Co všechno zvládne průmyslová baterie AERS?
Průmyslový akumulátor je víceúčelové zařízení. Čím více funkcí firma využívá, tím rychleji se jí investice do vlastního úložiště elektřiny vrátí.
Pro velkokapacitní sestavy akumulátorů se spolu s rozvojem alternativních a obnovitelných zdrojů energie (OZE) otvírá pole využití při zajištění podpůrných služeb a funkcí pro Distribuční soustavu (DS). Pro spolupráci akumulátorů s DS je nutné jejich spojení s vhodným měničem a správně navrženým řídicím systémem. Pro tato zařízení se ujalo obecné označení BESS z anglického „Battery Energy Storage System“ (bateriový energetický skladovací systém).
Co všechno může měnič upravovat?
Z hlediska plnění výkonových energetických funkcí vůči DS má pro technologii BESS podstatnou roli výkonový střídač/měnič a řídicí systém. Z hlediska funkčnosti provozu a významu pro provozovatele lze rozlišit několik kategorií stanic BESS, například:
- Stanice pro uložení energie z vlastní výrobny OZE pro pokrytí vlastní vnitřní spotřeby provozu
- Stanice pro zajištění snížení a úpravu odběrového diagramu spotřeby a výroby
- Stanice pro zajištění navýšení schopností odběrného místa pro krátkodobou a střednědobou dodávku výkonu nad výkonovou schopnost odběrového místa z DS (např. podpora nabíjecích míst elektromobilů)
- Stanice pro zajištění funkcí 1), 2) a/nebo 3) a zajištění kvality a nepřerušené dodávky energie v případě krátkodobých a střednědobých poruch dodávky energie z DS přechodem do ostrovního provozu (průmyslové výrobní celky)
- Stanice pro zajištění podpůrných služeb pro DS (obchod s podpůrnými službami)
- Stanice pro zajištění bezvýpadkového provozu citlivé infrastruktury ve spolupráci s jiným dlouhodobým záložním zdrojem energie (například nemocnice, klíčové služby IT)
Jak je patrno z tohoto výčtu, existuje minimálně 6 variant funkčního provedení stanic BESS. K této pestrosti by měl každý projektant takového díla (technického řešení) provést výkonovou celoroční analýzu výkonového profilu využívání. Až na základě tohoto profilu je projektant schopný provést návrh optimalizovaného zákaznického řešení.
Jak k návrhu přistupuje AERS?
Společnost AERS s.r.o. tyto výkonové bilanční analýzy provádí v rámci zpracování nabídkového řízení pro každého zákazníka. Pro vytvoření takové analýzy je nezbytné, aby zadavatel (zákazník) poskytl například roční odběrové záznamy distributora a nezbytné údaje stávajícího a plánovaného provozu s informací, který z uvedených provozních parametrů je pro provozovatele zásadní.
Například drobné poruchy v dodávkách z DS mohou pro provozovatele představovat výrazné ekonomické ztráty, a proto bude jeho hlavním stimulem pro instalaci takové stanice právě ekonomický přínos zamezení ztrát. Takové údaje jsou při projektování akumulační stanice nejpodstatnější, protože představují konkrétní projektové zadání, na základě kterého může projektant a dodavatel technologie vypracovat optimalizované zákaznické řešení bez zbytečných nákladových navýšení.
V uvedeném ročním grafu jsou zobrazeny dosažitelné hodnoty sníženého odběru u konkrétního zákazníka oproti původním hodnotám. Z provedené bilanční analýzy také vyplyne nezbytná kapacita bateriového úložiště pro dosažení tohoto diagramu. Analýza je prováděna z poskytnutého čtvrthodinového diagramu. Denní profil odběrného místa s regulovaným odběrem je zobrazen na následujících grafech.
Obecně lze konstatovat, že ekonomický přínos zařízení SAS musí být posuzován s ohledem na všechny uvedené aspekty, tedy optimalizované snížení odběrového diagramu, snížení rizika vzniku zmetků vlivem poruch DS a využití vlastní vyrobené energie z OZ. Posouzení návratnosti systému je tak pro každého provozovatele individuální.
Zodpovědný pracovník za energetický provoz závodu má k dispozici zabezpečenou internetovou aplikaci, která zobrazuje všechny sledované veličiny a zajišťuje jejich grafickou prezentaci v podobě grafů. Aplikace také provádí automatické reporty v případě dosažení významných provozních parametrů. Reporty jsou odesílány ve formě e-mailů a formou SMS na zadané účty zodpovědných osob. Diagnostické zprávy jsou také zasílány na technickou podporu společnosti AERS s.r.o., která může dle dohody s provozovatelem zajistit odpovídající technický zákrok.
Zařízení společnosti AERS s.r.o. byla vyvinuta pro průmyslové aplikace, pro které je zásadním požadavkem minimalizace výpadků ve výrobě a tím snížení přímých ztrát provozních režijních nákladů na výrobu. Tedy oblast funkčních bodů 4), 5), 6).
Za tím účelem vyvinula společnost AERS s.r.o. v letech 2017–2018 koncepci BESS pod vlastním typovým označením SAS – Špičkovací Akumulační Stanice. Ta zajišťuje provozovateli funkce regulace odběrového diagramu, schopnost dodávky výkonu a schopnost zajištění kvality dodávky energie z DS formou přechodu odběrového místa do ostrovního režimu při poruše parametrů DS dle ČSN EN 50160. Chování stanice je v tomto režimu plně automatické a zajišťuje přechod do ostrovního režimu plynule bez výpadků a opětovné synchronizované napojení na síť po odeznění poruchy DS dle ČSN EN 50438ed2 a dle ČSN EN 50160 (tedy bez vlivu na provozovanou technologii) až do stavu hlídaného vybití akumulační části stanice SAS.
Na následujících diagramech jsou znázorněny průběhy přechodu do ostrovního režimu při výpadku napětí na přívodu z DS. Toto měření bylo prováděno ve spolupráci se společností ČEZ Distribuce.
Ze záznamu je patrné, že systém SAS nedovolí pokles napětí v síti pod hodnotu 85 % Un. Při takovém poklesu automaticky přechází systém do ostrovního režimu, ve kterém jsou napájeny vnitřní rozvody provozovatele z akumulátorového úložiště. Přechod je proveden tak, aby nedošlo k ovlivnění výrobního provozu robotických linek a tím ke vzniku ztrát ve výrobě.
Kvalitativní úprava dodávek elektřiny
Střídače pracující v režimu paralelního zdroje se sítí pracují v tzv. režimu AFE (z anglického „Active Front End“). Tyto měniče/střídače pracují ve 4kvadrantovém režimu (4Q), kdy je střídač zdrojem proudu do dané napěťové soustavy nebo v režimu řízeného usměrňovače pro potřeby nabíjení akumulátorového úložiště. Díky vektorovému řízení a vhodně zvoleném měření nadřazeného řídicího systému je možné střídače ovládat tak, aby dodával do sítě nejen zdánlivý činný výkon S (kVA), ale výkon doplněný o potřebnou jalovou složku Q (kVAr), tedy výkon činný P (kW). Uspořádání střídačů, které dodává společnost AERS s.r.o. umožňuje realizovat čistě dodávku jalového výkonu kapacitního nebo indukčního charakteru a zajišťovat tak pro dané odběrové místo funkci kompenzační stanice. Uvedené režimy jsou znázorněny na následujícím měsíčním grafu z reálného výrobního provozu.
Jak dobře to zvládá (je sinus dostatečně kvalitní)?
Výkonový střídač používaný v sestavě SAS splňuje parametry normy ČSN EN 60141-1-1 ed2 a ČSN EN 50160 ed2., které předepisují parametry kvality výstupní elektřiny pro připojení k distribuční síti. Požadované vlastnosti byly ověřeny v rámci typových zkoušek SAS při uvedení prototypové aplikace do provozu. Dále byla kvalita výstupů střídače ověřena při provozních funkčních zkouškách ve spolupráci se společností ČEZ Distribuce.
Fakticky je kvalita sinusového průběhu dána vlastnostmi výstupního LC filtru střídače a kvalitou regulace potlačení vlivu filtru na výstupní parametry sítě. Kvalita výstupního průběhu je ověřována v rámci testů prostřednictvím Fourierovy analýzy formou detekce vyšších harmonických dle kritérií ČSN EN 50160 ed2. V následující tabulce jsou uvedeny výsledky dlouhodobého měření výstupní kvality výkonového střídače SAS na konkrétní průmyslové aplikaci provedené měřením ČEZ Distribuce.
Příklady z Jeseníku
Pilotní aplikace stanice SAS byla realizována ve výrobním areálu Fenix s.r.o. v Jeseníku. Na této aplikaci byly provedeny vývojové ladící práce jednotlivých řídicích a regulačních algoritmů. Vzhledem k tomu, že stanice SAS je provozována v plně automatickém režimu, musí energetik závodu sledovat trendy odběrového diagramu a kapacitní schopnost akumulátorového úložiště k plnění omezování odběru ze sítě. Díky provedené výkonové bilanční analýze má zodpovědný pracovník plán doporučených hodnot pro sjednávání měsíčních odběrových parametrů.
Dle vyjádření provozovatele výrobního areálu Fenix v Jeseníku je velkým přínosem minimalizace výpadků automatických výrobních linek, které představovaly velké ztráty ve formě prostojů při opětovném nastrojení a rozjetí výrobních linek. Snížení odběrového diagramu je z hlediska provozovatele vítaný benefit, který vede ke snížení pravidelných měsíčních fakturovaných částek za dodávku energie.
| Stručné technické parametry stanice SAS Fenix – Jeseník: | ||
|---|---|---|
| Rozsah výkonu v závislosti na ročním období: | 350–700 kW | |
| Instalovaná kapacita akumulátorového úložiště: | cca | 600 kWh |
| Instalovaný výkon střídačů: | 2× | 350 kW |
| Přetížitelnost střídačů: | 2× | 400 kW |
AERS se zabývá vývojem, výrobou a podporou distribuce zařízení sloužící k akumulaci elektrické energie s využitím energie získané z distribuční sítě i OZE a řízeným využíváním vlastní spotřeby.