Filip Asanović dipl.el.inž.

MOGUĆNOST SKLADIŠTENJA

ENERGIJE VJETRA

Pržno, maj 2013. godine

Slika 1: Instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu od 2001-2011

1.UVOD

•Sa povecanjem snage i veličine farme vjetroelektrana (offshore preko 1000 MW), takođe ce se povecati i njihov uticaj na rad elektroenergetskog sistema (stabilnost, kontrola tokova snaga ...). U slučaju velikih offshore vjetroelektrana nagle promjene u napajanju mogu da dovedu do nestabilnosti elektroenergetskog sistema.

•Za pouzdano snabdijevanje električnom energijom postoji potreba za operativne (pogonski aktivne) rezerve, odnosno dodatne instalisane kapacitete. Tako da farma vjetroelektrana treba da ima "rezervnu elektranu" koja ce biti u stanju da pokrije eventualne manjke energije.

2. MOGUĆNOSTI SKLADIŠTENJA SNAGE VJETRA

Slika 2. Različiti načini skladištenja električne energije

•ZamajacEnergija se skladišti uz pomoc rotirajuce osovine (rotora) u vidu rotiacione energije. Sama stopa pražnjenja zamajca je visoka i u zavisnosti od dizajna nalazi se između 1% i 10% po satu, što ih čini neprikladnim za duže skladištenje energije. Zamajce karakteriše dug vijek trajanja, visoka gustina energije, velika izlazna snaga, kratko vrijeme pristupa, visoka efikasnost i mali uticaj na životnu sredinu.

•KondezatoriNjih odlikuje visoka gustina snage. Oni mogu da pune ili prazne velike količine energije u vrlo kratkom vremenskom periodu (par milisekundi). Međutim, ta moc je dostupna samo za kratko vrijeme. Samo pražnjenje dvoslojnog kondenzatora, koje iznosi oko 10% dnevno, čini ih manje pogodnim za dugoročno skladištenje.

•SMESSkladišti energiju u magnetnom polju kalema i u roku od nekoliko milisekundi oslobađa veoma veliku snagu. Međutim, to je moguce samo za nekoliko sekundi, pa još uvijek nisu pogodni za skladištenje energije. U slučaju velikih SMES-ova rezultirajuce magnetno polje može da ima uticaj na životnu sredinu. Nedostaci su mala gustina energije i problemi stabilnosti za velike sisteme izazvani jakim magnetnim poljem.

•Vodene pumeTokom “off-peak” perioda (nocima) i vikendom voda se pumpa iz nižih u gornje bazene i čuva kao potencijalna energija. U periodima najveceg opterecenja ova voda se koristi za pogon generatora i proizvodnju električne energije koja ulazi u sistem sa efikasnošcu od oko 75%. Ove stanice imaju životni vijek od oko 50 godina što ih čini veoma interesantnim. Međutim, postoje i nedostaci kao: nedostatak odgovarajucih lokacija i uticaj na životnu sredinu.

•CAESTokom “off-peak” perioda i vikendom CAES koristi električnu energiju za skladištenje i kompresiju vazduha u podzemne šupljine (pecine soli, napušteni rudnici, strukture stijena, vještački rezervoari...). Kad je potrošnja na vrhuncu kompresovani vazduh se koristi za proizvodnju električne energije. Efikasnost je od oko 42% do 52% (izduvni gasovi). Najnovije i veoma zanimljive su adijabatske CAES koji imaju dodatno skladište toplote. U ovom slučaju otpadna toplota se čuva u ovim skladištima dodatne toplote, a kasnije se koriste da se zagreje kompresovani vazduh. Efikasnost CAES-a može ovim da se poveca do 70%.

•VodonikDobija se uz pomoc elektrolize i potom čuva u cisterni za gas. Kada je potrebno, celije mogu da koriste sačuvani vodonik i proizvedenu električnu energiju koja se isporučuje u sistem. Tokom transformacije goriva celija proizvodi čistu vodu i nema oslobađanja emisija štetnih gasova. Vodonik može da skladišti velike količine energije, ali sa niskom efikasnošcu (25%).

  Zamajci Kondeza. SMES NAS baterije

vodeno pupme CAES Vodonik

kapacitet skladištenja 2,5 MWh malo 3 kWh nekoliko

100 MWh500-8000

MWh500-2500

MWhnekoliko

1000 MWh

snaga 25 MW velika 10 MW nekoliko 100 MW

100-1000 MW

nekoliko 100 MW

nekoliko 100 MW

gustina energije (kWh/m³)

1000 5 2,8 400 / / /

Cilusni zivotni vijek 1000000 1000000 nekoliko

1000 2500 / / /

zivotni vijek (godina) 20 10 20 15 50 40 /

vrijeme pristupa ms ms ms ms 1-3 min 10 min /

samo pražnjenje

1-10 % po satu

10 % po danu hlađenje nema nema nema /

efikasnost (%) 90-95 90 <95 90 75 54 klasi. 70 adija. 25

snaga / energija

25 MW za 5 min ili

5 MW za 30

min

nominalna snaga do nekoliko minuta

velika snaga

nekoliko sekundi

nominalna snaga

satima, a velika snaga

minutima

nominalna snaga na

duže vrijeme

nominalna snaga na

duže vrijeme

nominalna snaga na

duže vrijeme

uticaj na okolinu mali srednji mali srednji visoki srednji srednji

Tabela I.Tehničke karakteristike nekih vrsta skladištenja

Slika 3.Impuls karakteristike NAS baterije

•Zbog svojih veoma dobrih tehničkih karakteristika (velika gustina energije, brzo pristupno vrijeme, impuls snage ...) natrijum sumporove baterije (NAS) su izabrane kao baterija za skladištenje velike količine energije vjetra.

NAS baterije

3. PRINCIP RADA "FARME VJETROELEKTRANA-BATERIJA"

Slika 4. Farme vjetroelektrana i baterije za skladištenje povezani sa električnom mrežom.

Ako je proizvedena snaga iz farme vjetroelektrana (Pw) veca od potrošnje (PL), onda ce razlika snage biti sačuvana u bateriju. Ovaj slučaj je označena kao PW> PL. S druge strane, ako je potražnja veca od proizvodnje vjetroparka (PW<PL), onda baterija za skladištenje pokriva razliku potrošnje.

3.1. Primjena snage

Slika 5. Farme vjetroelektrana i baterije za skladištenje povezani sa električnom mrežom.

Kao što je prikazano na slici 5 rad “farma vjetrogeneratora - baterije" može se razlikovati u sledecim slučajevima: (a)proizvodnja snage iz farma vjetrogeneratora je približna opterecenju, (b)proizvodnja iz farma vjetrogeneratora je manja od opterecenja, (c)proizvodnja iz farma vjetrogeneratora je veca od potražnje.

Slika 6. Farme vjetroelektrana i baterije za skladištenje povezani sa električnom mrežom.

•Na osnovu Slike 3. bice analizirano isključivanje cijele farma vjetrogeneratora u slučaju oluje, kada se baterija koristi za skladištenje energije. Za ovu farmu vjetrogeneratora cemo pretpostaviti da ima procijenjenu snagu od 300 MW. Prema tome, projektovana baterija treba da obezbijedi procijenjenu snagu farme vjetrogeneratora prema sistemu na 15 minuta, pa je veličina baterije podešena na 75 MW.

3.2. Primjena energije

Slika 7. Primjer primjene energije baterije za skladištenje (krive opterećenja za 6. i 7. novembar 2005)

Na Slici 7. je prikazan primjer upravljanje energijom "farme vjetrogeneratora- baterije" za dva dana (48 sati) s obzirom na potrošnju. Veličina farme vetrenjača je 300 MW, a veličina baterije 75 MW.

4. ZAKLJUČAK

•Tehnička analiza različitih rešenja za skladištenje energije, sugeriše da se NAS baterije, pumpna hidro skladišta, CAES i vodonik mogu koristi za skladištenje energije vjetra. NAS baterije i CAES su dale najbolji obecavajuci rezultat pod datim okolnostima. Zbog visokog uticaja na sredinu i nepostojanja adekvatnog mjesta blizu priključnih tačaka na velikim offshore vetroelektranama, izgradnja pumpnih hidro stanica je manje vjerovatna. Dok zbog veoma visokih investicionih troškova, skladištenje pomocu vodonika u bliskoj buducnosti nije ekonomski prihvatljivo.

•Najveca baterija na svetu za skladištenje električne energije napravljena je u Kini, u saradnji kompanije BYD, proizvođača električnih automobila i punjivih baterija i Kineske nacionalne elektrodistributivne korporacije (SGCC). Ceo sistem se sastoji iz kombinovane elektrane na solarnu energiju i energiju vetra i sistema baterija kapaciteta 36MWh. Poređenja radi, ova gigantska baterija, u slučaju nestanka struje, može da napaja 12.000 domacinstava tokom jednog sata. Projekat je koštao više od 500 miliona dolara, a ceo baterijski system zauzima površinu veličine fudbalskog terena. Proizvođači baterije misle da ce tokom dužeg perioda ona ostati najveca baterija na svetu. Pored ogromnog kapaciteta, kombinovani system za dobijanje električne energije iz različitih obnovljivih izvora i smart grid tehnologije čini ovaj projekat jedinstvenim.

HVALA NA PAŽNJI