Rozproszony system sterowania energią

Rezultatem wdrożenia rozproszonego systemu sterowania energią jest integracja odbiorców z dostawcami za pomocą technologii inteligentnych sieci, magazynowanie energii na przesuwanie obciążeń z godzin szczytu oraz wyrównywanie obciążenia ze źródeł odnawialnych (niesystemowych).

Przesunięcie szczytów obciążenia łagodzi skutki nadmiernego obciążania bloków energetycznych w czasie przez przyspieszanie lub opóźnianie ich oddziaływania, aż system dostaw jest gotowy, by odpowiedzieć na dodatkowe obciążenie. Jeśli obciążeń nie da się uregulować, wtedy systemy magazynowania energii (ang. Energy Storage Systems – ESS), które często gromadzą energię poza godzinami szczytu, mogą wpłynąć na zmianę profilu obciążenia.
Koncepcja przesunięcia obciążenia została już pomyślnie wdrożona przez wielu odbiorców końcowych w dużych obiektach handlowych i przemysłowych, w celu zmniejszenia zapotrzebowania na energię w godzinach szczytu i związanych z tym kosztów.
Wyrównywanie obciążeń w godzinach szczytu może znacznie obniżyć wydatki na energię. Ponadto skutecznie zmienia oddziaływanie obciążenia na system, dzięki czemu obniża poziom wymaganej zdolności wytwórczej.
OZE a magazynowanie energii
Odnawialne źródła energii OZE – zwłaszcza elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne (PV), przeżywające obecnie gwałtowny rozwój – dostarczają energię w sposób nieregularny, z powodu silnego uzależnienia od zmiennych warunków atmosferycznych. Wraz z rosnącym znaczeniem udziału tych źródeł w rozłożeniu obciążenia w sieci elektroenergetycznej, ich wpływ będzie coraz bardziej widoczny w jakości energii dostarczanej przez takie sieci. Nieregularne wahania ilości energii wytwarzanej przez te źródła mogą znacznie utrudniać utrzymywanie przejściowej i dynamicznej stabilności systemu. Obawy związane z jakością energii z odnawialnych źródeł są związane ze stanami nieustalonymi napięcia, odchyleniami częstotliwości oraz harmonicznymi napięcia.
Instalacja wspomnianych już systemów magazynowania energii (ESS) może pozwolić na zmianę charakteru pracy takich niestabilnych energetycznie źródeł w obiekty dostarczające energię o w miarę stabilnej wartości i poziomie. W związku z tym wdrażanie na wielką skalę odnawialnych źródeł energii w połączeniu z inteligentnymi sieciami (ang. Smart Grid) w znacznej mierze zależy od zastosowania sprawnie działających systemów magazynowania energii, które zapewnią optymalizację i maksymalną efektywność dostaw energii oraz jej wysoką jakość.
Jakość energii, liczniki, kontrola
System magazynowania energii może podnosić jakość dostarczanej energii przez utrzymywanie znamionowych wartości napięcia i częstotliwości. Szybko działające urządzenia magazynujące energię, jak akumulatory czy ultrakondensatory, mogą gromadzić lub oddawać energię (rozładowanie) w celu zminimalizowania przejściowych wahań parametrów w sieci energetycznej.
Wraz z rozwojem energetyki odnawialnej zachodzi coraz większa konieczność przekształcenia zmiennych i nieciągłych źródeł energii w bardziej stabilne i pewne. Energia baterii fotowoltaicznych (PV) wytwarzana jest w sposób przerywany między wschodem i zachodem słońca, zatem niekoniecznie jej produkcja będzie się pokrywać ze szczytowym zapotrzebowaniem na energię, a to stwarza konieczność, aby przedsiębiorstwo-odbiorca miało dostęp do aktywów wytwórczych w celu zaspokojenia wysokiego popytu, gdy np. zachmurzenie ogranicza produkcję energii PV.
Wraz ze wzrostem udziału energii PV w sieci energetycznej, mogą się pojawiać wątpliwości związane z niezawodnością dostaw, podobnie jak w przypadku energetyki wiatrowej, silnie zależnej od zmian natężenia wiatru.
Magazyny energii ESS umożliwiają odbiorcom obniżenie kosztów, a wytwórcom uzyskanie dostępu do produkcji o wyższej wartości, dzięki zmianie godzin wytwarzania.
Lokalne magazyny energii mogą łagodzić wahania mocy wyjściowej ze źródeł odnawialnych przez regulację układów sterowania przyrostami, wyrównywanie skoków napięcia, a także szybką reakcję na nagłe spadki mocy, przez wprowadzenie dodatkowej energii elektrycznej. Takie wyrównanie krzywej produkcji zapewnia wysoką stabilność zasobów energii i niezawodność funkcjonowania sieci dystrybucyjnej. Niektóre przedsiębiorstwa energetyczne stawiają określone warunki dla wytwórców włączonych do sieci, regulując krzywe produkcji za pomocą magazynowania energii.
Systemy ESS pozwalają przedsiębiorstwom na opóźnianie procesów modernizacji czy rozbudowy elektrowni systemowych, które mogłyby być ogromnie kosztowne. Obecnie wdrażanych jest wiele metod magazynowania energii, w zależności od poszczególnych zastosowań i rodzaju systemu. Energię można magazynować w systemach elektrycznych, mechanicznych, cieplnych i chemicznych, każdy z nich ma swoje zalety i służy do określonych zastosowań. Elektryczne systemy magazynowania są wykorzystywane powszechnie, najbardziej popularne to akumulatory i kondensatory. W grupie tej znajdują swe miejsce zarówno małe baterie do zegarka, jak również duże obiekty serwerów danych, wykorzystujące najnowsze akumulatory litowe oraz systemy magazynowania energii na skalę dużych przedsiębiorstw.
Autorzy: Robert C. Corson jest głównym inżynierem elektrykiem w Triad Consulting Engineers Inc. oraz adiunktem na Uniwersytecie Nowojorskim. Ronald R. Regan oraz Scott C. Carlson są inżynierami w Triad Consulting Engineers Inc.
Artykuł zredagowany na podstawie recenzowanego artykułu z „Pure Power”, zima 2014, dodatek do „Consulting-Specifying Engineer” przez Marka T. Hoske, Content Managera w „Control Engineering”.