Аккумуляторные накопители в качестве функционального ускорителя для старых ветропарков Phoenix Contact использует открытую систему управления для устранения разрыва между выработкой электроэнергии, хранением и ее дальнейшим использованием.

Аккумуляторные накопители рядом с ветряными колесами и солнечными панелями

Краткое резюме

Когда дует свежий ветер, все операторы ветросиловых установок радуются прибыли, которую они получают от силы ветра. Если ветер стихает, ничего не вращается - даже если спрос на электроэнергию сохраняется. Именно в этом и заключается проблема возобновляемых источников энергии, поскольку они не способны сами по себе обеспечить базовую нагрузку. Однако все изменится, когда парки получат собственное хранилище. Аккумуляторные накопители дают ветропаркам реальный функциональный толчок с точки зрения экономической эффективности, надежности поставок и качества сети. Для того чтобы они дольше оставались подключенными к сети, старые системы, в частности, могут быть эффективно оснащены системами хранения энергии вне периода субсидирования. Phoenix Contact поддерживает это развитие, предлагая модульные системы для установки энергоаккумуляторов.

Энергия ветра, дающая 125,3 миллиарда кВт/ч, является самым важным источником в энергетическом балансе Германии.

Сочетание энергии ветра и накопителей для второй жизни

Сегодня 46,2 % валового потребления электроэнергии в Германии покрывается за счет возобновляемых источников. По данным Федерального агентства по охране окружающей среды, энергия ветра является важнейшим источником в 2022 году и составляет 125,3 миллиарда кВт/ч. По данным Statista, доля энергии ветра составляла 21,7 %.

Поначалу это звучит неплохо, но не стоит замалчивать тот факт, что, по мнению Федерального агентства по охране окружающей среды, для достижения климатических целей необходимо ускорить темпы развития ветроэнергетики. Помимо дальнейшего расширения, постоянно возникает вопрос о том, как поступать со старыми ветросиловыми установками (ВСУ). В основном это ветросиловые установки, которые были установлены за счет государственных субсидий в соответствии с Законом о возобновляемых источниках энергии (EEG), вступившим в силу в 2000 году. В результате первым ВСУ уже около 20 лет, и они считаются «выведенными из субсидий».

В связи с потерей государственных субсидий перед операторами встал экономически обоснованный вопрос: демонтировать станции или просто продолжать их эксплуатацию. Третий вариант - переоборудование и использование с промышленными энергоаккумуляторами. Благодаря этому буферу старые ветропарки также могут участвовать на рынке мощностей первичного регулирования. В идеале ветропарк и система хранения объединяются в общей точке подключения к сети. Таким образом, создается резервный блок, который может обеспечивать мощность первичного регулирования за счет энергоаккумулятора. Это открывает вторую жизнь для устаревших ветропарков, поскольку сочетание с энергоаккумуляторами открывает совершенно новые бизнес-модели и модели использования.

Phoenix Contact поддерживает это развитие, предлагая модульные системы для установки энергоаккумуляторов. Компания также использует открытую систему управления, чтобы сократить разрыв между выработкой электроэнергии, хранением и ее дальнейшим использованием. За этим стоит цель объединения секторов, с которой Phoenix Contact продолжает работать над All Electric Society.

Д-р Рюдигер Мейер - эксперт по энергоаккумуляторам компании Phoenix Contact

Три формы регулировочной мощности для поддержания стабильности сети

Мощность первичного регулирования необходима для поддержания стабильности электросети. Естественно, у нее нет физической возможности накапливать энергию. Следовательно, необходимо постоянно поддерживать баланс между спросом и предложением. На данный момент в энергетике различают три формы мощности регулирования, которые определяются способностью быть востребованными с течением времени. Мощность первичного регулирования должна быть доступна в течение 30 секунд. Мощность вторичного регулирования имеет резерв в пять минут, задача которого принять эстафету у мощности первичного регулирования в течение 15 минут - так, чтобы она успела восстановиться. Третичное регулирование также известно как минутная резервная мощность. Она также должна быть доступна для отрицательной и положительной регулирующей энергии в течение 15 минут. Электростанции, которые можно быстро запустить, обычно используются для получения положительных мощностей. Отрицательные нагрузки могут быть достигнуты при использовании крупных потребителей, таких как дуговые электропечи, ночные нагреватели, насосные станции или в результате контролируемого отключения ветросиловых установок. Все кратко описанные меры преследуют общую цель - обеспечить стабильность сети. «Если нагрузка слишком велика, частота падает. При снятии нагрузки частота увеличивается. Необходимо избегать обоих случаев», - резюмирует д-р Рюдигер Мейер, эксперт по применению энергоаккумуляторов компании Phoenix Contact.

С экономической точки зрения быстро доступные газотурбинные электростанции так же неэффективны в качестве минутной резервной мощности, как и отключение ветропарков. С одной стороны, электрическая энергия вырабатывается при больших затратах первичной энергии, а с другой стороны, имеющаяся кинетическая энергия ветра не используется. Учитывая эту дилемму, д-р Рюдигер Майер видит очень хорошие перспективы развития, особенно в плане оснащения существующих ветропарков энергоаккумуляторами в промышленных масштабах. «Если объединить ветропарки с крупными хранилищами, то их можно использовать для буферизации кривых нагрузки в сети. Благодаря собственной системе хранения ветряные турбины могут оставаться на ветру и вырабатывать энергию, даже когда сеть переполнена». В обратном направлении, электроэнергия может быть получена из системы хранения даже при отсутствии ветра. Таким образом, установки будут играть важную роль в обеспечении стабильности сети.

Сглаживание пиковых нагрузок и заработок при этом

И именно в этот момент развиваются новые направления по модернизации старых ветропарков. Сочетание с системами хранения на основе литий-ионных аккумуляторов или окислительно-восстановительных элементов вносит ценный вклад в стабильность сети. Они также открывают новые возможности получения прибыли для операторов - за счет арбитражных сделок. Здесь сказываются сильные колебания цен на электроэнергию на спотовом рынке. Хранилище поглощает энергию ветра в периоды низких тарифов, а во время временных пиковых нагрузок отдает ее по более высоким ценам. Эта экономическая модель, несомненно, имеет денежную мотивацию, но показывает, что выработку и потребление электроэнергии можно разделить во времени с помощью систем хранения. Таким образом, такое разделение открывает новые возможности для объединения секторов на пути к All Electric Society.

Phoenix Contact уже предлагает готовые решения для этого, включая готовые к установке субприложения для ветросиловых установок. Диапазон функций простирается вплоть до облачных приложений, включая интеграцию современных и будущих стандартов связи. Открытая платформа управления PLCnext играет здесь ключевую роль, поскольку с ее помощью можно удобно реализовать индивидуальные требования. Сюда же относятся бизнес-модели на основе IoT. Они необходимы для облачных сервисов и информационных процессов, основанных на базах данных. На уровне аппаратного обеспечения используются, в частности, комплексные решения для менеджмента электропитания. Широкая система предлагает решения для подключения силовой электроники любого сечения, например. Phoenix Contact также предлагает готовые приложения для мониторинга сети. Обязательно: эффективная и надежная защита от ударов молнии с помощью высокопроизводительных разрядников тока молнии.

Гибридные электростанции для возобновляемых источников энергии

«Благодаря всему нашему ассортименту мы имеем возможность оказывать поддержку в модернизации ветропарков с помощью промышленных энергоаккумуляторов - вплоть до инжиниринга. Таким образом, мы создаем необходимую основу для объединения секторов», - резюмирует д-р Рюдигер Майер. Модернизация ветропарков с помощью энергоаккумуляторов превращает станции по выработке возобновляемой энергии в гибридные электростанции, т.е. выработка электроэнергии и накопление энергии в одном месте. Д-р Рюдигер Мейер: «На этом фоне аккумуляторные накопители являются очень жизнеспособной альтернативой для замены электростанций, работающих с пиковой нагрузкой, особенно потому, что аккумуляторные накопители не требуют предварительного запуска и они выдают энергию в течение миллисекунд».