Μια Ολοκληρωμένη Λύση Ηλιακής, Αιολικής, Συσσωρευτών, Συμπαραγωγής Θερμότητας και Ηλεκτρισμού (CHP) και Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας (EMS) για Βιομηχανικές και Κατοικηματικές Εφαρμογές
Η Βαλένθια διαθέτει ισχυρό ηλιακό δυναμικό, αλλά ένα πρακτικό μικροδίκτυο πρέπει επίσης να αντιμετωπίζει τη ζήτηση το βράδυ, τις διακυμάνσεις των τιμών ηλεκτρικού ρεύματος, τους περιορισμένους αιολικούς πόρους, τις ανάγκες θέρμανσης και ζεστού νερού, τις διακοπές του δικτύου και τους περιορισμούς θορύβου σε κατοικηματικές περιοχές. Ένα ολοκληρωμένο σύστημα που συνδυάζει φωτοβολταϊκά (PV), αποθήκευση ενέργειας σε συσσωρευτές, αιολική ενέργεια, γεννήτρια CHP με πετρέλαιο, το δημόσιο δίκτυο και ένα Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας (EMS) μπορεί να ισορροπήσει αυτές τις ανάγκες.
1. Τα Ενεργειακά Προβλήματα που Ίσως Δεν Βλέπετε Μέχρι να Τρέξει το Σύστημα
Η πραγματική πρόκληση δεν είναι απλώς πόση ανανεώσιμη ενέργεια μπορεί να παράγει ένας τοποθεσία. Είναι κατά πόσον η παραγωγή συμπίπτει με τη χρονική στιγμή, το κόστος και τον τύπο της ζήτησης. Ένα σύστημα μπορεί να παράγει επαρκή ενέργεια σε ετήσια βάση και παρόλα αυτά να αντιμετωπίζει δυσκολίες με τις απαιτήσεις το βράδυ, τη θέρμανση, το ζεστό νερό ή τις διακοπές.
Υψηλό και μεταβλητό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας
Το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να διαφέρει σημαντικά ανάλογα με την ώρα της ημέρας. Αυτό καθιστά τη μετατόπιση ενέργειας επωφελή: οι μπαταρίες αποθήκευσης μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια χαμηλού κόστους και να μειώνουν τις αγορές από το δίκτυο όταν η ηλεκτρική ενέργεια είναι ακριβότερη.
Αναφορά Τιμών Ηλεκτρικής Ενέργειας Ανά Χρονική Περίοδο
Οι παρακάτω τιμές είναι ενδεικτικές για την ανάλυση του έργου. Τα πραγματικά κόστη του πελάτη εξαρτώνται από τη σύμβαση ηλεκτρικής ενέργειας, τις συνθήκες της αγοράς και τα εφαρμόσιμα τέλη.
|
Εργάσιμη ημέρα Χρονική Περίοδος / Συνθήκη
|
Εύρος τιμών
|
Τυπική Ανταπόκριση του Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας (EMS)
|
|
00:00–08:00
Εκτός Αιχμής (χαμηλότερη τιμή)
|
Περίπου 0,02–0,04 €/kWh
|
Φόρτιση του Συστήματος Αποθήκευσης Ενέργειας (ESS) με ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο χαμηλού κόστους, όταν είναι οικονομικά συμφέρουσα· χρήση διαθέσιμης αιολικής ενέργειας.
|
|
08:00–10:00
Περίοδος ώμου / χαμηλής τιμής
|
Περίπου 0,04–0,08 €/kWh
|
Χρησιμοποιήστε την ηλιακή ενέργεια για τις τοπικές ανάγκες· χρησιμοποιήστε το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) επιλεκτικά· το δίκτυο καλύπτει οποιοδήποτε υπόλοιπο έλλειμμα.
|
|
10:00–14:00
Αιχμή (υψηλή τιμή)
|
Περίπου 0,20–0,35 €/kWh
|
Εκφόρτωση του ESS για μείωση των αγορών αιχμής από το δίκτυο· χρήση ηλιακής ενέργειας για τις τοπικές ανάγκες· εξαγωγή μόνο όταν είναι οικονομικά ενδεδειγμένη.
|
|
14:00–18:00
Περίοδος ώμου / χαμηλής τιμής
|
Περίπου 0,04–0,08 €/kWh
|
Συνέχιση της αυτοκατανάλωσης ανανεώσιμης ενέργειας και διαχείριση του ESS βάσει του βαθμού φόρτισης και της προβλεπόμενης ζήτησης αιχμής.
|
|
18:00–22:00
Αιχμή (υψηλή τιμή)
|
Περίπου 0,20–0,35 €/kWh
|
Εκφόρτωση του ESS· χρήση του συστήματος συμπαραγωγής (CHP) μόνο όταν η παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές και η αποθήκευση δεν μπορούν να καλύψουν τις κρίσιμες ανάγκες.
|
|
22:00–24:00
Περίοδος ώμου / χαμηλής τιμής
|
Περίπου 0,04–0,08 €/kWh
|
Ισορροπία της υπόλοιπης χωρητικότητας του ESS, της διαθεσιμότητας ανέμου κατά τη νύχτα και των ενεργειακών αναγκών της επόμενης ημέρας.
|
|
Περίοδος αρνητικής τιμής (ειδική κατάσταση) 11:00–16:00
|
Αρνητική τιμή· Πώληση πλεονάσματος ηλεκτρικής ενέργειας με ζημία
|
Προτεραιότητα στην τοπική χρήση και τη φόρτιση του ESS· αποφυγή αναγκαίας εξαγωγής και περιορισμός της παραγωγής όταν απαιτείται.
|
Οι περίοδοι αρνητικής τιμής μπορεί να συμπίπτουν με τις κανονικές ημερήσιες περιόδους τιμολόγησης, αντί να σχηματίζουν ξεχωριστή ημερήσια ζώνη. Τα Σαββατοκύριακα και οι επίσημες αργίες μπορούν επίσης να έχουν διαφορετικές συνθήκες τιμολόγησης.
Η ηλιακή ενέργεια δεν καλύπτει τη ζήτηση κάθε ώρα
Η Βαλένθια διαθέτει ισχυρούς ηλιακούς πόρους, με ετήσια ηλιακή ακτινοβολία περίπου 1.600–1.700 kWh/m² και εκτιμώμενη παραγωγή φωτοβολταϊκών περίπου 1.600 kWh/kWp σε βέλτιστη κλίση περίπου 38°. Ωστόσο, η παραγωγή φωτοβολταϊκών μηδενίζεται μετά το ηλιοβασίλεμα, ενώ πολλές καταναλώσεις συνεχίζονται. Η αποθήκευση σε μπαταρίες διαδραματίζει συνεπώς σημαντικό ρόλο στη μετατόπιση της ημερήσιας παραγωγής.
Οι χαμηλές ταχύτητες ανέμου περιορίζουν το ρόλο της αιολικής ενέργειας
Η μέση ταχύτητα ανέμου είναι περίπου 3 m/s, οπότε ο άνεμος είναι καλύτερο να θεωρείται συμπληρωματική πηγή παρά κύρια πηγή παραγωγής. Οι ισχυρότεροι ανεμοι τη νύχτα μπορούν να παρέχουν χρήσιμη παραγωγή όταν η ηλιακή παραγωγή δεν είναι διαθέσιμη.
Η ζήτηση για θέρμανση και ζεστό νερό δημιουργεί μια δεύτερη ενεργειακή πρόκληση
Ένας πετρελαιοκινητήρας συνήθως αποβάλλει σημαντική θερμότητα μέσω των συστημάτων ψύξης και εξάτμισής του. Η ανάκτηση συνδυασμένης παραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (CHP) μπορεί να μετατρέψει τη θερμότητα του υγρού ψύξης (jacket-water) και της εξάτμισης περίπου 450°C σε χρήσιμη θέρμανση, ζεστό νερό χρήσης ή βιομηχανική θερμότητα.
Η αστάθεια του ηλεκτρικού δικτύου μπορεί να μετατρέψει ένα πρόβλημα ηλεκτρικής ενέργειας σε πρόβλημα συνέχειας λειτουργίας
Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μειώνουν την εξάρτηση από το δίκτυο, αλλά παραμένουν μεταβλητές. Οι κρίσιμες επιβαρύνσεις απαιτούν υποστήριξη μπαταριών, δυνατότητα λειτουργίας ως αυτόνομο δίκτυο (islanding) και μια ελεγχόμενη πηγή παραγωγής. Η παραγωγή ηλεκτρισμού με πετρελαιοκινητήρα CHP μπορεί να παρέχει αυτό το ελεγχόμενο επίπεδο αντιστάθμισης.
Ο θόρυβος μπορεί να αποτελέσει περιορισμό στο στάδιο του σχεδιασμού σε κατοικημένες περιοχές
Τα κατοικημένα έργα επωφελούνται από εξοπλισμό χαμηλού θορύβου. Οι ανεμογεννήτριες με κατακόρυφο άξονα περιστροφής (VAWT) είναι κατάλληλες σε περιοχές όπου ο θόρυβος και η οπτική επίδραση έχουν σημασία, ενώ οι ανεμογεννήτριες με οριζόντιο άξονα περιστροφής (HAWT) είναι καλύτερα προσαρμοσμένες σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και αγροκτήματα.
2. Η λύση: Ένα ενσωματωμένο μικροδίκτυο ηλιακής, αιολικής, μπαταριών, CHP και συστήματος διαχείρισης ενέργειας (EMS)
Το σύστημα λειτουργεί ως μία ενιαία συντονισμένη ενεργειακή πλατφόρμα, αντί για ξεχωριστά προϊόντα φωτοβολταϊκών (PV), μπαταριών, αιολικής ενέργειας, ντηζελ και δικτύου. Ο έλεγχος του συστήματος διαχείρισης ενέργειας (EMS) προσαρμόζει την παραγωγή και την αποθήκευση στη ζήτηση φορτίου, στις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας, στη διαθεσιμότητα ανανεώσιμων πηγών και στις απαιτήσεις αντικατάστασης.
3. Πώς λειτουργεί το μικροδίκτυο
Η στρατηγική λειτουργίας πρέπει να είναι δυναμική, όχι σταθερή ιεραρχία πηγών. Η ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές χρησιμοποιείται για τοπικά φορτία όταν είναι διαθέσιμη, η αποθήκευση μετατοπίζει την ενέργεια σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, η ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο με χαμηλότερο κόστος μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν είναι ευεργετικό, και η συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού (CHP) ενεργοποιείται όταν η αξιοπιστία ή η ζήτηση θερμότητας απαιτεί ελεγχόμενη παραγωγή.
|
Χρονική Περίοδος / Συνθήκη
|
Τιμή / Συνθήκη
|
Στρατηγική EMS
|
Κύριος στόχος
|
|
00:00–08:00
|
Περίοδος χαμηλής ζήτησης· 0,02–0,04 €/kWh
|
Φόρτιση του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας (ESS) με ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο χαμηλού κόστους όταν είναι κατάλληλο· χρήση διαθέσιμης αιολικής ενέργειας.
|
Βελτιστοποίηση του κόστους ενέργειας.
|
|
08:00–10:00
|
Χαμηλή τιμή· 0,04–0,08 €/kWh
|
Οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις τροφοδοτούν τις τοπικές καταναλώσεις· η μπαταρία (ESS) παρέχει υποστήριξη όταν απαιτείται· το δίκτυο καλύπτει τις ελλείψεις.
|
Μεγιστοποίηση της αυτοκατανάλωσης.
|
|
10:00–14:00
|
Ωραία ζήτηση· 0,20–0,35 €/kWh
|
Εκφόρτιση της μπαταρίας (ESS)· τοπική χρήση της ενέργειας από φωτοβολταϊκά· εξαγωγή μόνο όταν είναι οικονομικά συμφέρουσα.
|
Αιχμής εξομάλυνση και βελτιστοποίηση αξίας.
|
|
14:00–18:00
|
Χαμηλή τιμή· 0,04–0,08 €/kWh
|
Συνέχιση της αυτοκατανάλωσης από φωτοβολταϊκά και προετοιμασία της μπαταρίας (ESS) για την αιχμή το βράδυ.
|
Μείωση των αγορών από το δίκτυο.
|
|
18:00–22:00
|
Ωραία ζήτηση· 0,20–0,35 €/kWh
|
Εκφόρτιση της μπαταρίας (ESS)· ενεργοποίηση της συμπαραγωγής (CHP) μόνο όταν η ανανεώσιμη ενέργεια και η αποθήκευση δεν μπορούν να καλύψουν την κρίσιμη ζήτηση.
|
Αξιοπιστία με ελεγχόμενη κατανάλωση καυσίμου.
|
|
22:00–24:00
|
Χαμηλή τιμή· 0,04–0,08 €/kWh
|
Ισορροπία του βαθμού φόρτισης της μπαταρίας (ESS), της νυχτερινής αιολικής παραγωγής και των απαιτήσεων της επόμενης ημέρας.
|
Κόστος και ανθεκτικότητα.
|
|
Περίοδος αρνητικής τιμής
|
Ειδική συνθήκη· παράδειγμα πηγής: 11:00–16:00
|
Προτεραιότητα στην τοπική κατανάλωση και στη φόρτιση του ESS· αποφυγή ανεπιθύμητης εξαγωγής· περιορισμός όπου απαιτείται.
|
Αποφυγή απωλειών λόγω αρνητικής τιμής.
|
4. Γιατί η CHP καθιστά το μικροδίκτυο περισσότερο από ένα σύστημα αναφοράς ισχύος
Η CHP μετατρέπει τον πετρελαιοκινητήρα από συσκευή έκτακτης ανάγκης σε ελεγχόμενη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας και χρήσιμης θερμότητας. Η ανακτηθείσα θερμότητα μπορεί να καλύψει ανάγκες θέρμανσης και ζεστού νερού για οικιακή ή βιομηχανική χρήση, ενώ η αποθήκευση ζεστού νερού αποσυνδέει την παραγωγή θερμότητας από τη ζήτηση θερμότητας. Σε εφαρμογές χωρίς σύνδεση στο δίκτυο, η CHP μπορεί επίσης να μειώσει την απαιτούμενη χωρητικότητα των μπαταριών κατά τη διάρκεια παρατεταμένων περιόδων χαμηλής παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές.
5. Παράδειγμα εφαρμογής:
Μικροδίκτυο εργοστασίου και αγροκτήματος
Τα εργοστάσια και τα αγροκτήματα μπορούν να συνδυάσουν φωτοβολταϊκά στη στέγη ή στο έδαφος, αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες, αιολική ενέργεια, CHP και θερμική αποθήκευση για να υποστηρίζουν συνεχή λειτουργία, ζήτηση κατά τη νύχτα και φορτία θέρμανσης.
Μια αντιπροσωπευτική εκτίμηση της περιόδου απόσβεσης είναι περίπου 3–5 χρόνια, αλλά τα πραγματικά αποτελέσματα εξαρτώνται από το προφίλ φόρτισης, τις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας, το κόστος του εξοπλισμού, την παραγωγή ανανεώσιμων πηγών και τη στρατηγική λειτουργίας.
Οικιακό και Αγροτικό Μικροδίκτυο
Για μεμονωμένα σπίτια, βίλες και αγροτικές περιουσίες, η προτεινόμενη λύση περιλαμβάνει μια μικρότερη, χαμηλού θορύβου διάταξη, εστιασμένη στην αυτοκατανάλωση, την εφεδρική παροχή ρεύματος, τη θέρμανση και το ζεστό νερό.
Η τελική διάσταση πρέπει να βασίζεται στα πραγματικά οικιακά φορτία, την εποχιακή παραγωγή ανανεώσιμων πηγών, την αυτονομία της μπαταρίας και την ισχύ του γεννήτρια. Δεν πρέπει να υποτίθεται πλήρης ανεξαρτησία από το δίκτυο χωρίς επιτόπια επιβεβαίωση.
6υλοποίηση Έργου: Από την Αξιολόγηση έως τη Θέση σε Λειτουργία
Ένα επιτυχημένο μικροδίκτυο απαιτεί μηχανική εμβάθυνση πέραν της απλής λίστας εξοπλισμού. Το έργο πρέπει να προχωρήσει από την αξιολόγηση των φορτίων και τον προσαρμοσμένο σχεδιασμό, μέσω της συμμόρφωσης, της παραγωγής, της εγκατάστασης, της θέσης σε λειτουργία και της μακροπρόθεσμης υποστήριξης.
7βασικά Πλεονεκτήματα της Ολοκληρωμένης Προσέγγισης
- Μείωση του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο μέσω αυτοκατανάλωσης ηλιακής ενέργειας, αποθήκευσης σε μπαταρίες και διαχείρισης ενέργειας βάσει χρονικής χρήσης.
- Εξομάλυνση κορυφών και μετατόπιση ενέργειας, αντί να εξαρτώμαστε αποκλειστικά από τη στιγμιαία παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας.
- Συμπληρωματική παραγωγή ηλιακής και αιολικής ενέργειας, με την αιολική να λειτουργεί ως δευτερεύουσα πηγή στις περιοχές χαμηλής αιολικής δραστηριότητας της Βαλένθια.
- Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με CHP (συμπαραγωγή) και πετρελαϊκό κινητήρα, που παρέχει ελεγχόμενη ηλεκτρική ενέργεια και χρήσιμη ανάκτηση θερμότητας.
- Βελτιωμένη ανθεκτικότητα μέσω μπαταριών αντιβαθμίδας και νησιωτικής λειτουργίας ελεγχόμενης από το EMS.
- Ολοκληρωμένη θέρμανση και δυνατότητα παραγωγής ζεστού νερού για οικιακή ή βιομηχανική χρήση.
- Επιλογές αιολικών γεννητριών χαμηλού θορύβου και ακουστική μόνωση για εφαρμογές ευαίσθητες στον θόρυβο.
- Απομακρυσμένη παρακολούθηση και συντονισμένος έλεγχος πολλαπλών ενεργειακών περιουσιακών στοιχείων.
- Μοντουλαρικές διαμορφώσεις για εργοστάσια, αγροκτήματα, κατοικίες και αγροτικά ακίνητα.
- Ολοκληρωμένη υποστήριξη μηχανικής και παράδοσης, από την αξιολόγηση μέχρι την εγκατάσταση και τη μεταπωλητική εξυπηρέτηση.
8. Ένας πιο έξυπνος τρόπος σχεδιασμού συστημάτων ενέργειας στη Βαλένθια
Ένα μικροδίκτυο πρέπει να σχεδιαστεί με βάση την αλληλεπίδραση μεταξύ παραγωγής ενέργειας, κατανάλωσης, τιμών ηλεκτρικής ενέργειας, θερμικής ζήτησης και απαιτήσεων αξιοπιστίας. Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να παρέχει ισχυρή παραγωγή κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά δεν μπορεί από μόνη της να καλύψει τη ζήτηση το βράδυ, τις διακοπές του δικτύου ή τις ανάγκες θέρμανσης. Ο ανεμογεννήτορας μπορεί να συμπληρώσει την ηλιακή ενέργεια, αλλά οι χαμηλές μέσες ταχύτητες ανέμου περιορίζουν το ρόλο του. Οι μπαταρίες αποθηκεύουν ενέργεια για χρήση σε μεταγενέστερο χρόνο, ενώ οι συμπαραγωγικές μονάδες (CHP) παρέχουν ελεγχόμενη εφεδρική ισχύ και χρήσιμη θερμότητα.
Η αξία του συστήματος προκύπτει επομένως από τον συντονισμένο έλεγχο, και όχι από κανένα μεμονωμένο στοιχείο. Η τελική διάσταση πρέπει να βασίζεται σε πραγματικά δεδομένα του χώρου, συμπεριλαμβανομένων των καμπυλών ηλεκτρικής φόρτισης, των κρίσιμων φορτίων, της ζήτησης θέρμανσης και ζεστού νερού, των διαθέσιμων ηλιακών και ανεμικών πόρων, των συνθηκών του δικτύου, των τιμολογίων ηλεκτρικής ενέργειας και των οικονομικών στόχων.
9. Torchpower: Ολοκληρωμένες Λύσεις Ενέργειας
Η Torchpower παρέχει ολοκληρωμένες λύσεις τεχνολογίας ενέργειας, που καλύπτουν την αξιολόγηση συστήματος, το προσαρμοσμένο σχεδιασμό, την προμήθεια εξοπλισμού, την υποστήριξη συμμόρφωσης, την παράδοση, την απομακρυσμένη τεχνική καθοδήγηση, τη συντονισμένη εκκίνηση και τη μακροπρόθεσμη μεταπωλητική υποστήριξη. Κάθε μικροδίκτυο μπορεί να ρυθμιστεί σύμφωνα με το προφίλ φόρτισης του χώρου, το διαθέσιμο χώρο, τον προϋπολογισμό, τους ανανεώσιμους πόρους και τις συνθήκες του δικτύου.
EN
