Ostatnie lata przyniosły nowe wyzwania w elektroenergetyce. Bardzo często zły stan sieci przesyłowych lub jej ograniczona obciążalność wynikająca z warunków zwarciowych bądź stabilności napięciowej, poważnie zmniejsza możliwość przyłączenia nowych mocy. Z drugiej strony unijni prawodawcy nakładają nowe zobowiązania w zakresie polityki klimatycznej, polegające na zwiększeniu udziału OZE w bilansie energetycznym. Odpowiedzią na to wyzwanie jest ciągły i dynamiczny rozwój rynku magazynowania energii elektrycznej.
Rys. 1. Stacja SPS wraz z ładowarką do samochodów elektrycznych
Rys. 2. Pierwsza Inteligentna Stacja Transformatorowa (SPS) we Włoszczowie
Elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne bardzo wyraźnie zaznaczają swoją obecność w europejskim i polskim krajobrazie. Stale obserwujemy wzrost podaży energii elektrycznej, która wytwarzana jest z „zielonych” źródeł. Zauważamy także, że nie pokrywa się ona czasowo z zapotrzebowaniem na nią. Jednocześnie musimy być gotowi na rozwój elektromobilności. Biorąc pod uwagę szacowany wzrost liczby noworejestrowanych pojazdów elektrycznych pojawia się pytanie, czy wraz z tym trendem nadąży proces rozbudowy infrastruktury dystrybucyjnej. Nie tylko pesymiści dostrzegają tutaj zagrożenia dla bezpieczeństwa energetycznego kraju.
Magazynowanie energii, jako środek poprawy efektywności gospodarowaniem energii jest wykorzystywane od dawna, czego przykładem mogą być elektrownie szczytowo-pompowe, ale szczególnie dynamiczny rozwój technologii ogniw elektrochemicznych ostatnich lat daje możliwości budowania magazynów mniejszych, tańszych, co stwarza nowe możliwości w zakresie rozwoju i lepszego wykorzystania istniejących systemów rozdzielczych.
Odpowiedź ZPUE S.A.
Odpowiedzią na problemy dzisiejszej energetyki może być SPS – pierwsze w Polsce, tego rodzaju połączenie inteligentnej stacji transformatorowej z magazynem energii, przyłączami ze źródeł OZE oraz ładowarkami pojazdów elektrycznych, które zostało uruchomione we wrześniu b.r. przy głównym zakładzie produkcyjnym ZPUE we Włoszczowie. Jest to w pełni funkcjonalny system, nie tylko obiekt badawczy, na bieżąco testowany oraz wzbogacany o nowe funkcjonalności.
Rozwiązanie to integruje funkcje zdalnie zarządzanej, rozdzielczo-dystrybucyjnej stacji transformatorowej, pracującej w systemie Smart Grid z dwukierunkowym inwerterem (ładowanie / oddawanie energii) współpracującym z magazynem energii, jednocześnie zapewniając możliwość ładowania pojazdów elektrycznych.
Uzupełnieniem systemu jest możliwość zasilania magazynu energii lub odbiorców bezpośrednio ze źródeł odnawialnych, np. farm fotowoltaicznych czy wiatrowych.
Całość została tak zaprojektowana, aby poszczególne elementy składowe mogły tworzyć niezależne instalacje lub pracować wspólnie, jako jeden zaawansowany system skutecznie wpływający na poprawę niezawodności zasilania obiektów elektroenergetycznych, optymalizujący zapotrzebowanie na energię elektryczną i związane z tym nakłady finansowe.
Rys. 3. System SCADA SPS Przykładowe funkcjonalności
Bezpieczeństwo i najwyższa jakość
Jedną z podstawowych funkcjonalności jaką gwarantuje nam stacja SPS to stabilizacja parametrów sieci elektroenergetycznej, poprawa niezawodności zasilania, ale również likwidacja nierównomierności obciążenia, spadków napięć i częstotliwości oraz wygładzanie krzywej przebiegu obciążenia dobowego.
Jeden z podstawowych elementów wyposażenia stacji – magazyn energii, został zabudowany w części podziemnej. Taka lokalizacja zapewnia optymalną stabilizację temperatury jego pracy, bez konieczności stosowania rozbudowanej klimatyzacji czy ogrzewania. Sam system magazynowania energii to technologia litowo-jonowa, gwarantująca żywotność na poziomie 5000 cykli, co ze względu na charakter instalacji oraz sposób zabudowy przekłada się na okres użytkowania nawet do 20 lat. Na szczególną uwagę zasługuje inwerter dwukierunkowy współpracujący z magazynem energii, którego konstrukcja umożliwia niezależną regulację parametrów w każdej fazie, co sprawdza się szczególnie w niesymetrycznie obciążonych sieciach nN. Takie rozwiązanie w znaczący sposób wpływa na poprawę jakości energii elektrycznej (możliwa np. bezstopniowa regulacja mocy biernej) oraz przyczynia się do obniżenia kosztów jej zakupu.
Zintegrowany ze stacją magazyn energii w znaczący sposób wpływa na poprawę bezpieczeństwa zasilania obiektów użyteczności publicznej, szpitali jak również ciągłości procesów technologicznych w zakładach przemysłowych. Z powodzeniem może być alternatywą dla rozproszonych systemów UPS czy agregatów prądotwórczych.
Inteligencja i Elastyczność
Stacja przystosowana jest zarówno do zdalnego monitorowania i sterownia w systemie Smart Grid, jak również współpracy z systemami dyspozytorskimi SCADA. Nad prawidłową jej pracą czuwa jeden zintegrowany system, odpowiedzialny m.in. za współpracę magazynu energii z siecią dystrybucyjną, generacją OZE czy ładowaniem pojazdów elektrycznych.
Kolejnym, ważnym elementem wyposażenia stacji SPS jest ładowarka DC, która może współpracować z dwoma niezależnymi terminalami ładowania. Szybkie ładowanie pojazdów elektrycznych prądem stałym DC możliwe jest w dwóch standardach – CCS Typ 2 oraz CHAdeMO. Dodatkowo terminal został wyposażony w półszybką ładowarkę prądu przemiennego AC.
Elastyczna, modułowa i skalowalna konfiguracja oraz nowoczesny design pozwalają na optymalny dobór funkcjonalności dopasowany do indywidualnych potrzeb klienta oraz umożliwiają adaptację stacji do warunków architektonicznych w miejscu jej instalowania.
Zdj. 4. Podgląd na żywo stacji SPS podczas Targów ENERGETAB w Bielsku Białej
Ekonomia, dodatkowe korzyści
Kolejną z funkcjonalności skutecznie wpływającą na obniżenie rachunków za energię oraz optymalizującą zapotrzebowanie na energię elektryczną jest możliwość magazynowania jej z sieci dystrybucyjnej np. w tańszej taryfie (dolinie nocnej) lub ze źródeł OZE z możliwością korzystania poza czasem generacji lub w szczycie energetycznym (droższa taryfa).
Zintegrowanie opisanych systemów i funkcjonalności w jednej inteligentnej stacji SPS to nie tylko korzyści z punktu widzenia energetycznego, ale również budowlanego. Dwupoziomowa konstrukcja stacji (magazyn energii umieszczony w części podziemnej), to minimalizacja powierzchni zabudowy co staje się koniecznością w wysoko zurbanizowanych centrach dużych miast gdzie dodatkowym problemem może być brak możliwości podłączenia ładowarek do pojazdów elektrycznych o wymaganej mocy.
Podsumowanie
SPS to nowoczesna stacja zasilająca SN/nN zintegrowana z magazynem energii, co stwarza możliwości: wyrównywania krzywej obciążenia, łagodzenia fluktuacji częstotliwości, stwarza możliwość, przyłączenia większej ilości OZE, zwiększa zdolności regulacyjne systemu. Dodatkowo SPS prowadzi do zwiększenia udziału energetyki odnawialnej w bilansie energetycznym kraju i tym samym przyczynia się do zmniejszenia wskaźnika emisji CO2.
Skalowalna oraz elastyczna konstrukcja stwarza możliwości dostosowania stacji do różnych wymagań klienta, a rozwój technologii spowoduje z pewnością wzbogacanie jej o nowe funkcjonalności wpływające na poprawę parametrów systemu elektroenergetycznego.
Zdj. 5. SPS na tle Głównej Siedziby ZPUE S.A.
