Акумулятор як функціональний підсилювач для старих вітропарків Phoenix Contact використовує відкриту технологію керування, щоб подолати розрив між виробництвом електроенергії, її зберіганням і подальшим використанням.

Акумулятор поряд із вітроенергетичними установками та сонячними панелями

Анотація

Коли дме свіжий вітерець, всі оператори вітроенергетичних установок радіють прибуткам, яку вони отримують завдяки силі вітру. Коли вітер вщухає, нічого не обертається — навіть якщо попит на електричну енергію залишається. І саме тут відновлювані джерела енергії стають проблемою, оскільки вони не здатні самостійно забезпечити базове навантаження. Однак це зміниться щонайпізніше тоді, коли парки отримають власне сховище. Системи акумуляторів дають вітропаркам реальний функціональний імпульс з погляду економічної ефективності, надійності постачання та якості мережі. Щоб старі системи довше залишалися у мережі, їх, зокрема, можна ефективно обладнати акумуляторами на періоди, коли на них не поширюються субсидії. Phoenix Contact підтримує цей розвиток за допомогою модульних систем для встановлення пристрою накопичення енергії.

Завдяки виробництву 125,3 млрд кВт⋅год вітроенергетика є найважливішим джерелом в енергетичному балансі Німеччини.

Поєднання вітрової енергії та накопичувачів для другого життя

Сьогодні 46,2 % валового споживання електроенергії в Німеччині покривається за рахунок відновлюваних джерел. Цифри Федерального агентства з охорони довкілля стосуються 2022 року й описують вітроенергетику як найважливіше джерело в енергетичному балансі з обсягом виробництва 125,3 млрд кВт⋅год. За даними Statista, частка вітроенергетики становила 21,7 %.

На перший погляд, це звучить добре, але це не має затьмарювати той факт, що, за даними Федерального агентства з охорони навколишнього середовища, для досягнення кліматичних цілей необхідні більш швидкі темпи розвитку вітроенергетики. Окрім подальшого розширення, постійно постає питання, що робити зі старими вітроенергетичними установками. Йдеться переважно про вітроенергетичні установки, які були встановлені за рахунок державних субсидій відповідно до Закону про відновлювані джерела енергії, який набув чинності у 2000 році. Як наслідок, першим вітроенергетичним установкам вже добрих 20 років і вони вважаються «виснаженими».

Через втрату державних субсидій оператори стикаються з економічно вмотивованим питанням, чи демонтувати станції, чи просто продовжувати їх експлуатацію. Третій варіант — це переоснащення в поєднанні з промисловими пристроями накопичення енергії. Завдяки цьому буферу старі вітроелектростанції також можуть брати участь у первинному ринку номінальних потужностей. В ідеалі вітропарк і система зберігання об'єднані в загальній точці підключення до мережі. Таким чином створюється резервний блок, який може забезпечити первинну номінальну потужність на основі вашого пристрою накопичення енергії. Це відкриває друге життя для застарілих вітропарків, оскільки поєднання з пристроями накопичення енергії відкриває абсолютно нові бізнес-моделі та моделі використання.

Phoenix Contact підтримує цей розвиток за допомогою модульних систем для встановлення пристроїв накопичення енергії. Компанія також використовує відкриту технологію керування, щоб подолати розрив між виробництвом електроенергії, її зберіганням і подальшим використанням. За цим стоїть мета поєднання секторів, із якою Phoenix Contact продовжує працювати над створенням All Electric Society.

Доктор Рюдігер Маєр — експерт із пристроїв накопичення енергії у Phoenix Contact

Три форми регулювання для підтримки стабільності енергосистеми

Первинна номінальна потужність потрібна для підтримки стабільності електромережі. Звісно, вона не має фізичної можливості зберігати енергію. Отже, між попитом і пропозицією має бути постійний баланс. На сьогодні в енергетиці розрізняють три форми номінальної потужності, які визначає здатність їхнього запиту за часом. Первинна номінальна потужність має бути доступна протягом 30 секунд. Для вторинної потужності залишається п’ять хвилин на резервування, для якого потім також стоїть завдання прийняти естафету від первинної потужності протягом 15 хвилин — щоб вона могла відновитися. Третинне регулювання також відоме як хвилинний резерв потужності. Він також має бути доступний для негативної та позитивної балансувальної енергії протягом 15 хвилин. Електростанції, які можна швидко запустити, зазвичай використовуються для отримання позитивної потужності. Негативних навантажень можна досягти за допомогою великих споживачів, таких як електродугові печі, системи позапікового електроопалення, насосно-акумулювальні електростанції або контрольоване вимкнення вітроенергетичних установок. Всі коротко окреслені заходи переслідують загальну мету — забезпечити стабільність мережі. «Якщо навантаження занадто велике, частота падає. Якщо навантаження падає, вона збільшується. Обох ситуацій слід уникати», — підсумовує д-р Рюдігер Маєр, експерт із застосування пристроїв накопичення енергії компанії Phoenix Contact.

З економічного погляду, легкодоступні газотурбінні електростанції для хвилинного резерву потужності так само неефективні, як і вимкнення вітропарків. З одного боку, електрична енергія виробляється з високими витратами первинної енергії, а з іншого боку, наявна кінетична енергія вітру не використовується. З огляду на цю дилему, д-р Рюдігер Маєр бачить дуже хороші перспективи розвитку, особливо для оснащення наявних вітропарків пристроями накопичення енергії у промислових масштабах. «Якщо ми поєднаємо вітропарки з великими накопичувачами, їх можна буде використовувати для буферизації кривих навантаження в енергосистемі. Завдяки власній системі зберігання вітрові турбіни можуть залишатися на вітрі й виробляти енергію навіть тоді, коли мережа переповнена». У зворотному напрямку енергія може бути отримана із системи зберігання навіть за відсутності вітру. Таким чином, вони також відіграватимуть важливу роль у забезпеченні стабільності мережі.

Згладжування пікових навантажень з одночасним отримання прибутку

І саме тут розвиваються нові сфери діяльності в напрямку «посилення потенціалу», особливо для старих вітропарків. Поєднання з системами зберігання на основі літій-іонних акумуляторів або окислювально-відновлювальних проточних елементів робить цінний внесок у стабільність мережі. Вони також відкривають нові можливості для отримання прибутку для операторів — за рахунок арбітражних операцій. Вирішальне значення тут мають сильні коливання цін на електроенергію на спотовому ринку. Пристрій накопичення акумулює вітрову енергію в періоди низьких тарифів і знову віддає її за вищими цінами під час тимчасових пікових навантажень. Ця економічна модель, безсумнівно, має грошову мотивацію, але показує, що виробництво електроенергії та її споживання можуть бути розв’язані за часом за допомогою систем зберігання. Таким чином, це розв’язування відкриває нові можливості для поєднання секторів на шляху до All Electric Society.

Phoenix Contact вже пропонує готові рішення для цього, зокрема готові до встановлення підсистеми для вітроенергетичних установок. Спектр функцій розширюється аж до хмарних додатків, зокрема до інтеграції поточних і майбутніх стандартів зв'язку. Відкрита платформа керування PLCnext відіграє тут ключову роль, оскільки вона може бути використана для зручного виконання індивідуальних вимог. Це також стосується бізнес-моделей на основі Інтернету речей. Вони необхідні для хмарних сервісів та інформаційних процесів, що підтримуються базами даних. На рівні апаратного забезпечення використовуються, серед іншого, комплексні рішення для керування подачею живлення. Універсальна система пропонує, наприклад, рішення для з'єднання потужної електроніки в будь-якому поперечному перерізі. Phoenix Contact також пропонує готові програми для моніторингу мережі. Обов'язково: ефективний і надійний захист від ударів блискавки за допомогою високоефективних розрядників струму блискавки.

Відновлювані гібридні електростанції

«Завдяки всьому нашому асортименту ми маємо можливість підтримувати переоснащення вітрових електростанцій промисловими пристроями накопичення енергії — аж до інженерного проєктування. Таким чином, ми створюємо важливу основу для поєднання секторів», — підсумовує д-р Рюдігер Маєр. Дооснащення вітропарків пристроями накопичення енергії перетворює їх на гібридні електростанції, тобто виробництво електроенергії та її зберігання в одному місці. Доктор Рюдігер Маєр: «На цьому тлі акумулятори є дуже життєздатною альтернативою для заміни пікових електростанцій, особливо тому, що акумулятори не потрібно довго запускати й вони забезпечують свою потужність протягом мілісекунд».