Energiatárolás lehetségei

Bajor József / PPMV Moduláris Rendszerek 23.02.2012. - ABB

Energiatárolás lehet ségei

© ABB Group March 5, 2012 | Slide 1

Energiatárolás lehet ségei Tartalom M szaki és gazdasági kényszerít er k F komponensek Alkalmazások Portfólió Példák

© © ABB ABB Group Group February 12, 2010| Slide March 5, 2012 | Slide 2 2

Energiatárolás – Teljesítmény management Demand in MW 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4

Demand in MW

1.sz teljesítmény profil

0 8 :0 A M 0 9 :0 A M 0 1 0 AM :0 0 11 A M :0 0 12 A M :0 0 1 :0 P M 0 2 :0 P M 0 3 :0 P M 0 4 :0 P M 0 5 :0 P M 0 6 :0 P M 0 7 :0 P M 0 8 :0 P M 0 9 :0 P M 0 1 0 PM :0 0 11 P M :0 0 12 P M :0 0 AM

7 :0

7 :0

0 8 :0 A M 0 9 :0 A M 0 1 0 AM :0 0 11 A M :0 0 12 A M :0 0 1 :0 P M 0 2 :0 P M 0 3 :0 P M 0 4 :0 P M 0 5 :0 P M 0 6 :0 P M 0 7 :0 P M 0 8 :0 P M 0 9 :0 P M 0 1 0 PM :0 0 11 P M :0 0 12 P M :0 0 AM

24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4

2.sz teljesítmény profil

Az energiaelosztásban szerepl összes eszközt az év legmagasabb terhelési értékére kell méretezni. Terhelési tényez (Load factor)= Átlag KW/ Max KW A 2.sz. teljesítmény profil hatékonyabb / Load Factor Profile 2 > Load Factor Profile 1

© ABB Inc Group March 5, 2012 | Slide 3

Energia termelésnek és a terhelésnek az egyensúlya. Balansz állapot biztosítása

Rendszerszint szabályozás szükséges az egyensúly biztosításához. Az energiatároló egy új hálózati eszköz a rendszerirányító kezében!

3250 3150 3050 2950 2850 2750 2650 2550 2450 2350

Regulation in MW 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30

© ABB Inc Group March 5, 2012 | Slide 4

Load in MW Generation in MW

7: 00 7: A 05 M 7: A M 10 7: A M 15 7: A 20 M 7: A M 25 7: A 30 M 7: A M 35 7: A M 40 7: A M 45 7: A M 50 7: A 55 M 8: A M 00 8: A M 05 8: A M 10 8: A 15 M 8: A M 20 8: A M 25 8: A M 30 AM

A megtermelt és fogyasztott energiának mindig egyensúlyban kell lennie! A fogyasztói terhelések vagy a energiatermel k teljesítmény változása esetén az egyensúly felborulhat.

-40

7:00 7:05 7:10 7:15 7:20 7:25 7:30 7:35 7:40 7:45 7:50 7:55 8:00 8:05 8:10 8:15 8:20 8:25 8:30 AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM AM

Energiatárolók – Megújuló energiaforrások Termelt energia gyors változása

"Courtesy of Dr Frank S Barnes - University of Colorado at Boulder"

• Különböz kormányoknak eltér céljuk van a megújuló energiaforrások alkalmazására, de rendszerint 10-20%-os célt t znek maguk elé 2020-ra. • A megújulók által tervezett termelt energia kiesését azonnal hagyományos er m vekkel kell pótolni. Veszélyeztetheti a rendszer stabilitását, és a gyors reagálású er m vek indítása extra anyagi ráfordítást igényelhet. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 5

Energiatárolók – Megújuló energiaforrások , szél – és naper m vek kapacitás csúcsai

"Courtesy of George Gurlaskie – Progress Energy"

"Courtesy of Mark Kapner – Austin Energy"

• A szél- és naper m vek a fogyasztói terhelési csúcsokhoz képest eltér id ben adnak le maximális teljesítményt.


Energiatárolók – Elektromos autók elterjedése

• Az autók töltése terheli az elosztó hálózatot. • Az elektromos autók számának növekedésével n a felhasznált akkumulátor telepek mennyisége és csökken az el állítás költsége.


Energiatárolók – irányelvek / állami támogatások AB 2514 – California, US : 2012-es határid vel az áramszolgáltatóknak határid t jelöl ki, hogy térképezzék fel az energiatárolókba történ beruházási lehet ségeket. Storage act (1091 – függ ben) – US: Adózáson kersztül történ támogatás az energiatároló alkalmazásokra. SGIP (Self generation Incentive program) - US: 2 USD/Watt támogatás az olyan energiatároló alkalmazásokra, amelyek széler m parkokhoz kapcsolódnak.


Energiatárolók (DES - distributed energy storage) Tartalom M szaki és gazdasági kényszerít er k F komponensek Alkalmazások Portfólió Példák


DES komponensei Az AC energia csatlakoztatható kisfeszültség (0.4 kV) vagy középfeszültség hálózathoz (40.5 kV-ig . Az inverter elvégzi az AC/DC átalakítását a hálózat felöl érkez energiának, hogy az a telepekben tárolható legyen. Szükség esetén pedig vissza alakítja 1 vagy 3 fázisú 50 vagy 60 Hz-es AC energiává, hogy az a hálózat számára ismét elérhet legyen. Telepek lehetnek: Savas, Li-Ion, Ni-Cd, Zinc -Bróm, NaCl-Ni, stb A BMS (Battery Management System) figyeli a telepek paramétereit, hogy kontrollálni lehessen a töltési és kisütési folyamatot annak érdekében, hogy a telepek élettartamát, és a rendszer biztonságát növeljük. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 10

Telepek – Technológia - NAS El ny Alacsony alapanyag költség Megbízható: > 200 telepítés Hosszú élettartam: 15 év, 4500 ciklus Nagy energias r ség (modul): 124 Wh/l (hasonló, mint a Li-Ion modul) Konténerben szállítva – nincs szükség épületre Hátrány Magas min ségi elvárás a kerámiával szemben, nehéz gyártani Egy gyártó van: NGK, Japan Magas m ködési h mérséklet: 330°C Nem hülhet ki túl sokszor (kb 20 alkalom) Alacsony teljesítmény s r ség of 21 W/l Nem alkalmas gyors töltésre/kisütésre © ABB Group March 5, 2012 | Slide 11

Telepek – Technológia - Folyadék Viszonylag új technológia 70%-os hatékonyság Alacsony teljesítmény s r ség Hozzávet leges költség: 1.5 – 3 kUSD / kW Töltés / kisütés jellemz en néhány óra A kapacitását az elektrolit mennyisége és a koncentráció határozza meg. A teljesítmény az elektróda tulajdonságától függ (felület, anyagmin ség)


Telepek – Technológia– Li-Ion El ny

Elv: • Az elektródák között Li ionok mozognak. • Elektronok mozognak a küls hurkon.

Nagy hatékonyság (90-95%) Hosszú élettartam (több mint 3000 ciklus ) Alacsony veszteség (0.1-1%/month) Karbantartásmentes

Discharge

Számos gyártó (EV) / Nagy lehet ség az árak csökkenésére Jelent s fejlesztések várhatóak (számos vegyipari cég van jelen) Hátrány Jelenleg magas költség (10002000$/kWh) Fejletlen tömeggyártás Cathode

Anode

Biztonsági kérdések (melegedés) Komplex felügyeleti rendszer (BMS)

Electrolyte Separator Prof. J. M. Tarascon (Amiens) © ABB Group March 5, 2012 | Slide 13

Telepek – Technológia– Li-Ion Telep szekrény (Rack) 600m m

Telep felügyeleti rendszer (BMS)

Rendszer BMS Csatlakozik a PCS-hez Rack Balancing Control Rack BMS Control Rack BMS Csatlakozik a Renszer BMS

~2000mm

Rack feszültség, Áram, Szigetelés. SOC,SOH, Teljesítmény Vezérli a modul BMS-t ~800mm

~600mm

Modul (unit) BMS Csatlakozik a Rack BMShez

" Courtesy of LG Chem”

Cella feszültség, H mérséklet. Diagnosztika, Telepek közti egyensúly Telep felügyeleti rendszer (BMS): feszültség, kisütési állapot, h mérséklet, élettartam állapot mérését végzi


Telepek – Technológia– Élettartam

2000

" Courtesy of Saft””

A telepek méretezése és tervezése egyedileg történik, hogy különböz mennyiség ciklust és kisütési szintet biztosítsunk a felhasználói igénynek megfelel en. A fenti ábra a telep élettartamát mutatja a kisütési szint függvényében. Példa 1: Ha 2000 ciklust szeretnénk 80 kWh-val, akkor a telepeket 100 kWh-ra kell méretezni 80 %-os kisütési szinttel. (80 kW-h/ciklus) Példa 2: Ha 10,000 ciklust szeretnénk 80 kWh-val, akkor a telepeket nem szabad 40% -nál jobban kisütni (40kWh/ciklus) így 200 kWh-ás telepre lesz szükségünk. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 15

Telepek – ABB K+F Cella

Modul

Modul

Szekrény (Rack)

Hol

ABB Kína

ABB Svájc

ABB USA

ABB Svédo.

Mit

−Kapacitás −Élettartam −Töltés/kisütés

−Kapacitás −Töltés/kisütés −BMS −H mérséklet −Telepek közötti töltési egyensúly

−Kommunikáció −Kapacitás −Töltés/kisütés −BMS −Telepek közötti töltési egyensúly

−Kapacitás −Töltés/kisütés −BMS −H mérséklet −Telepek közötti töltési egyensúly

Az ABB nem gyárt telepeket de számos technológiát tesztel különböz helyeken. Az ABB gyárai megkapják és használják a K+F központok által megszerzett tudást, ami alapján ki tudják választani a legomptimálisabb technológiát az adott alkalamzáshoz. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 16

Konverter/Inverter Technológia

AC to DC egyenirányítás

Az energiatárolóknál használt konverterek kétirányúak. A konverterek képesek medd teljesítmény leadására a hálózat számára anélkül, hogy a telepet kisütnék. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 17

DC AC átalakítás

Inverter technológia - PQF/ PCS100 /Dynapeak

! "

#

PQF – 50 kw inverter

PCS100 Module

PCS100 1 MW rack

125kVA

PQF 25 to 300 kVA

PCS100 Module

Dynapeak 5 - 50 MVA

300 kVA - 20 MVA

PQF, PCS and Dynapeak az ABB jól bevállt termékei, és az ABB tesztelte energiatároló alkalmazásokban. © ABB Group July,20 | Slide 18

Energiatárolók Tartalom M szaki és gazdasági kényszerít er k F komponensek Alkalmazások Portfólió Példák


Alkalmazások – Terhelési csúcsok eltolása

kW csúcs energiatároló nélkül kW csúcs with energiatárolóval

A terhelési csúcsok völgyid szakba történ eltolása jelent s költség elkerülést jelent! Csúcsidöszakban a fogyasztói teljesítmény igény egy részét a völgyid szakban a telepekben eltárolt teljesítményb l fedezzük. A terhelési csúcsok eltolásával megváltoztatjuk a terhelési jelleggörbét. Így növeljük a terhelési tényez t, csökkentjük az energiaköltséget, új beruházás esetén a hálózati (áramszolgáltatói) oldalon csökkenhet a beruházási költség. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 20

Alkalmazások – Megújuló energiaforrások Környezeti hatásokkal szembeni kitettség csökkentése

" Courtesy of Sandia National Lab"

" Courtesy of Altairnano"

A DES csökkenteni tudja a megújuló energiaforrások által termelt energia rendelkezésre állásának bizonytalanságát. A DES segítségével egyszer bb a megújuló energiaforrásból termelt villamos energia hálózatra csatlakoztatása. Lehetséges a menetrend tartás! Baloldali ábra: a DES kisímitja a naper m által leadott változó teljesítményt. A naper m által megtermelt teljesítmény kékkel van jelölve, a DES teljesítménye zölddel, a hálózat által érzékelt teljesítmény pirossal. Jobboldali ábra: A DES kisímitja a a szélpark által leadott teljesítményt. A hálózat által érzékelt teljesítményt lilával jelöltük. © ABB Group March 5, 2012 | Slide 21

Alkalmazások – Frekvencia szabályozás

" Courtesy of Altainano "

A telepek rövid reagálási id vel rendelkeznek (40ms). Olyan rendszereknél, ahol nem áll rendelkezésre elegend tartalék, ott a DES jó alternatíva lehet. Számos DES került letelepítésre az USA-ban ilyen problémák kiküszöbölésére.



Portfolió -

© ABB ABB Group Group © March 5, 5, 2012 2012 || Slide Slide 24 24 March

! " #$% #

, &' - )

&' ( )

* &++ © ABB ABB Group Group © March 5, 5, 2012 2012 || Slide Slide 25 25 March

) &*$

./ ( - )

0 $1

*

50 m 60 m

0 $1 © ABB ABB Group Group © March 5, 5, 2012 2012 || Slide Slide 26 26 March

* " '

*

2 ,

*

./ '

1

* *

Energiatároló (DES) definíciója A DES egy el re gyártott és mozgatható épület ami az energia tárolására, majd igény szerint kés bbi felhasználására szolgál. A DES képes tárolni az elektromos energiát és ezt teljes mértékben, vagy részlegesen le tudja adni a hálózat számára. A DES tartalmaz egy invertert, akkumulátor telepeket, HVAC rendszert, transzformátor gépet, kis- vagy középfeszültség elosztót.


Komponensek Energiatároló (DES) 1000 kW / 250 kW-hr (frekvencia szabályozás)

Inverter KÖF

Telepek

Transzformátor

Kapcs. ber Telepek


Portfolió – Standard egységek


All information subject to change without notification.



Alkalmazási példa - – NYPA, Garden City, NY Vev i igény Teljesítmény gazdálkodás Csúcsteljesítmények völgyid szakba történ eltolása

ABB feladata ABB PCS napközben táplálja a kompresszort és éjszaka olcsó energiával újra feltölt. Bizonyos kompresszorok csúcsid ben felvenni kívánt teljesítményét völgyid szakba tolja. Csökkenteni a vev által napközben fizetett energiadíjat.

1MW / 6.5MWHr

Áramszolgáltatói büntetési tételek csökkentése a többlet teljesítmény vételezése miatt. Az energiatároló tartalékként szolgáljon áramszolgáltatói kimaradás esetén. NaS telepek szállítása


Világ legnagyobb energiatárolója – GVEA, Fairbanks, Alaska Vev i igény Tartalék képzés

ABB feladat Az energiatárolónak megfelel en hosszú ideig a teljes energiaigényt fedeznie kell, amíg a helyi er m vek újraindulnak. -52C küls környezetei h mérséklet. Ni-Cd telepek.

27 MW / 15 minutes 46 MW / 5 minutes


Alkalmazási példa - CES – FEAB project 25 kW/ 210kwh


Alkalmazási példa - DES – HUABB project 1000kW/250kWh, Svájc, Zürich, 2011


Alkalmazási példa - DES – HUABB project 1000kW/250kWh, Svájc, Zürich, 2011



Energiatárolás lehetségei

Recommend Documents