Yhdennetty aurinko-, tuuli-, akku-, CHP-generaattori- ja EMS-ratkaisu teollisuus- ja asuinsovelluksiin
Valenciassa on vahva aurinkoenergian tuotantopotentiaali, mutta käytännöllisen mikroverkon on myös otettava huomioon ilta-aikainen sähkön kysyntä, sähkön hinnan vaihtelu, rajalliset tuulienergian resurssit, lämmitys- ja kuumavesitarve, sähköverkon katkokset sekä asuinalueiden melurajoitukset. Yhdennetty järjestelmä, joka yhdistää aurinkosähköä, akkutallennuksen, tuulivoimaa, CHP-dieselvoiman, julkisen sähköverkon ja energianhallintajärjestelmän (EMS), voi tasapainottaa nämä tarpeet.
1. Energiaongelmat, joita et ehkä huomaa ennen kuin käynnistät järjestelmän
Todellinen haaste ei ole pelkästään se, kuinka paljon uusiutuvaa energiaa paikka voi tuottaa. Haaste on sen, vastaako tuotanto kysynnän ajoitusta, kustannuksia ja tyyppiä. Järjestelmä voi tuottaa riittävästi energiaa vuoden aikana ja silti kamppailla ilta-aikaisten kuormien, lämmityksen, kuumaveden tai katkojen kanssa.
Korkeat ja vaihtelevat sähkökustannukset
Sähkön hinnat voivat vaihdella merkittävästi päivän aikana. Tämä tekee energian siirtämisestä arvokasta: akkutallennus voi varastoida edullisempaa energiaa ja vähentää sähkön ostoa verkkoon, kun sähkö on kalliimpaa.
Aikatasollisen sähkön hinnan viitearvot
Seuraavat luvut ovat suuntaa antavia arvoja projektianalyysissä. Todelliset asiakaskustannukset riippuvat sähköurakasta, markkinatilanteesta ja sovellettavista maksuista.
|
Arkipäivä Aika / Tilanne
|
Hintaväli
|
Tyypillinen EMS:n vastaus
|
|
00:00–08:00
Alhaisin hinta (alhaisin kuormitusaika)
|
Noin 0,02–0,04 €/kWh
|
Lataa ESS:ää edullisella verkkosähköllä taloudellisesti perustelluin ajoin; käytä saatavilla olevaa tuulivoimaa.
|
|
08:00–10:00
Keskiverto / alhainen hinta -aika
|
Noin 0,04–0,08 €/kWh
|
Käytä aurinkosähköä paikallisissa kuormissa; käytä ESS:ää valikoivasti; verkko toimittaa mahdollisen jäljelle jäävän puutteen.
|
|
10:00–14:00
Huippuhinta
|
Noin 0,20–0,35 €/kWh
|
Tyhjennä ESS:ää vähentääksesi huippuverkkohankintoja; käytä aurinkosähköä paikallisissa kuormissa; vie verkkoon vain taloudellisesti perusteltua sähköä.
|
|
14:00–18:00
Keskiverto / alhainen hinta -aika
|
Noin 0,04–0,08 €/kWh
|
Jatka uusiutuvan energian omaa kulutusta ja hallinnoi ESS:ää varauksen tilan ja odotetun huippukuorman mukaan.
|
|
18:00–22:00
Huippuhinta
|
Noin 0,20–0,35 €/kWh
|
Tyhjennä ESS:ää; käytä CHPlaitetta vain silloin, kun uusiutuvan energian tuotanto ja varastointi eivät riitä kriittiseen tarpeeseen.
|
|
22:00–24:00
Keskiverto / alhainen hinta -aika
|
Noin 0,04–0,08 €/kWh
|
Tasapainota jäljellä oleva ESS-kapasiteetti, yöllinen tuulivoiman saatavuus ja seuraavan päivän energiantarve.
|
|
Negatiivisen hinnan aika (erityistilanne) 11:00–16:00
|
Negatiivinen hinta; Myytään ylijäämäsähköä tappiolla
|
Edistä paikallista käyttöä ja ESS:n lataamista; vältä tarpeetonta sähkön vientiä ja rajoita tuotantoa tarvittaessa.
|
Negatiivisen hinnan ajanjaksoja voi olla päällekkäin tavallisten päiväaikaisten hinnoittelujaksojen kanssa eikä niitä muodosteta erillisinä päivittäisinä jaksoina. Viikonloput ja viralliset juhlapäivät voivat myös sisältää erilaisia hinnoitteluehtoja.
Auringonenergia ei vastaa kysyntää joka tunti
Valenciassa on vahvat aurinkoresurssit: vuotuinen säteily on noin 1 600–1 700 kWh/m², ja arvioidun PV-tuotannon määrä on noin 1 600 kWh/kWp optimaalisella kaltevuuskulmalla noin 38°. Mutta PV-tuotanto laskee nollaan auringonlaskun jälkeen, vaikka monet kuormat jatkuisivatkin. Siksi akkukäyttöinen varastointi on tärkeässä roolissa päivän aikana tuotetun energian siirtämisessä.
Alhaiset tuulenvauhdit rajoittavat tuulivoiman osuutta
Keskimääräinen tuulenvauhti on noin 3 m/s, joten tuuli soveltuu paremmin täydentäväksi energialähteeksi kuin pääasialliseksi tuottajaksi. Voimakkaammat yölliset tuulet voivat tuottaa hyödyllistä sähköä silloin, kun aurinkoenergian tuotanto ei ole käytettävissä.
Lämmityksen ja kuumaveden kysyntä aiheuttaa toisen energiahaasteen
Dieselgeneraattori poistaa tavallisesti merkittävän määrän lämpöä jäähdytys- ja pakokaasujärjestelmien kautta. Yhteistuotannon (CHP) lämmön talteenotto voi muuttaa jäähdytysnesteessä ja noin 450 °C:n pakokaasulämmössä olevan lämmön hyödylliseksi lämmitykseksi, käyttöveden lämmitykseksi tai prosessilämmöksi.
Sähköverkon epävakaus voi muuttaa sähköongelman jatkuvuusongelmaksi.
Uusiutuvat energialähteet vähentävät riippuvuutta sähköverkosta, mutta niiden tuotanto vaihtelee edelleen. Kriittiset kuormat vaativat akkuvaramuun, saaristumiskyvyn ja säädettävän sähköntuotantolähteen. Yhteistuotannon dieselgenerointi voi tarjota kyseisen säädettävän varmuustason.
Melu voi muodostua suunnittelurajoitteeksi asuinalueilla.
Asuinrakennushankkeet hyötyvät hiljaisesta laitteistosta. Pystysuuntaiset tuuliturbiinit (VAWT) ovat sopivia silloin, kun melu ja visuaalinen vaikutus ovat tärkeitä, kun taas vaakasuuntaiset tuuliturbiinit (HAWT) soveltuvat paremmin teollisuuslaitoksiin ja maatiloille.
2. Ratkaisu: Integroitu aurinko-, tuuli-, akku-, yhteistuotanto- (CHP) ja energianhallintajärjestelmä (EMS) -mikroverkko
Järjestelmä toimii yhtenä koordinoituna energialaitoksena eikä erillisinä aurinkosähkö-, akku-, tuuli-, diesel- ja sähköverkkotuotteina. EMS-ohjaus sovittaa tuotannon ja varastoinnin kuormavaatimukseen, sähkön hintaan, uusiutuvan energian saatavuuteen ja varavoiman tarpeeseen.
3. Miksi mikroverkko toimii
Toimintastrategian tulisi olla dynaaminen eikä kiinteä lähteen hierarkia. Uusiutuva energia käytetään paikallisille kuormille, kun se on saatavilla; varastointi siirtää energiaa ajan suhteen; halvempaa verkkosähköä voidaan käyttää hyödyksi, kun se on taloudellisesti kannattavaa; ja CHP-käynnistyy, kun luotettavuus tai lämmön kulutustarve edellyttää ohjattavaa sähköntuotantoa.
|
Aika / Tilanne
|
Hinta / Olosuhde
|
EMS-strategia
|
Päämäärä
|
|
00:00–08:00
|
Alhainen kuorma; 0,02–0,04 €/kWh
|
Lataa ESS halvemmalla verkkosähköllä, kun se on perusteltua; käytä saatavilla olevaa tuulivoimaa.
|
Energian kustannusten optimointi.
|
|
08:00–10:00
|
Matala hinta; 0,04–0,08 €/kWh
|
PV-tuotanto huolehtii paikallisista kuormista; akkupankki tukee tarvittaessa; sähköverkko kattaa puutteet.
|
Maksimoi oma kulutus.
|
|
10:00–14:00
|
Huippukulutus; 0,20–0,35 €/kWh
|
Tyhjennä akkupankkia; käytä PV-tuotantoa paikallisesti; vie verkkoon vain taloudellisesti perustelluissa tapauksissa.
|
Huippukulutuksen tasoitus ja arvon optimointi.
|
|
14:00–18:00
|
Matala hinta; 0,04–0,08 €/kWh
|
Jatka omaa PV-kulutusta ja varmista akkupankin valmius iltaiseen huippukulutukseen.
|
Vähennä sähköverkosta ostettavaa sähköä.
|
|
18:00–22:00
|
Huippukulutus; 0,20–0,35 €/kWh
|
Tyhjennä akkupankkia; käynnistä CHP-vaihtoehto vain silloin, kun uusiutuvan energian ja varastoinnin avulla ei voida täyttää kriittisiä tarpeita.
|
Luotettavuus ohjatulla polttoaineenkulutuksella.
|
|
22:00–24:00
|
Matala hinta; 0,04–0,08 €/kWh
|
Tasapainota akkupankin lataustila, yöllinen tuuli ja seuraavan päivän vaatimukset.
|
Kustannukset ja kestävyys.
|
|
Negatiivisen hinnan aika
|
Erityisolo; esimerkki lähteestä: klo 11.00–16.00
|
Edistä paikallista kulutusta ja ESS:n lataamista; vältä tarpeetonta vientiä; rajoita tarvittaessa.
|
Vältä negatiivisen hinnan aiheuttamia tappioita.
|
4. Miksi CHP tekee mikroverkosta enemmän kuin varavoimajärjestelmän
CHP muuttaa dieselgeneraattorin pelkästään hätätilanteisiin tarkoitetusta laitteesta sähkön ja hyödyllisen lämmön tuottamiseen käytettäväksi ohjattavaksi lähteeksi. Hyödynnetty lämpö voidaan käyttää tilojen lämmitykseen sekä talous- tai prosessikäyttöön tarkoitettuun kuumavesiin, kun taas kuumavesivarastointi erottaa lämmön tuotannon lämmön kysynnästä. Verkkoon kytkemättömissä sovelluksissa CHP voi myös vähentää akkukapasiteettia, joka tarvitaan pitkien vähäisten uusiutuvien energialähteiden jaksojen aikana.
5. Sovellusesimerkki:
Tehtaan ja tilan mikroverkko
Teollisuuslaitokset ja maatilat voivat yhdistää katolle tai maalle asennetun aurinkosähköjärjestelmän (PV), akkuvarastoinnin, tuulivoiman, CHP:n ja lämpövarastoinnin jatkuvan toiminnan, yöaikaisten sähkötarpeiden sekä lämmityskuormien tukemiseksi.
Edustava takaisinmaksuajan arvio on noin 3–5 vuotta, mutta todelliset tulokset riippuvat kuormituskäyrästä, sähkön hinnasta, laitteiden kustannuksista, uusiutuvan energian tuotannosta ja käyttöstrategiasta.
Asuin- ja maaseutumikroverkko
Erilliskodille, huvilalle ja maaseutualueen kiinteistöille lähtöratkaisu tarjoaa pienemmän, hiljaisemman konfiguraation, joka keskittyy itse kulutukseen, varavoimaan, lämmitykseen ja käyttövesilämmitykseen.
Lopullinen mitoitus tulisi perustua todellisiin taloudellisiin kuormituksiin, kausittaiseen uusiutuvan energian tuotantoon, akun autonomiaan ja generaattorin kapasiteettiin. Täysin verkkoriippumaton toiminta ei saa olettaa ilman paikallisesti vahvistettua tarkastusta.
6projektin toteuttaminen: Arvioinnista käyttöönottoon
Onnistunut mikroverkko vaatii suunnittelua, joka ylittää pelkän laiteluettelon. Projektin tulisi edetä kuormitusten arvioinnista ja mukautetusta suunnittelusta vaatimustenmukaisuuden varmistamiseen, tuotantoon, asennukseen, käyttöönottoon ja pitkäaikaiseen tukipalveluun.
7integroidun lähestymistavan avainedut
- Alentaa sähkön hinnan verkoista aurinkoenergian omaan käyttöön, akkutallennukseen ja aikatasoon perustuvaan energianhallintaan.
- Huippukuorman tasaus ja energian siirtäminen ajan suhteen sen sijaan, että luottaisi pelkästään hetkelliseen uusiutuvaan tuotantoon.
- Aurinko- ja tuulivoiman täydentävä yhdistelmä, jossa tuulivoimaa käytetään toissijaisena lähteenä Valenciassa, jossa tuuli on heikkoa.
- CHP-dieselsähköntuotanto, joka tarjoaa säädettävää sähköä ja hyödyllistä lämmön talteenottoa.
- Parannettu luotettavuus akkuvaramuistolla ja EMS-ohjatulla saaritoimintalla.
- Yhdistetty lämmitys ja kotitalous- tai prosessikuumavesikyky.
- Matalamäninen tuulivoima ja akustinen käsittely melunherkille sovelluksille.
- Etäseuranta ja koordinoitu ohjaus useista energialähteistä.
- Modulaariset konfiguraatiot teollisuuslaitoksille, maatiloille, kodeille ja maaseutualueiden kiinteistöille.
- Kattava insinööripalvelu ja toimitustuki arvioinnista käyttöönottoon ja jälkimyyntipalveluihin saakka.
8. Älykkäämpi tapa suunnitella energiakäyttöjärjestelmiä Valenciassa
Mikroverkko tulisi suunnitella energiantuotannon, kulutuksen, sähköhintojen, lämmön tarpeen ja luotettavuusvaatimusten vuorovaikutuksen perusteella. Aurinkoenergia voi tuottaa voimakasta sähköä päivällä, mutta se ei yksinään kykene tyydyttämään ilta-aikaista kysyntää, korvaamaan sähkökatkoja tai täyttämään lämmitystarpeita. Tuulienergia voi täydentää aurinkoenergiaa, mutta alhaiset keskimääräiset tuulenvuodot rajoittavat sen roolia. Akkukapasiteetti siirtää energiaa ajan suhteen, kun taas CHP-järjestelmä tarjoaa ohjattavaa varavoimaa ja hyödyllistä lämpöä.
Järjestelmän arvo johtuu siis koordinoitusta ohjauksesta eikä yksittäisestä komponentista. Lopullinen mitoitus tulisi tehdä käyttäen todellisia sijaintitietoja, mukaan lukien sähkökuormakäyrät, kriittiset kuormat, lämmön ja kuumavesitarve, aurinko- ja tuuliresurssit, sähköverkon olosuhteet, sähkötarifit ja taloudelliset tavoitteet.
9. Torchpower: Yhdennetyt energiaratkaisut
Torchpower tarjoaa kattavat energiateknologiaratkaisut, jotka kattavat järjestelmän arvioinnin, mukautetun suunnittelun, laitteiden toimituksen, vaatimustenmukaisuuden tukipalvelut, toimitukset, etäteknisen ohjeistuksen, käyttöönoton koordinaation ja pitkäaikaisen jälkimyynnin tuen. Jokainen mikroverkko voidaan määrittää sivuston kuormituskäyrän, saatavilla olevan tilan, budjetin, uusiutuvien resurssien ja sähköverkon olosuhteiden mukaan.
EN
