Energia-tároló rendszerek egyedi alkalmazása XIX. Fő őenergetikusi és Innovációs Szeminárium 2012. május 9-10-11.
Roóz Csaba, Metalcom Zrt.
1
Agenda A prezentáció témái VRB Technológia Egyedi alkalmazások VRB Termékek
2
VRB Technológia Mi is a VRB? Regenerálódni képes üzemanyag cella vagy „Cella köteg” Független elektrolit tároló tank Elektrolit keringető szivattyúk Elektrolit keringést vezérlő rendszer Egyedülálló folyékony akkumulátor technológia egyedi elektrolit összetétellel
3
VRB Technológia Folyékony Akkumulátor Cellaköteg Sorbakötött cellakötegek elrendezése Minden cella az alábbiak szerint épül fel bipolar lapok 2 elektróda Membrán szeparátorok
4
VRB Technológia Folyékony akkumulátor technológia elő őnyei Nagy kimenő teljesítmény és energia tároló képesség A teljesítmény és a tároló kapacitás egymástól függetlenül változtatható Hűtési rendszer egyszerűsítése az elektrolit keringetésével Nagyon kis mértékű önkisülés Nagy túlfeszültség tűrő képesség
5
VRB Technológia VRB Folyékony akkumulátor Kénsav és Vanádium-oxid alapú elektrolit A töltött elektrolit 4 ionos állapotú vanádiumot tartalmaz V+4/+5 a pozitív elektrolitban electrolyte V+2/+3 a negatív elektrolitban
A Vanádium színe a különböző ionos állapotokban V+5 -> V+2 6
VRB Technológia VRB rendszer elő őnyei Nincsenek másodlagos reakciók az elektródákon Az akkumulátor teljes kisütése lehetséges (Mélykisütés) Több ezer töltés-kisütési ciklus lehetséges Az elektrolit keveredése nem idézi elő az elektrolit degradációját Az elektrolit újra keverhető az energiakapacitás helyreállítására Az elektrolit gyakorlatilag örök életű
7
K+F feladat VRB technológia egyedi alkalmazása MSz 50160 szabványnál magasabb szintű ű igények kiszolgálása Megválaszolandó kérdések -
Optimális tároló kapacitás meghatározása Szükséges teljesítmény az optimális hatás eléréséhez Teljesítménylépcsők kialakítása Töltés kisütés aránya Optimális vezérlési mód A töltés vezérlés megvalósítása (felfutási idők, völgyidőszaki töltésvezérlés, csúcsidőszaki terhelés vezérlése) Feszültségtartás paramétereinek vezérlése (hosszú idejű hálózati változások kezelése) Hálózat folyamatosságának fenntartása (rövid és hosszú kiesések kezelése a vezérlésben) Flicker jelenségek kiszűrése (rövid idejű változások elleni védelem)
8
VRB Technológia VRB rendszer mérése A VRB akkumulátor töltőjének váltakozó áramú oldali kikapcsolásánál, az inverterről táplált váltakozó áramú fogyasztónál fellépő tranziens feszültség- és áramváltozásokra méréseket végeztek. A vizsgálat a megrendelő igénye szerint arra irányult, hogy a fogyasztói oldalon bekövetkezik-e olyan feszültség-letörés, amely a váltakozó áramú fogyasztó üzemét károsan befolyásolhatja.
9
VRB Technológia VRB rendszer mérése A mérés során, a VRB akkumulátor mérésében közreműködő kollégákkal megállapodás alapján a VRB villamos hatásfokának mérését végeztük el.
10
VRB Technológia VRB rendszer mérése - Hálózatkimaradás 56%-os töltöttségen VRB töltő őberendezés váltakozóáramú kikapcsolását követő ő egyenáramú oldali tranziens feszültség- és áramváltozás. 1. csat.(sárga): Töltő AC-oldali kontaktor feszültség (trig. céljából), lépték: 200 V/osztás; 2. csat.(v.kék): VRB áram, lépték: 20 A/osztás; 3. csat.(lila): Fogyasztó feszültség, lépték: 10 V/osztás; 4. csat.(zöld): Fogyasztó áram, lépték: 20 A/osztás. Időlépték: 5 ms/osztás. Mintavételezési frekvencia: 50 kS/s
11
VRB Technológia VRB rendszer mérése - Hálózatkimaradás 74%-os töltöttségen 88 A terheléssel VRB töltő őberendezés váltakozóáramú kikapcsolását követő ő egyenáramú oldali tranziens feszültség- és áramváltozás. 1. csat.(sárga): VRB feszültség, lépték: 10 V/osztás; 2. csat.(v.kék): VRB áram, lépték: 20 A/osztás; 3. csat.(lila): Fogyasztó feszültség, lépték: 10 V/osztás; 4. csat.(zöld): Fogyasztó áram, lépték: 20 A/osztás. Időlépték: 10 ms/osztás. Mintavételezési frekvencia: 25 kS/s. 12
VRB Technológia VRB rendszer mérése - Hatásfok mérés eredménye
Mérés Kezdése
Váltás Töltésből Kisütésre
Mérés Befejezése
Mérés Kezdése
Váltás Töltésből Kisütésre
Mérés Befejezése
Dátum 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06
Idő 6:25:33 6:26:33 6:27:33 6:28:33 10:01:34 10:02:34 10:03:34 10:04:34 13:59:34 14:00:34 14:01:34 14:02:34
Betáplálási Oldal VL1 [V] VL2 [V] VL3 [V] S3F [VA] EP [kWh] 232 233 234 6446 0,1 231 232 232 6408 0,2 231 232 233 6500 0,3 230 232 233 6558 0,4 232 231 234 3732 20,0 235 234 237 0 20,0 234 233 235 0 20,0 234 233 236 0 20,0 234 233 234 0 20,0 234 233 234 0 20,0 234 233 234 0 20,0 234 233 234 0 20,0
EQ [kVArh] 0 0 0 0 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Dátum 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06 2011.10.06
Fogyasztói Oldal Idő VL1 [V] VL2 [V] VL3 [V] S3F [VA] EP [kWh] 6:25:33 0 0 0 0 0,0 6:26:33 0 0 0 0 0,0 6:27:33 0 0 0 0 0,0 6:28:33 0 0 0 0 0,0 10:01:34 0 0 0 0 0,0 10:02:34 0 0 0 0 0,0 10:03:34 222 0 0 954 0,0 10:04:34 217 0 0 2692 0,0 13:59:34 217 0 0 2652 11,1 14:00:34 216 0 0 2648 11,2 14:01:34 215 0 0 2624 11,2 14:02:34 216 0 0 0 11,2
EQ [kVArh] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
A mért adatokból megállapítható, hogy a töltő és inverter berendezések együttes vesztesége ~ 0,6kWh. Ennek alapján jó közelítéssel megállapítható, hogy a teljes mérés során (ha a töltési és kisütési idő átlagát vesszük), ((216perc+238perc)/2)/60 = 3,783óra a töltő ő és inverter berendezések teljes együttes vesztesége 3,783*0,6kWh = 2,27kWh A hatásfok megállapításához, szükséges a bevitt energia mennyiségét csökkenteni a töltő és inverter berendezések együttes veszteségével. Ezek alapján a hatásfok jó közelítéssel 11,2kWh / (20kWh2,27kWh)*100% = ~63% 13
VRB Technológia VRB rendszer alkalmazási következtetések I. rész -
-
-
-
Fentiek alapján elegendő biztonsággal megtehető az a következtetés, hogy a vizsgálati feltételek mellett, a bekövetkező változások nem befolyásolják károsan az egyenáramú fogyasztó üzemét. Jelen mérések alapján a VRB és a vele együttműködő töltő elektronika fizikailag szünetmentes áramforrást biztosít. A VRB egység fenti viselkedése alapján megállapítottuk, hogy a flicker néven nevezett rövid idejű, véletlenszerű kimaradásokat is képes a rendszer kiiktatni és előírás szerint tolerálni. A mérések tanúbizonysága szerint a váltóáramú betáp kiesése esetén a VRB által megtáplált DC/AC inverter szinte késedelem nélkül képes belépni a kiesett hálózat helyébe, és helytáll a fogyasztó felé. Azt tapasztaltuk, hogy a töltés-kisütés váltás a DC oldalon oly gyorsan megy végbe, hogy ez egy megfelelően illesztett DC/ AC inverter esetén a fogyasztói oldalon nem eredményez káros kiesést, és megfelel a hivatkozott szolgáltatóra vonatkozó szabványnak. 14
VRB Technológia VRB rendszer alkalmazási következtetések II. rész Az
elvégzett méréses vizsgálatok összefoglaló eredményeként megállapítható, hogy a VRB energiatároló mért hatásfoka megegyező a gyártó által rögzített (maximális névleges teljesítményekhez közeli, töltés-kisütés ciklusokhoz tartozó) értékekkel.
15
VRB Technológia VRB rendszer alkalmazási következtetések II. Rész Az
rendszer hatásfoka természetesen nagyban függ a rendszer alkalmazási paramétereitől, töltési ciklus, a kisütés mértéke, konstans teljesítmény, hőmérséklet. Több féle alkalmazás vizsgálata esetén megállapítható, hogy a rendszer teljes körű AC/AC hatásfoka 64-72% között mozog, magasabb töltöttségi szintnél a hatékonyság is magasabb.
Elmondható, hogy a delta hatékonyság 0% és 100% töltöttségi állapot között csupán 6% ami igen keskeny terület, szemben más akkumulátor technológiák 40-55% hatékonyság változási együtthatójával a töltöttségi állapot függvényében.
16
VRB Technológia VRB rendszer alkalmazása a villamos közlekedésben
Visszatáplált szakaszok A VRB rendszer kiváló alkalmazására, kiváló lehetőség adódik a városi villamos közlekedesben, azokon a vonalakon, ahol visszatáplálás történik a rendszerbe. Ezt az energiát hatákonyan lehetne tárolni VRB technológiával, majd visszatáplálni a rendszerbe, mivel a rendszer fizikai képességei ezt lehetővé teszik. Igen komoly rendszerszintű megtakarítás lenne elérhető ezáltal.
17
VRB temékek Az egyedi stack technológiának köszönhetően két termékvonal áll rendelkezésre, a különböző energia igények, alkalmazások kiszolgálására Standard Cell Stack
Two Product Lines Nagy rendszerek
• Jól kipróbált és bevált standard 7.5kW cell stack • Magas rendelkezésre állás és megbízhatóság • Párhuzamos kapcsolással magas fokú skálázhatóság
Kis rendszerek
Cell Stack
• Multi-cell stacks
• Single cell stack
Kapacitás
• 200kW Modul • x MW kapacitású rendszerek
• 5kW x 4 óra • 5kW x 8 óra
Alkalmazás
• Szélerőmű park • Hálózat bővítés, • minőségjavítás
• Távközlési bázisállomás • Távoli területek ellátása 18
VRB Termékek kW-Osztályú rendszerek 36 és 42 cellás verziók (42 cellás verzió szerepel a képen) 5kW, 48VDC rendszer Standard kapacitás 20kWh vagy 40kWh Alapvetően távközlési alkalmazások kiszolgálására tervezve
19
VRB Termékek MW-Osztályú rendszerek Standard modul 200kW AC a feszültségszintek beállíthatóak 300kW csúcs terhelés Az energia tároló képesség az alkalmazáshoz illesztve MW osztályú rendszerek a modulok párhuzamos kapcsolásával épül fel igen magas rendelkezésre állás Standard modulok alkalmazását teszi lehetővé Célpiac a hálózat stabilizálás, beavatkozási képesség növelés és zöld energia rendszerbe illesztés támogatása 20
Hálózati energia tárolás •
A hálózati energia tárolás a megújuló energia alkalmazásával valamint a „Smart Grid” rendszerek létrehozásával kapcsolatban kritikus pont
Kihívások
Szél Szél energia energia
• Kiszámíthatatlan,gyorsan változik, szignifikánsan érinti a hálózati rendelkezésre állást • Az éjszakai szélenergia szolgáltatási csúcs és a nappali vételezési csúcs nincs összhangban
A hálózati tárolás elő őnyei • A teljesítmény simítása az igények egyezethetősége OutputTarget (Wind+Storage)
Wind Turbine Output
1
21
41
61
81
101
121
141
Storage charges
Smart Smart Grid Grid
• Termelés: Mennyiség
• Elosztott energia tárolás a csúcsok levágására
• Szállítás,elosztás: Torlódás és alacsony kihasználtság
• A rendelkezésre álló szállítási kapacitás jobb kihasználása és a rendelkezésre álló eszközök gazdaságosabb alkalmazása
• Szolgáltatás: Hálózati rendelkezésre állás
• Vész energia szolgáltatás,szigetszerű kialakítás lehetősége
Néhány projekt PacifiCorp, Castle Valley, Utah 250kW / 2MWh (8 óra) Távvezeték bővítés kiváltására létrehozott projekt
COMMERCIAL CONFIDENTIAL PRUDENT ENERGY INC.
22
Néhány projekt Gills Onions, Oxnard, California 600kW / 3.6MWh Átadás 2011 Októberében A meglévő üzemanyag cellás erőmű mellet fog üzemelni A csúcsterhelés kiszolgálására Back-up energiaforrásként Kedvező IRR a teljes projektre Bővíthetőség megoldott
23
VRBTechnológia
Köszönöm a figyelmet!
24
