych sieci dla przyszłych systemów energii odnawialnej. Zalecenia polityczne i korzyści wynikające ze stosowania zasobników energii w inteligentnych sieciach przedstawiono również w Zame K., Brehm C., Nitica A., Richard C., Schweitzer G., Smart grid and energy storage: policy recommendations, Renew Sustain Energy Rev 82, 2018 i Wade N., Taylor P., Lang P., Jones P., Evaluating the benefits of an electrical energy storage system in a future smart grid, Energy Policy, 2010.

Ponadto, potencjał magazynów energii dla różnych usług w sieciach dystrybucyjnych omówiono w Delille G., Francois B., Malarange G., Fraisse J., Energy storage systems in distribution grids: new assets to upgrade distribution network abilities, CIRED 2009 – Proceedings of the 20th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution – Part 1, IET, 2009 oraz Alhamali A., Farrag M., Bevan G., Hepburn D., Review of energy storage systems in electric grid and their potential in distribution networks, Proceedings of the Eighteenth International Middle East Power Systems Conference, IEEE, 2016 a ich działalność omówiono w Bozchalui M., Sharma R., Operation strategies for energy storage systems in distribution networks, 2014 IEEE PES General Meeting Conference & Exposition, 2014.

źródła:

Baker J., Collinson A., Electrical energy storage at the turn of the millennium, Power Eng J, 1999.

Evans A., Strezov V., Evans T., Assessment of utility energy storage options for increased renewable energy penetration, Renew Sustain Energy Rev, 2012.

Carrano E., Guimaraes F., Takahashi R., Neto O., Campelo F., Electric distribution network expansion under load-evolution uncertainty using an immune system inspired algorithm, IEEE Trans Power Syst, 2007.

Divya K., Ostergaard J., Battery energy storage technology for power systems—an overview, Electr Power Syst Res, 2009.

Amin S., Gellings C., The North American power delivery system: balancing market restructuring and environmental economics with infrastructure security, Energy, 2006.

Wade N., Taylor P., Lang P., Jones P.,Evaluating the benefits of an electrical energy storage system in a future smart grid, Energy Policy, 2010.

Barton J., Infield D., Energy storage and its use with intermittent renewable energy, IEEE Trans Energy Convers, 2004.

Hasan N., Hassan M., Majid M., Rahman H., Review of storage schemes for wind energy systems, Renew Sustain Energy Rev, 2013.

Foley A., Connolly D., Leahy P., Vad B., Mathiesen H., Leahy M., McKeogh E., Electrical energy storage & smart grid technologies to integrate the next generation of renewable power systems, Conference Proceedings, 2010.

Zame K., Brehm C., Nitica A., Richard C., Schweitzer G., Smart grid and energy storage: policy recommendations, Renew Sustain Energy Rev 82, 2018.

Wade N., Taylor P., Lang P., Jones P., Evaluating the benefits of an electrical energy storage system in a future smart grid, Energy Policy, 2010.

Tester J., Drake E., Driscoll M., Golay M., Peters W., Sustainable energy: choosing among options, MIT Press, 2012.

Chen H., Cong T., Yang W., Tan C., Li Y., Ding Y., Progress in electrical energy storage system: a critical review, Progress Nat Sci, 2009.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

wywiady

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

wydarzenia

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE