古い風力発電基地向けの機能的ブースターとしてのバッテリーストレージシステム フエニックス・コンタクトは、オープン制御技術を使用して、発電、保存、その後の使用の間のギャップを埋めます。
簡単な概要
爽やかな風が吹くと、風力タービン発電機の担当者は皆、風の力から得られる発電量に満足します。風が弱まると、電気エネルギーの需要があっても何も回転しません。そしてこれはまさに、再生可能エネルギーの弱点です。単体では安定したエネルギー源になることができないからです。しかしこれは、遅くとも基地に独自のストレージがあれば変わります。バッテリーストレージシステムは、効率、供給の安全保障、グリッドの品質の点で、風力発電基地に真の機能的ブースターを提供します。グリッドとの接続をより長く保つためには、特に古いシステムに、補助期間外にストレージシステムを装備するのが効果的です。フエニックス・コンタクトは、この開発を、ビルディングブロックシステムのバッテリーモジュールを設置するためのシステムでサポートしています。
風力発電は、発電量1,253億kWhで、ドイツのエネルギーミックスの最も重要なエネルギー源です。
第二の人生のための風力発電とストレージの組合せ
ドイツでは、総電気消費量の46.2%が、再生可能なエネルギー資源でまかなわれています。ドイツ連邦環境庁からの数字は2022年のもので、発電量1,253億kWhの風力発電は、エネルギー混合の最も重要な担い手と記述しています。Statista社によると、風力発電のシェアは21.7%でした。
しかし最初は良く聞こえますが、連邦環境庁によれば、気候変動対策の目標を達成するには、より高いレートで風力発電を拡大する必要があるという事実は隠してはなりません。さらなる拡大に加えて、早期に建設された風力タービン発電機(WTG)の取り扱い方についても、頻繁に議論されています。これらは主に、2000年に施行されたドイツ再生可能エネルギー法(EEG)の過程で国の予算で建設された風力タービン発電機です。現在、初期のWTGは少なくとも20年が経過しており、「使い尽くされた」とみなされるということを意味します。
政府の補助の打ち切りのため、事業者にとってはシステムを解体するべきか運用を継続するべきかに関して、経済的な動機による疑問が生じます。3つ目のオプションは、産業用エネルギー貯蔵システムと組み合わせて再活性化することです。このバッファにより、古い風力発電基地も一次制御電源市場に参加することができます。この目的で、風力発電基地とストレージシステムの組合せは、共通グリッド接続ポイントに配置されるのが最適です。これにより、エネルギー貯蔵システムを介して一次制御電力を提供できる予備ユニットが生まれます。これにより、古い風力発電基地に第二の人生が開けます。バッテリーモジュールと組み合わせることで、全く新しいビジネスモデルや使用モデルが生まれるからです。
フエニックス・コンタクトは、この開発を、ビルディングブロックシステムのバッテリーモジュールを設置するためのシステムでサポートしています。さらに、同社はオープン制御技術を使用して、発電、保存、その後の使用の間のギャップを埋めます。この背後にある目標はセクターカップリングで、フエニックス・コンタクトはAll Electric Societyに向けてこれに取り組み続けています。
Dr. Rüdiger Meyerは、フエニックス・コンタクトのバッテリーモジュールのエキスパート
グリッドを安定した状態に保つための3種類の制御電力
送電網を安定した状態に保つには、一次制御電力が必要です。当然、これにはエネルギーを保存する物理的な可能性はありません。その結果、需要と供給のバランスを常に管理する必要があります。ここで、エネルギー産業では3種類の制御電力を区別しています。これは時間の経過に伴う可用性によって定義されます。一次制御電力は、30秒以内に利用できなければなりません。二次電力の場合は5分間の予備電力があり、15分以内に一次電力の規模を引き継いで一次電力を回復できるようにする必要があります。三次制御電力は、ミニット予備電力とも呼ばれます。これも、負と正の制御エネルギー用に、15分以内に利用可能にならなければなりません。正の電力には、通常迅速に準備できる発電所が使用されます。負の負荷を達成するには、アーク放電や夜間ストレージ加熱システム、ポンプ過圧ストレージプラント、風力タービン発電機の制御されたシャットダウンなどの大規模負荷を使用します。簡単に概説したすべての対策は、ともにグリッドの安定性を確保するという目標を追求するものです。「負荷が高すぎると、周波数が低下します。負荷が低下すると、周波数は上昇します。どちらの場合も回避する必要があります」と、フエニックス・コンタクトのバッテリーモジュールのアプリケーションエキスパートであるDr. Rüdiger Meyerはまとめます。
コストパフォーマンスの観点からは、迅速に利用できる三次制御電力用ガスタービン発電所は、風力発電基地のシャットダウンと同様に非効率的です。一方で、電気エネルギーは一次エネルギーを高い割合で使用して生成されますが、他方では利用できる風の運動エネルギーは利用されていません。このジレンマを踏まえて、Dr. Rüdiger Meyerは、既存の風力発電基地にエネルギー貯蔵システムを産業規模で備えることは非常に良い結果につながると見込んでいます。風力発電基地に発電所規模のストレージシステムを組み合わせると、グリッド内の負荷分散をバッファリングすることができます。そのため、独自のストレージシステムを持つことで、風力タービンはグリッドが満杯の時も風の中で発電することができます。」 逆方向では、無風の場合にもストレージシステムから電力を引き出すことができ、グリッドの安定性に対して重要な役割が与えられます。
ピーク負荷を平滑化しながら同時に利益を獲得
そして、まさにここで、初期に建設された風力発電基地の「再活性化」の方向で、新しい活動分野が発展しています。リチウムイオンバッテリーまたはレドックスフロー電池に基づくストレージシステムと組み合わせることで、グリッドの安定性に貴重な貢献ができます。さらに事業者にとっては、裁定取引を通して新しい収入の機会が開けます。ここでは、変動の激しい電気料金が、スポット市場に影響します。ストレージシステムは、料金が低いときに風力発電電力を吸収し、一時的に生じるピーク負荷の場合に、高い価格で再度解放します。この経済モデルは明らかに金銭的な動機によるものですが、発電とエネルギー消費を、ストレージシステムによって時間的に分離できることを示しています。そのためこのデカップリングにより、All Electric Societyへの過程でセクターカップリングの新しい機会がもたらされます。
フエニックス・コンタクトは、これに対して、風力タービン発電機の装置向けに、すぐに設置できる部分的アプリケーションまで、現在すでに準備されているソリューションを提供します。機能範囲は、現在と将来の通信規格の組込みを含めた、クラウドアプリケーションまで広がります。オープンなPLCnext controlプラットフォームは個々の要件を簡単に満たすことができるため、ここで重要な役割を果たします。これにはIoTベースのビジネスモデルも含まれます。これらは、クラウドベースのサービスとデータベースでサポートされる情報処理に関して必要です。ハードウェアレベルでは、とりわけ給電管理向けの完全なソリューションが使用されます。幅広いシステムは、例えばあらゆる断面積のパワーエレクトロニクス向けの接続ソリューションを備えています。さらにフエニックス・コンタクトは、ネットワーク監視向けに準備されたアプリケーションを提供します。必須:高性能の雷保護用アレスタによる、落雷に対する効果的で信頼性の高い保護。
再生可能ハイブリッド発電所
「現在、当社の全製品ラインアップにより、幸いなことにエンジニアリングまで、産業用システムで風力発電基地の再活性化をサポートすることができます。この方法で、セクターカップリングの重要な基盤を作り上げています」と、Dr. Rüdiger Meyerがまとめます。エネルギー貯蔵システムで風力発電基地をアップグレードすることで、エネルギー生成のための再生可能なシステムが、再生可能なハイブリッド発電所になります。つまり、発電所とエネルギー貯蔵システムが1か所に集約されることになります。Dr. Rüdiger Meyerは「バッテリーストレージシステムは、ピーク負荷発電所に代わる非常に使いやすい代替手段です。特に、バッテリーストレージシステムは最初に起動する必要がなく、電力をミリ秒以内に供給することができます。」