Energiatárolóval megvalósított vezérlési stratégiák a decentralizálódó villamosenergia-rendszer számára Táczi István Villamosmérnök MSc hallgató Taczi.istvan@eszk.org 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában
Tartalom Motiváció és aktualitás A modellezés szükségessége Bemeneti adatok képzése Demonstrációs hálózat A szimulációs környezet funkciói Karakterisztikus adatok, leképezés Stratégiák és eredmények Konklúzió, összegzés 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 2
Az energiatárolás motivációja Növekvő megújuló részarány változó hálózati struktúra Forrás: Marting Crouch, OfGem 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 3
Telepítés menete Alapgondolat: ötlettől a megvalósításig Problémák: költségek, műszaki paraméterek tegyük mérhetővé Teljes körű, jól leírt bemenő adat Működőképes vezérlési eljárások Pontos és áttekinthető értékelés 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 4
Modellalkotás Szükséges paraméterek: Névleges teljesítmény P,Q görbe (felbontás, hossz) További paraméterek pl. veszteségszámításhoz Profilok bevitele: Forrás: ELMŰ Sztochasztikus modell is vizsgálható Tároló elem megjelölése Elemek esetén darabszám korlát (bővíthető) 40 30 20 10 0 6 5 4 3 2 1 0 Napelemek kw(t) Hőszivattyú kw(t) 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 5
Az Élhető Jövő Park Forrás: ELMŰ 2. E-Mobility töltőoszlopok 1 Easy Station + 1 Easy Box telepítve 3 különböző típusú csatlakozó kábel 4b. Hőszivattyú Telepítés 2013. 5. hó Levegő víz rendszerű 14 kw hő teljesítmény 5,2 kw villamos teljesítmény 3 3. Szélturbina Telepítés 2013.07.25-én 20 kw beépített teljesítmény Oszlopmagasság: 18 m Rotorátmérő: 10 m 1 2 4 1. Napelem-rendszer Telepítés 2012.09.19-én 15,6 kw beépített teljesítmény Teljes felület: ~100 m 2 1b. Napelem-rendszer KEOP 23 kw beépített teljesítmény Teljes felület: ~150 m 2 A fóti Gyermekváros és Lovasterápiás Központ területe 4a. Akkumulátortelep Telepítés 2014. 3. hó 20 kva maximális teljesítmény 40 kwh tárolókapacitás ~1400 teljes töltési ciklus 186 db Hoppeke 4OPzV akku 5 5. Mikro-vízerőmű Telepítés 2013.08.27-én 200 W beépített teljesítmény PowerPal kis esésű vízturbina 4. Látogatóközpont 300 m 2 bemutatóterem tablókkal, kivetített prezentációkkal és modellekkel RWE Smart Home koncepció magvalósítása Padlófűtés és hűtés 6.
A szimulációs környezet funkciói Név Dimenzió Funkció Start Óra Kezdőidőpont Step Óra Időfelbontás Stop Óra Leállási időpont StorageStrategy Egész Vezérlő algoritmus választás Efficiency % Hatásfok Energy MWh Kiindulási energiaérték Response Óra Válaszidő Sizing I/H Méretezési eljárás bekapcsolása MidPrice $/MWh Mediánérték UpLimit $/MWh Eladási határ LowLimit $/MWh Vételi határ MaxCycle Egész Ciklusszám Power MW Névleges teljesítmény Capacity MWh Névleges kapacitás Megvalósított stratégiák Virtuális szigetüzem Energiakereskedelem I. Energiakereskedelem II. Biztonsági tartalékképzés Meddőteljesítmény kompenzálása Méretezés szigetüzemre Méretezés tartalékképzésre SwitchOff Óra Kikapcsolási művelet SwichBack Óra Bekapcsolási művelet 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 7
Tároló karakterisztika elemei Kapacitás határfeltétel Hatásfok Ciklusszám Teljesítmény (méretezés) Kapacitás (méretezés) Válaszidő Továbbiakban: E/P sűrűség 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 8
Virtuális szigetüzem Cél: a vizsgált hálózatrész önálló működése, azaz a csatlakozási pontról vételezett energia minimalizálása 3 Vételezett teljesítmény 15 perces bontásban 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Power (kw) 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 9
Virtuális szigetüzem A működés közben beállított teljesítményértékek és kialakuló kapacitásértékek megjelenítésével megtalálhatjuk a kritikus időpontokat (15 perces bontás) 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Szükséges teljesítménykövetés Tárolt energia minimuma Túltermelés és kapacitáshatár Energy (kwh) Power (kw) 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 10
Energiakereskedelem Alapelv: a microgrid megújuló energiaforrásaiból származó energia eladása kedvező áron 1. stratégia: vételi és eladási küszöb feltételek: ha nincs kisütés, túltermelésből feltöltés történik 2. stratégia: előre felvett középérték, folyamatos üzem 2016.03.24. Tehetséges hallgatók az energetikában 11
Energiaár adatok, kritikus pontok 70 Energiaár, kereskedési küszöbök /kwh 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Ár Felső Alsó Medián 2016.08.30. 12 Tehetséges hallgatók az energetikában
Energiakereskedelem 1. 50 Energiakereskedés alsó és felső küszöbökkel 40 30 20 Kisütés 10 0-10 -20-30 100% töltöttség nem vételez 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Energy (kwh) Túltermelésből feltöltés Power (kwh) Kisütés 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 13
Biztonsági tartalékképzés Tisztán megújuló energiából képzett tartalék (lehetne minimális idő alatt visszaálló is) Kritikus termelő elem (vagy csatlakozási pont) meghibásodása esetén áll üzembe Teljesítményáramlás-követő kisütés és töltés A bemutatott karakterisztikán 2 órakor történik meghibásodás, majd az elem visszaáll 14 órakor 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 14
Biztonsági tartalékképzés 50 40 30 20 Kiesés Kiesési tartalékképzés energiatárolóval Kapacitáshatár elérése Visszaállás 10 0-10 -20-30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Szükséges teljesítménykövetés Energy (kwh) Power (kw) Megújuló energiaforrásokból feltöltés 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 15
Energia Teljesítmény 0 0.75 1.5 2.25 3 3.75 4.5 5.25 6 6.75 7.5 8.25 9 9.75 10.5 11.25 12 12.75 13.5 14.25 15 15.75 16.5 17.25 18 18.75 19.5 20.25 21 21.75 22.5 23.25 24 Méretezési eljárás Méretezési számítás biztonsági tartalékképzéskor 0-20 -40 Nagy teljesítményigény 25 20-60 -80-100 -120-140 15 10 5-160 -180 Energy (kwh) Power (kw) Teljes energiaigény 0 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 16
Eredmények és kiértékelés A feldolgozás célja a felhasználó számára biztosítani: Műszaki: teljesítménymennyiségek (P,Q), kiterheltség, feszültségváltozások Speciális műszaki: vételezett összes energia, vételezett csúcsteljesítmény (Virtuális szigetüzem), áthidaló képesség Optimális méretek Gazdasági: megtérülési idő, profilváltoztatás lehetőségei, díjszabási keret változtatás, kiegyenlítő energiák A számítások MS Excel segítségével automatizálhatóak (változó időléptékezés esetén makrók szükségesek) Továbblépések: ciklikus élettartam figyelembe vétele 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 17
Projekt pénzárama és jelenértéke (eft) Eredmények és kiértékelés Technikai alapadatok P [kw] 20 E [kwh] 100 Capital /kwh 550 O&M /kwh 0 12 Beruházás -10000 teljes költsége (USD) 95000 Capital 55000 Solar system 40000 Fixed O&M [USD/Year] 1200 BEVÉTEL 20000 10000-20000 -30000-40000 -50000-60000 -70000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Energiaforgalom változtatás nyeresége [Ft/nap] 2554 Projekt megtérülése évek Pénzáram Nettó jelenérték 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 18
Áttekintés A modellezés és szimuláció továbbfejlesztésekkel alkalmas lehet hálózatfejlesztési beruházások során a döntések támogatására, lehetséges változatok feltérképezésére Gyakorlati felhasználhatóság: Ötlettől a megvalósítás hatásainak kvalitatív és kvantitatív elemzéséig végigkíséri a felhasználót Teljes körű adathalmaz áll rendelkezésre bemenethez Minden fontos paraméter befolyásolható Méretezés, összehasonlítás és döntés megvalósítható Fő értékek: Általánosítások miatt tetszőleges modellen fut Jól fejleszthető, bővíthető Kevés beavatkozást igényel 2016.08.30. Tehetséges hallgatók az energetikában 19
Köszönöm szépen a megtisztelő figyelmet! 2016.08.30. 20 Tehetséges hallgatók az energetikában