Akkuvarasto vanhempien tuulipuistojen toiminnan tehostajana Phoenix Contact käyttää avointa ohjaustekniikkaa, jolla se kuroo umpeen kuilun energian tuotannon, varastoinnin ja jatkokäytön välillä.

Akkuvarastoja tuulivoimaloiden ja aurinkopaneelien vieressä

Tiivistelmä

Kun raikas tuuli puhaltaa, kaikki tuulivoimaloiden ylläpitäjät iloitsevat tuulen voimasta saamistaan tuotoista. Jos tuuli lakkaa, mikään ei pyöri – vaikka sähköenergian tarve säilyisi. Juuri tässä uusiutuvat energialähteet ovat ongelmallisia, sillä ne eivät pysty yksinään tuottamaan peruskuormaa. Tämä kuitenkin muuttuu viimeistään silloin, kun puistot saavat oman varastojärjestelmänsä. Akkuvarastot antavat tuulipuistoille huomattavaa toiminnallista lisäpotkua taloudellisen tehokkuuden, toimitusvarmuuden ja verkon laadun kannalta. Erityisesti vanhemmat järjestelmät voidaan varustaa tehokkaasti energiavarastoilla tukikelpoisuusaikojen ulkopuolella, jotta ne pysyisivät pidempään verkkoon kytkettyinä. Phoenix Contact tukee tätä kehitystä modulaarisilla järjestelmillä energiavarastojen asennusta varten.

Tuulivoima on 125,3 miljardin kilowattitunnin tuotollaan Saksan tärkein energialähde.

Tuulivoiman ja energiavaraston yhdistelmällä toinen elämä

Nykyään 46,2 prosenttia Saksan bruttosähkönkulutuksesta katetaan uusiutuvilla energialähteillä. Liittovaltion ympäristöviraston luvussa tarkastellaan vuotta 2022, ja siinä tuulienergiaa pidetään tärkeimpänä energialähteenä 125,3 miljardin kilowattitunnin tuotolla. Statistan mukaan tuulivoiman osuus oli 21,7 prosenttia.

Tämä saattaa kuulostaa aluksi hyvältä, mutta ei pidä unohtaa sitä tosiasiaa, että liittovaltion ympäristöviraston mukaan tuulivoiman laajentamista on nopeutettava, jotta ilmastotavoitteet voidaan saavuttaa. Laajentamisen lisäksi toistuu kysymys siitä, miten vanhojen tuulivoimaloiden kanssa toimitaan. Kyse on pääasiassa tuulivoimaloista, jotka on rakennettu vuonna 2000 voimaan tulleen uusiutuvista energialajeista annetun lain (EEG) nojalla valtion tuella. Tämän seurauksena ensimmäiset tuulivoimalat ovat nyt runsaat 20 vuotta vanhoja, ja ne katsotaan "ei-tuetuiksi".

Valtiontuen menettämisen vuoksi ylläpitäjät joutuvat taloudellisin perustein pohtimaan, pitäisikö laitokset purkaa vai jatkaa niiden ylläpitoa. Kolmas vaihtoehto on voimalaitoksen uusimishanke yhdessä teollisuuden energiavarastojen kanssa. Tämän puskurin ansiosta myös vanhemmat tuulipuistot voivat osallistua primäärisäätösähkömarkkinoille. Ihannetapauksessa tuulipuisto ja energiavarasto yhdistetään yhteisessä verkkoliitäntäpisteessä. Näin syntyy reserviyksikkö, joka pystyy tarjoamaan käyttöön primäärikäyttöreserviä energiavarastonsa ansiosta. Tämä antaa vanheneville tuulipuistoille uuden elämän, sillä yhdistäminen energiavarastoihin avaa täysin uusia liiketoiminta- ja käyttömalleja.

Phoenix Contact tukee tätä kehitystä modulaarisilla järjestelmillä energiavarastojen asennusta varten. Lisäksi Phoenix Contact käyttää avointa ohjaustekniikkaa, jolla se kuroo umpeen kuilun energian tuotannon, varastoinnin ja jatkokäytön välillä. Tämän takana on tavoite sektorikytkennästä, jonka kanssa Phoenix Contact jatkaa työskentelyä All Electric Societyn parissa.

Tri Rüdiger Meyer on energiavarastojen asiantuntija Phoenix Contactilla

Kolme erilaista käyttöreserviä verkon pitämiseksi vakaana

Ensisijaiset tehoreservit ovat tarpeen, jotta sähköverkko voidaan pitää vakaana. Sähköverkolla ei luonnollisesti ole fyysistä mahdollisuutta varastoida energiaa. Näin ollen kysyntä ja tarjonta on pidettävä jatkuvasti tasapainossa. Tässä vaiheessa energiateollisuus erottaa toisistaan kolme käyttöreservin muotoa, jotka määritellään sen mukaan, miten ne voidaan ottaa käyttöön ajan suhteen. Primäärireservien on oltava käytettävissä 30 sekunnin kuluessa. Sekundäärireservin täytyy aktivoitua viidessä minuutissa, ja sen tehtävänä on myös ottaa viestikapula primäärireserviltä 15 minuutin kuluessa, jotta tämä voi palautua. Tertiäärireservi tunnetaan myös nimellä minuuttireservi. Myös sen on oltava käytettävissä negatiivista ja positiivista säätöenergiaa varten 15 minuutin kuluessa. Positiivisia tehoja varten käytetään yleensä nopeasti käynnistettäviä voimaloita. Negatiivinen kuormitus voidaan saavuttaa suurilla kuluttajilla, kuten valokaariuuneilla, yövarastolämmittimillä, pumppuvoimaloilla tai tuulivoimaloiden hallitulla sammuttamisella. Kaikkien lyhyesti esitettyjen toimenpiteiden yleisenä tavoitteena on varmistaa verkon vakaus. "Jos kuormitus on liian suuri, taajuus laskee. Jos kuormia jää pois, se kasvaa. Molemmat tilanteet täytyy välttää", tiivistää Phoenix Contactin energiavarastojen sovellusasiantuntija Rüdiger Meyer.

Taloudellisesta näkökulmasta katsottuna helposti saatavilla olevat kaasuturbiinivoimalat minuutin varakapasiteettia varten ovat yhtä tehottomia kuin tuulivoimaloiden sammuttaminen. Toisaalta sähköenergiaa tuotetaan suurella primäärienergian panoksella, ja toisaalta tuulen käytettävissä olevaa liike-energiaa ei hyödynnetä. Rüdiger Meyer näkee tämän dilemman suhteen erittäin hyviä kehitysnäkymiä erityisesti nykyisten tuulipuistojen varustamisessa energiavarastoilla teollisessa mittakaavassa. "Jos tuulipuistot yhdistetään suurenergiavarastoihin, niitä voidaan käyttää puskuroimaan verkon kuormituskäyriä. Oman varastointijärjestelmänsä ansiosta tuulivoimalat voivat siis pysyä pyörimässä ja tuottaa energiaa myös silloin, kun verkko on täynnä." Toisaalta varastointijärjestelmästä voidaan hakea energiaa myös silloin, kun ei tuule henkäystäkään. Näin ollen yksiköillä olisi tärkeä rooli myös verkon vakauden kannalta.

Huippukuormituksen tasaaminen ja samalla rahan ansaitseminen

Juuri tässä vaiheessa on kehittymässä uusia toiminta-alueita, jotka liittyvät erityisesti vanhempien tuulipuistojen "päivittämiseen". Yhdistäminen litiumioniakkuihin tai virtausakkuihin perustuviin varastojärjestelmiin edistää merkittävästi verkon vakautta. Ne myös avaavat operaattoreille uusia tuottomahdollisuuksia – arbitraasiliiketoiminnan kautta. Tähän vaikuttavat voimakkaasti vaihtelevat sähkön hinnat spot-markkinoilla. Energiavarasto varastoi tuulivoimaa matalan tariffin jaksoina ja luovuttaa sitä takaisin korkeampaan hintaan tilapäisten kuormitushuippujen aikana. Tämä taloudellinen malli on epäilemättä rahallisesti perusteltu, mutta osoittaa, että energiantuotanto ja energiankulutus voidaan erottaa toisistaan ajallisesti energiavarastojen avulla. Näin ollen tämä erottaminen avaa uusia mahdollisuuksia sektorikytkennälle matkalla kohti All Electric Society -tulevaisuudenvisiota.

Phoenix Contact tarjoaa tätä varten jo nyt valmiita ratkaisuja, mukaan lukien asennusvalmiit osasovellukset tuulivoimaloiden varusteluun. Toimintovalikoima ulottuu aina pilvisovelluksiin asti, mukaan lukien nykyisten ja tulevien viestintästandardien integrointi. Avoin PLCnext-ohjausalusta on tässä avainasemassa, sillä sen avulla voidaan täyttää yksilölliset vaatimukset kätevästi. Tähän kuuluvat myös IoT-pohjaiset liiketoimintamallit. Ne ovat välttämättömiä pilvipalveluiden ja tietokantojen tukemien tietoprosessien kannalta. Laitteistotasolla käytetään muun muassa kokonaisratkaisuja syötönhallintaa varten. Monipuolinen järjestelmä tarjoaa esimerkiksi liitäntäratkaisuja tehoelektroniikalle kaikissa poikkipinnoissa. Phoenix Contact tarjoaa myös valmiita sovelluksia verkon valvontaan. Pakollista: tehokas ja luotettava suojaus salamaniskuja vastaan tehokkailla ukkossuojilla.

Uusiutuvat hybridivoimalat

"Olemme nyt siinä onnekkaassa asemassa, että pystymme koko tuoteohjelmamme avulla tukemaan tuulipuistojen energiantuotantoa teollisuuden energiavarastoilla – aina suunnitteluun asti. Tällä tavoin luomme olennaisen perustan sektorikytkennälle", tiivistää Rüdiger Meyer. Tuulipuistojen varustaminen energiavarastoilla tekee uusiutuvan energian tuotantolaitoksista uusiutuvia hybridivoimaloita – eli energiantuotanto ja energian varastointi tapahtuvat samassa paikassa. Tohtori Rüdiger Meyer: "Tätä taustaa vasten akkuvarastot ovat erittäin varteenotettava vaihtoehto huippukuormavoimalaitosten korvaamiseksi, varsinkin kun akkuvarastojen ei tarvitse käynnistyä ensin, vaan ne tuottavat tehoa millisekunneissa."