Energiatárolás lehetségei

Átírás

1 Bajor József / PPMV Moduláris Rendszerek ABB Energiatárolás lehetségei March 5, 2012 Slide 1

2 Energiatárolás lehetségei Tartalom Mszaki és gazdasági kényszerít erk F komponensek Alkalmazások Portfólió Példák February March 5, , 2010 Slide Slide 2 2

3 Energiatárolás Teljesítmény management Demand in MW Demand in MW sz teljesítmény profil :00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 PM 1:00 PM 2:00 PM 3:00 PM 4:00 PM 5:00 PM 6:00 PM 7:00 PM 8:00 PM 9:00 PM 10:00 PM 11:00 PM 12:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 PM 1:00 PM 2:00 PM 3:00 PM 4:00 PM 5:00 PM 6:00 PM 7:00 PM 8:00 PM 9:00 PM 10:00 PM 11:00 PM 12:00 2.sz teljesítmény profil Az energiaelosztásban szerepl összes eszközt az év legmagasabb terhelési értékére kell méretezni. Terhelési tényez (Load factor)= Átlag KW/ Max KW A 2.sz. teljesítmény profil hatékonyabb / Load Factor Profile 2 > Load Factor Profile 1 Inc March 5, 2012 Slide 3

4 Energia termelésnek és a terhelésnek az egyensúlya. Balansz állapot biztosítása A megtermelt és fogyasztott energiának mindig egyensúlyban kell lennie! A fogyasztói terhelések vagy a energiatermelk teljesítmény változása esetén az egyensúly felborulhat. Rendszerszint szabályozás szükséges az egyensúly biztosításához. Az energiatároló egy új hálózati eszköz a rendszerirányító kezében! :00 7:05 7:10 7:15 7:20 7:25 7:00 7:05 7:10 7:15 7:20 7:25 7:30 7:35 7:40 7:45 7:50 7:55 8:00 8:05 8:10 8:15 8:20 8:25 8:30 Regulation in MW 7:30 7:35 7:40 7:45 7:50 7:55 8:00 8:05 Load in MW Generation in MW 8:10 8:15 8:20 8:25 8:30 Inc March 5, 2012 Slide 4-40

5 Energiatárolók Megújuló energiaforrások Termelt energia gyors változása Különböz kormányoknak eltér céljuk van a megújuló energiaforrások alkalmazására, de rendszerint 10-20%-os célt tznek maguk elé 2020-ra. A megújulók által tervezett termelt energia kiesését azonnal hagyományos ermvekkel kell pótolni. Veszélyeztetheti a rendszer stabilitását, és a gyors reagálású ermvek indítása extra anyagi ráfordítást igényelhet. March 5, 2012 Slide 5 "Courtesy of Dr Frank S Barnes - University of Colorado at Boulder"

6 Energiatárolók Megújuló energiaforrások, szél és napermvek kapacitás csúcsai "Courtesy of George Gurlaskie Progress Energy" "Courtesy of Mark Kapner Austin Energy" A szél- és napermvek a fogyasztói terhelési csúcsokhoz képest eltér idben adnak le maximális teljesítményt. March 5, 2012 Slide 6

7 Energiatárolók Elektromos autók elterjedése Az autók töltése terheli az elosztó hálózatot. Az elektromos autók számának növekedésével n a felhasznált akkumulátor telepek mennyisége és csökken az elállítás költsége. March 5, 2012 Slide 7

8 Energiatárolók irányelvek / állami támogatások AB 2514 California, US : 2012-es határidvel az áramszolgáltatóknak határidt jelöl ki, hogy térképezzék fel az energiatárolókba történ beruházási lehetségeket. Storage act (1091 függben) US: Adózáson kersztül történ támogatás az energiatároló alkalmazásokra. SGIP (Self generation Incentive program) - US: 2 USD/Watt támogatás az olyan energiatároló alkalmazásokra, amelyek szélerm parkokhoz kapcsolódnak. March 5, 2012 Slide 8

9 Energiatárolók (DES - distributed energy storage) Tartalom Mszaki és gazdasági kényszerít erk F komponensek Alkalmazások Portfólió Példák February March 5, , 2010 Slide Slide 9 9

10 DES komponensei Az AC energia csatlakoztatható kisfeszültség (0.4 kv) vagy középfeszültség hálózathoz (40.5 kv-ig. Az inverter elvégzi az AC/DC átalakítását a hálózat felöl érkez energiának, hogy az a telepekben tárolható legyen. Szükség esetén pedig vissza alakítja 1 vagy 3 fázisú 50 vagy 60 Hz-es AC energiává, hogy az a hálózat számára ismét elérhet legyen. Telepek lehetnek: Savas, Li-Ion, Ni-Cd, Zinc -Bróm, NaCl-Ni, stb A BMS (Battery Management System) figyeli a telepek paramétereit, hogy kontrollálni lehessen a töltési és kisütési folyamatot annak érdekében, hogy a telepek élettartamát, és a rendszer biztonságát növeljük. March 5, 2012 Slide 10

11 Telepek Technológia - NAS March 5, 2012 Slide 11 Elny Alacsony alapanyag költség Megbízható: > 200 telepítés Hosszú élettartam: 15 év, 4500 ciklus Nagy energiasrség (modul): 124 Wh/l (hasonló, mint a Li-Ion modul) Konténerben szállítva nincs szükség épületre Hátrány Magas minségi elvárás a kerámiával szemben, nehéz gyártani Egy gyártó van: NGK, Japan Magas mködési hmérséklet: 330 C Nem hülhet ki túl sokszor (kb 20 alkalom) Alacsony teljesítmény srség of 21 W/l Nem alkalmas gyors töltésre/kisütésre

12 Telepek Technológia - Folyadék Viszonylag új technológia 70%-os hatékonyság Alacsony teljesítmény srség Hozzávetleges költség: kusd / kw Töltés / kisütés jellemzen néhány óra A kapacitását az elektrolit mennyisége és a koncentráció határozza meg. A teljesítmény az elektróda tulajdonságától függ (felület, anyagminség) March 5, 2012 Slide 12

13 Telepek Technológia Li-Ion Elv: Az elektródák között Li ionok mozognak. Elektronok mozognak a küls hurkon. Discharge Elny Nagy hatékonyság (90-95%) Hosszú élettartam (több mint 3000 ciklus ) Alacsony veszteség (0.1-1%/month) Karbantartásmentes Számos gyártó (EV) / Nagy lehetség az árak csökkenésére Jelents fejlesztések várhatóak (számos vegyipari cég van jelen) Anode Cathode Hátrány Jelenleg magas költség ( $/kWh) Fejletlen tömeggyártás Biztonsági kérdések (melegedés) Komplex felügyeleti rendszer (BMS) Electrolyte Separator Prof. J. M. Tarascon (Amiens) March 5, 2012 Slide 13

14 Telepek Technológia Li-Ion Telep szekrény (Rack) 600m m Telep felügyeleti rendszer (BMS) Rendszer BMS Csatlakozik a PCS-hez Rack Balancing Control Rack BMS Control ~2000mm Rack BMS Csatlakozik a Renszer BMS Rack feszültség, Áram, Szigetelés. SOC,SOH, Teljesítmény Vezérli a modul BMS-t ~800mm " Courtesy of LG Chem ~600mm Telep felügyeleti rendszer (BMS): feszültség, kisütési állapot, hmérséklet, élettartam állapot mérését végzi Modul (unit) BMS Csatlakozik a Rack BMShez Cella feszültség, Hmérséklet. Diagnosztika, Telepek közti egyensúly March 5, 2012 Slide 14

15 Telepek Technológia Élettartam 2000 " Courtesy of Saft A telepek méretezése és tervezése egyedileg történik, hogy különböz mennyiség ciklust és kisütési szintet biztosítsunk a felhasználói igénynek megfelelen. A fenti ábra a telep élettartamát mutatja a kisütési szint függvényében. Példa 1: Ha 2000 ciklust szeretnénk 80 kwh-val, akkor a telepeket 100 kwh-ra kell méretezni 80 %-os kisütési szinttel. (80 kw-h/ciklus) Példa 2: Ha 10,000 ciklust szeretnénk 80 kwh-val, akkor a telepeket nem szabad 40% -nál jobban kisütni (40kWh/ciklus) így 200 kwh-ás telepre lesz szükségünk. March 5, 2012 Slide 15

16 Telepek ABB K+F Cella Modul Modul Szekrény (Rack) Hol ABB Kína ABB Svájc ABB USA ABB Svédo. Mit Kapacitás Élettartam Töltés/kisütés Kapacitás Töltés/kisütés BMS Hmérséklet Telepek közötti töltési egyensúly Kommunikáció Kapacitás Töltés/kisütés BMS Telepek közötti töltési egyensúly Kapacitás Töltés/kisütés BMS Hmérséklet Telepek közötti töltési egyensúly Az ABB nem gyárt telepeket de számos technológiát tesztel különböz helyeken. Az ABB gyárai megkapják és használják a K+F központok által megszerzett tudást, ami alapján ki tudják választani a legomptimálisabb technológiát az adott alkalamzáshoz. March 5, 2012 Slide 16

17 Konverter/Inverter Technológia AC to DC egyenirányítás Az energiatárolóknál használt konverterek kétirányúak. March 5, 2012 Slide 17 DC AC átalakítás A konverterek képesek medd teljesítmény leadására a hálózat számára anélkül, hogy a telepet kisütnék.

18 Inverter technológia - PQF/ PCS100 /Dynapeak!" # PQF 50 kw inverter PCS100 Module 125kVA PCS100 1 MW rack PQF 25 to 300 kva PCS100 Module 300 kva - 20 MVA Dynapeak 5-50 MVA PQF, PCS and Dynapeak az ABB jól bevállt termékei, és az ABB tesztelte energiatároló alkalmazásokban. July,20 Slide 18

19 Energiatárolók Tartalom Mszaki és gazdasági kényszerít erk F komponensek Alkalmazások Portfólió Példák February March 5, , 2010 Slide Slide 19 19

20 Alkalmazások Terhelési csúcsok eltolása kw csúcs energiatároló nélkül kw csúcs with energiatárolóval A terhelési csúcsok völgyidszakba történ eltolása jelents költség elkerülést jelent! Csúcsidöszakban a fogyasztói teljesítmény igény egy részét a völgyidszakban a telepekben eltárolt teljesítménybl fedezzük. A terhelési csúcsok eltolásával megváltoztatjuk a terhelési jelleggörbét. Így növeljük a terhelési tényezt, csökkentjük az energiaköltséget, új beruházás esetén a hálózati (áramszolgáltatói) oldalon csökkenhet a beruházási költség. March 5, 2012 Slide 20

21 Alkalmazások Megújuló energiaforrások Környezeti hatásokkal szembeni kitettség csökkentése " Courtesy of Sandia National Lab" " Courtesy of Altairnano" A DES csökkenteni tudja a megújuló energiaforrások által termelt energia rendelkezésre állásának bizonytalanságát. A DES segítségével egyszerbb a megújuló energiaforrásból termelt villamos energia hálózatra csatlakoztatása. Lehetséges a menetrend tartás! Baloldali ábra: a DES kisímitja a naperm által leadott változó teljesítményt. A naperm által megtermelt teljesítmény kékkel van jelölve, a DES teljesítménye zölddel, a hálózat által érzékelt teljesítmény pirossal. Jobboldali ábra: A DES kisímitja a a szélpark által leadott teljesítményt. A hálózat által érzékelt teljesítményt lilával jelöltük. March 5, 2012 Slide 21

22 Alkalmazások Frekvencia szabályozás " Courtesy of Altainano " A telepek rövid reagálási idvel rendelkeznek (40ms). Olyan rendszereknél, ahol nem áll rendelkezésre elegend tartalék, ott a DES jó alternatíva lehet. Számos DES került letelepítésre az USA-ban ilyen problémák kiküszöbölésére.

24 Portfolió - March 5, 2012 Slide 24

25 !"#$%# &' (), &'-) March 5, 2012 Slide 25 * &++) &*$./ (-)

26 0$1* 50 m 60 m 0$1*"' *2, *./ ' 1** March 5, 2012 Slide 26

27 Energiatároló (DES) definíciója A DES egy elre gyártott és mozgatható épület ami az energia tárolására, majd igény szerint késbbi felhasználására szolgál. A DES képes tárolni az elektromos energiát és ezt teljes mértékben, vagy részlegesen le tudja adni a hálózat számára. A DES tartalmaz egy invertert, akkumulátor telepeket, HVAC rendszert, transzformátor gépet, kis- vagy középfeszültség elosztót. March 5, 2012 Slide 27

28 Komponensek Energiatároló (DES) 1000 kw / 250 kw-hr (frekvencia szabályozás) Inverter Telepek KÖF Kapcs. ber Transzformátor Telepek March 5, 2012 Slide 28

29 Portfolió Standard egységek March 5, 2012 Slide 29 All information subject to change without notification.

31 Alkalmazási példa - NYPA, Garden City, NY Vevi igény Teljesítmény gazdálkodás Csúcsteljesítmények völgyidszakba történ eltolása ABB feladata 1MW / 6.5MWHr ABB PCS napközben táplálja a kompresszort és éjszaka olcsó energiával újra feltölt. Bizonyos kompresszorok csúcsidben felvenni kívánt teljesítményét völgyidszakba tolja. Csökkenteni a vev által napközben fizetett energiadíjat. Áramszolgáltatói büntetési tételek csökkentése a többlet teljesítmény vételezése miatt. Az energiatároló tartalékként szolgáljon áramszolgáltatói kimaradás esetén. NaS telepek szállítása March 5, 2012 Slide 31

32 Világ legnagyobb energiatárolója GVEA, Fairbanks, Alaska Vevi igény Tartalék képzés ABB feladat Az energiatárolónak megfelelen hosszú ideig a teljes energiaigényt fedeznie kell, amíg a helyi ermvek újraindulnak. -52C küls környezetei hmérséklet. Ni-Cd telepek. 27 MW / 15 minutes 46 MW / 5 minutes March 5, 2012 Slide 32

33 Alkalmazási példa - CES FEAB project 25 kw/ 210kwh March 5, 2012 Slide 33

34 Alkalmazási példa - DES HUABB project 1000kW/250kWh, Svájc, Zürich, 2011 March 5, 2012 Slide 34

35 Alkalmazási példa - DES HUABB project 1000kW/250kWh, Svájc, Zürich, 2011 March 5, 2012 Slide 35

36 March 5, 2012 Slide 36