Fotovoltika + BESS: ako funguje moderný systém zálohovania a riadenia energie

Fotovoltická elektráreň dokáže počas dňa vyrobiť významnú časť elektrickej energie potrebnej pre prevádzku podniku. Jej výroba však závisí od počasia, dennej doby a ročného obdobia.

Spotreba podniku sa pritom často riadi úplne iným profilom.

Práve preto sa fotovoltika čoraz častejšie kombinuje so systémom BESS – Battery Energy Storage System, ktorý umožňuje časť vyrobenej elektrickej energie uložiť a využiť ju neskôr.

Ak je systém správne navrhnutý a riadený prostredníctvom EMS, môže kombinácia fotovoltika + BESS + elektrická sieť vytvoriť flexibilnejšiu energetickú infraštruktúru schopnú reagovať na meniacu sa výrobu, spotrebu aj výpadky napájania.

Prečo samotná fotovoltika nestačí?

Fotovoltika vyrába najviac energie v čase, keď sú podmienky na výrobu priaznivé.

To však neznamená, že podnik práve vtedy spotrebúva najviac elektriny.

Typický priebeh môže vyzerať takto:

• ráno spotreba podniku rastie,
• okolo poludnia fotovoltika dosahuje vysokú výrobu,
• časť energie nemusí byť okamžite využitá,
• popoludní alebo večer výroba klesá,
• spotreba však môže zostať vysoká.

Bez akumulácie musí byť prebytok riešený iným spôsobom a neskoršia spotreba sa opäť pokrýva zo siete.

BESS umožňuje časť tejto časovej nerovnováhy vyrovnať.

Ako funguje kombinácia fotovoltiky a BESS?

Počas obdobia, keď fotovoltická elektráreň vyrába viac energie, než podnik aktuálne potrebuje, môže EMS rozhodnúť o nabíjaní batériového úložiska.

Energia zostáva uložená v BESS a môže byť využitá neskôr.

Napríklad:

Fotovoltika → spotreba podniku → prebytok → BESS

Keď výroba z fotovoltiky klesne, uložená energia môže smerovať späť do podnikovej siete:

BESS → spotreba podniku

Podľa konfigurácie systému môže byť súčasťou energetického toku aj distribučná sieť, generátor alebo ďalší lokálny zdroj.

Vyššie využitie vlastnej fotovoltickej energie

Jedným z hlavných prínosov kombinácie fotovoltiky a BESS je zvýšenie vlastnej spotreby lokálne vyrobenej energie.

Bez akumulácie je podnik schopný priamo využiť iba tú časť fotovoltickej výroby, ktorá vzniká v rovnakom čase ako spotreba.

BESS umožňuje časť energie presunúť v čase.

To môže pomôcť:

• zvýšiť podiel vlastnej spotreby fotovoltickej energie,
• znížiť množstvo energie odoberanej zo siete v inom čase,
• efektívnejšie využívať existujúcu fotovoltickú elektráreň.

Konkrétny ekonomický efekt však vždy závisí od spotrebného profilu, spôsobu využívania BESS, taríf a ďalších podmienok konkrétneho odberného miesta.

Pokrytie výkonových špičiek

BESS môže byť využívaný aj na peak shaving, teda znižovanie krátkodobých výkonových špičiek.

Ak sa v podniku naraz spustí niekoľko výkonovo náročných zariadení, môže okamžitý odber prudko narásť.

Batériový systém môže časť potrebného výkonu dočasne dodať z uložených zásob.

To môže pomôcť najmä pri:

• veľkých motoroch,
• kompresoroch,
• technologických linkách,
• chladiacich zariadeniach,
• elektrických peciach,
• vysokovýkonnom nabíjaní elektromobilov.

BESS tak nemusí slúžiť iba ako zásobník energie, ale aj ako nástroj na aktívne riadenie výkonu.

Čo sa deje pri výpadku siete?

Jednou z najčastejších otázok je, či môže kombinácia fotovoltiky a BESS zabezpečiť prevádzku podniku pri výpadku distribučnej siete.

Môže — ale iba vtedy, ak je systém od začiatku navrhnutý na záložnú alebo ostrovnú prevádzku.

Samotná prítomnosť fotovoltiky a batérie automaticky neznamená, že objekt zostane pri výpadku napájaný.

Je potrebné vyriešiť:

• bezpečné odpojenie od distribučnej siete,
• vytvorenie lokálnej elektrickej siete,
• riadenie frekvencie a napätia,
• prepínanie prevádzkových režimov,
• výber kritických spotrebičov,
• dostupný výkon BESS,
• požadovaný čas zálohovania.

Práve tieto parametre rozhodujú o tom, čo bude systém pri výpadku schopný reálne napájať.

Nie všetko musí zostať zapnuté

Pri návrhu záložného systému je často ekonomicky aj technicky nevhodné dimenzovať BESS na celý podnik.

Dôležitejšie je určiť kritické spotrebiče.

Môžu medzi ne patriť napríklad:

• riadiace systémy,
• servery a komunikačná infraštruktúra,
• bezpečnostné systémy,
• čerpadlá,
• vybrané výrobné zariadenia,
• núdzové osvetlenie,
• technologické zariadenia, ktoré nemožno náhle odstaviť.

Na základe ich výkonu a požadovaného času prevádzky sa následne určuje potrebná kapacita BESS.

Výkon a kapacita BESS musia byť navrhnuté samostatne

Pri návrhu batériového systému je potrebné pracovať minimálne s dvoma základnými parametrami.

Výkon – kW alebo MW

Určuje, koľko výkonu dokáže BESS v jednom okamihu poskytnúť.

Kapacita – kWh alebo MWh

Určuje, ako dlho dokáže daný výkon poskytovať.

Podnik, ktorý potrebuje pokryť krátku výkonovú špičku, môže potrebovať vysoký výkon a relatívne menšiu kapacitu.

Naopak, pri niekoľkohodinovom zálohovaní kritických spotrebičov môže byť požiadavka na kapacitu výrazne vyššia.

Preto nemožno vybrať vhodný BESS iba podľa jedného čísla z katalógu.

EMS: mozog celého systému

Riadenie energetických tokov zabezpečuje EMS – Energy Management System.

EMS môže v reálnom čase monitorovať:

• výrobu fotovoltickej elektrárne,
• aktuálnu spotrebu podniku,
• stav nabitia BESS,
• odber alebo dodávku do siete,
• výkon jednotlivých zdrojov,
• stav generátorov,
• dostupné prevádzkové rezervy.

Na základe nastavenej stratégie systém rozhoduje, čo má v danom okamihu prioritu.

Napríklad:

1. napájať aktuálnu spotrebu z fotovoltiky,
2. uložiť prebytok do BESS,
3. využiť BESS pri výkonovej špičke,
4. zachovať definovanú rezervu pre prípad výpadku,
5. pri nedostatku energie doplniť výkon zo siete alebo ďalšieho zdroja.

BESS, fotovoltika a generátor v jednom systéme

V komplexnejších prevádzkach nemusí energetický systém pozostávať iba z fotovoltiky, BESS a verejnej siete.

Súčasťou môžu byť aj:

• kogeneračné alebo generátorové jednotky,
• dieselgenerátory,
• ďalšie lokálne zdroje,
• viacero transformátorov,
• rôzne úrovne distribúcie.

V takom prípade je potrebné zabezpečiť, aby jednotlivé zdroje navzájom spolupracovali.

EMS/SCADA môže koordinovať ich prevádzku podľa aktuálnej situácie a nastavenej priority.

Ako môže vyzerať prevádzka počas bežného dňa?

Predstavme si výrobný podnik s fotovoltikou a BESS.

Ráno

Spotreba rastie, výroba z fotovoltiky sa postupne zvyšuje.

Energia zo siete dopĺňa rozdiel medzi výrobou a spotrebou.

Poludnie

Fotovoltika vyrába viac energie, než podnik aktuálne spotrebuje.

EMS smeruje prebytok do batériového úložiska.

Popoludňajšia špička

Spotreba prudko narastie.

Časť výkonu poskytne BESS a zníži tak okamžité zaťaženie zo siete.

Večer

Výroba fotovoltiky klesá.

Podľa zvolenej stratégie môže podnik využívať časť energie uloženej v BESS.

Výpadok distribučnej siete

Ak je systém navrhnutý na ostrovnú prevádzku, automatika oddelí objekt alebo vybranú časť od verejnej siete a zabezpečí napájanie definovaných kritických spotrebičov.

Prechod do ostrovnej prevádzky musí byť súčasťou návrhu

Jednou z technicky najdôležitejších častí projektu je spôsob, akým systém reaguje na výpadok siete.

Automatika musí bezpečne rozpoznať poruchový stav a následne vykonať definovanú sekvenciu.

Môže ísť napríklad o:

detekcia výpadku → oddelenie od siete → odpojenie nekritických spotrebičov → aktivácia lokálnych zdrojov → stabilizácia ostrovnej siete

Po obnovení verejnej siete je potrebný opačný proces a bezpečná synchronizácia podľa architektúry konkrétneho riešenia.

Takéto funkcie musia byť navrhnuté vopred a následne overené počas uvádzania systému do prevádzky.

SCADA poskytuje operátorovi celý energetický obraz

EMS rozhoduje, ako systém pracuje. SCADA poskytuje ľuďom prehľad o tom, čo sa v energetickom systéme deje.

Operátor môže sledovať napríklad:

• aktuálny tok energie,
• výrobu fotovoltiky,
• výkon BESS,
• stav batérií,
• odber zo siete,
• aktívne alarmy,
• historické trendy,
• stav jednotlivých zdrojov.

Výhodou je, že energetický systém už nie je súborom samostatných zariadení s vlastnými displejmi.

Vzniká jeden spoločný systém riadenia a monitoringu.

Prečo nestačí iba kúpiť fotovoltiku a batériu?

Najväčšou chybou je vnímať projekt ako nákup dvoch samostatných zariadení.

Aby systém fungoval správne, je potrebné vyriešiť:

• analýzu spotreby,
• profil fotovoltickej výroby,
• výkon a kapacitu BESS,
• výkon kritických spotrebičov,
• dobu požadovaného zálohovania,
• elektrickú schému,
• ochrany,
• automatiku,
• komunikačné rozhrania,
• EMS logiku,
• ostrovnú prevádzku,
• spôsob návratu do normálneho režimu.

Práve správne nastavenie vzťahov medzi týmito časťami rozhoduje o reálnej kvalite výsledku.

INFOCOM: od energetického auditu po spoločnú EMS/SCADA platformu

INFOCOM pristupuje k projektom fotovoltiky a BESS ako ku komplexnému systému energetického riadenia.

Projekt môže zahŕňať:

• analýzu existujúcej elektrickej infraštruktúry,
• vyhodnotenie spotrebných profilov,
• návrh architektúry systému,
• dimenzovanie BESS,
• definovanie kritických spotrebičov,
• návrh riadiacich algoritmov,
• integráciu lokálnych zdrojov,
• prepojenie s EMS a SCADA,
• podporu pri uvedení systému do prevádzky.

Do spoločnej platformy je možné podľa konkrétneho projektu integrovať fotovoltiku, BESS, generátorové alebo kogeneračné jednotky, dieselgenerátory aj verejnú elektrickú sieť.

Cieľom nie je iba vyrábať alebo ukladať energiu

Moderná energetická infraštruktúra musí vedieť reagovať na meniace sa podmienky.

Niekedy je prioritou maximálne využitie fotovoltiky. Inokedy obmedzenie výkonovej špičky. V ďalšom okamihu môže byť najdôležitejšie zachovať energiu v batérii ako rezervu.

Preto je rozhodujúca nielen technológia, ale aj spôsob jej riadenia.

Fotovoltika + BESS + EMS/SCADA vytvárajú systém, ktorý dokáže energiu vyrábať, ukladať, distribuovať a riadiť podľa aktuálnych potrieb podniku.

A práve to je rozdiel medzi jednoduchou inštaláciou technológie a skutočne riadenou energetickou infraštruktúrou.