Referencje 26 maja 2021

Systemy magazynowania bilansują energię słoneczną

W ramach projektu Smart Grid Solar, Bawarskie Centrum Badań Stosowanych nad Energią sprawdza, w jaki sposób urządzenia magazynujące mogą przyczynić się do dostosowania lokalnych sieci do zwiększonych dostaw energii słonecznej. Sterowniki WAGO zapewniają bezpieczną komunikację pomiędzy poszczególnymi systemami a centrum sterowania.

Przyłączenie do sieci niskiego napięcia odnawialnych źródeł energii jest jednym z największych wyzwań transformacji energetycznej. Bawarskie Centrum Badań Stosowanych nad Energią (ZAE Bayern) wraz z partnerami z nauki i przemysłu rozpoczęło w małym mieście Arzberg w Górnej Frankonii badania terenowe, które powinny przynieść pewne rozwiązania. "Jak można połączyć dużą liczbę instalacji fotowoltaicznych z lokalną siecią bez kosztownej rozbudowy tej ostatniej? Jak w przyszłości, gdy jeszcze więcej systemów energii odnawialnej będzie dostarczać energię, będzie można bezpiecznie i efektywnie obsługiwać sieci lokalne?" Na te pytania starają się odpowiedzieć uczestnicy projektu.

Niezawodna itegracja systemu magazynownia - wsparcie WAGO:

Sterowniki WAGO oferują dużą elastyczność w integracji różnych systemów
Sprawna transmisja danych pomiędzy kontrolerami a centrum sterowania za pomocą protokołu MQTT
Niezawodność - nawet w niekorzystnych warunkach pogodowych

Elektroliza zasilana energią słoneczną

Chcąc znaleźć odpowiedzi na te pytania, naukowcy utworzyli w dzielnicy Arzberg-Schlottenhof centrum testowe inteligentnych sieci. Obok modułów fotowoltaicznych o łącznej mocy szczytowej 50 KW, zainstalowano tam systemy magazynowania wykorzystujące baterie przepływowe (redox-flow-storage) realizujące funkcje buforów krótkoterminowych, a także elektrolizer ze zbiornikiem wodoru i ogniwo paliwowe do długoterminowego magazynowania energii. Instalacje testowe są podłączone do lokalnej sieci elektroenergetycznej w Schlottenhof. Lokalizacja została wybrana nieprzypadkowo, ponieważ w tej okolicy wiele gospodarstw domowych używa systemów fotowoltaicznych, a niektóre z tych gospodarstw posiadają małe magazyny energii.

Inteligentne sterowanie magazynami energii

„Aby zrównoważyć wahania w wytwarzaniu energii, potrzebna jest inteligentna koordynacja pracy krótko- i długoterminowych magazynów energii. W procesie tym konieczne jest uwzględnienie prognoz pogody i przewidywanego zużycia energii“ – wyjaśnia Luchscheider. Zadanie to ma wykonywać dyspozytornia wyposażona w wydajny serwer. Komputer, wykorzystując symulację i modele matematyczne, będzie przygotowywał instrukcje postępowania, które w postaci sygnałów będą przekazywane do magazynów energii.

Rejestrowanie ważnych danych

Sterowanie tak złożonym systemem wymaga posiadania prawidłowych danych o stanie magazynów energii i instalacji solarnych, obciążeniu oraz o stopniu wykorzystania sieci. Dlatego ZAE Bayern co kilka sekund zbiera szczegółowe dane o wszystkich komponentach systemu. To między innymi dane o produkcji i zużyciu energii w dwudziestu gospodarstwach domowych w Schlottenhof (w tym w czterech z domowymi magazynami energii). Co sekundę rejestrowane są też poziom napięcia, prądu i kąt przesunięcia fazowego na lokalnym transformatorze sieciowym. Naukowcy mierzą również dane pogodowe, takie jak lokalne wartości nasłonecznienia i siłę wiatru. Dane poprzez połączenie VPN przesyłane są do centralnego serwera , który zestawia je z prognozami produkcji energii solarnej oraz obciążeniami i przetwarza je na sygnały sterujące.

Południowy szczyt pod kontrolą

Jak konkretnie wygląda takie sterowanie? Magazyny energii w gospodarstwach domowych w słoneczne dni zaczynają się ładować nie przed południem, lecz dopiero nieco później. Chodzi o to, aby dysponowały pojemnością, gdy moc paneli fotowoltaicznych osiągnie maksimum. Nic to nie zmienia z punktu widzenia właścicieli magazynów energii – akumulatory są naładowane wieczorem, gdy potrzebują oni energii elektrycznej. Optymalny moment poboru energii jest obliczany przez serwer w oparciu o dane z sieci i instalacji oraz prognoz pogody i obciążenia.

Zalety rozwiązania WAGO

„Jakość i dostępność danych jest niezwykle ważna dla powodzenia naszych testów w terenie“ – podkreśla Luchscheider. Z tego względu ZAE zdecydowało się na zapewnienie komunikacji pomiędzy poszczególnymi instalacjami a dyspozytornią za pomocą sterowników WAGO PFC200. „Produkt WAGO jest wyjątkowo niezawodny. Jak dotąd nigdy mieliśmy z nim problemów“ – dodaje Luchscheider. Poza tym sterownik zapewnia naukowcom maksymalną elastyczność w projektowaniu testów. „Dzięki wielu różnym wejściom rozwiązania WAGO nie mamy żadnych ograniczeń, jeśli chodzi o włączanie poszczególnych systemów i instalacji“ – mówi kierownik projektu. Do pomiaru napięcia, prądu i kąta przesunięcia fazowego służą 3-fazowe moduły pomiaru mocy firmy WAGO. Dane są wymieniane przez Internet za pośrednictwem GSM i DSL. „Nie każdy producent to oferuje" – dodaje Luchscheider.

Płynna transmisja danych

Naukowcy korzystają również z elastyczności PFC200 w zakresie programowania. „Sterowniki WAGO obsługują preferowany przez nas język programowania R. Jest to ważne, ponieważ do opracowywania naszych modeli możemy używać tego samego kodu co w sterownikach. Oszczędza nam to dużo czasu i zapobiega powstawaniu błędów". Przesyłanie danych między sterownikami a serwerem odbywa się za pośrednictwem protokołu MQTT. „Jest to bardzo efektywne, a także bardzo ułatwia konfigurację“ – mówi Luchscheider.

Otwartość na nowy sprzęt

Otwartość gwarantowana przez komponenty WAGO i platformę sterującą pozwala badaczom na tworzenie dalszych scenariuszy i testowanie nowych algorytmów. „W tym celu będziemy potrzebowali w przyszłości nowego sprzętu, który będzie można testować w innych projektach, między innymi w zastosowaniach przemysłowych oraz integrować go z systemem“ – mówi Luchscheider. W centrum testowym ZAE jest miejsce na dodatkowe, nowe technologie, które będą przygotowywane na funkcjonowanie w inteligentnych sieciach.

Wytrzymałe i niezawodne

Niektóre sterowniki są montowane bezpośrednio przy instalacjach fotowoltaicznych, na których naukowcy badają zachowanie różnych typów modułów w każdych warunkach atmosferycznych. Sprawia to, że sterowniki i inne komponenty systemu są narażone na działanie wiatru, deszczu, śniegu, mrozu i upałów. Nie stwarza to jednak żadnych problemów: „Od momentu rozpoczęcia projektu nie straciliśmy ani jednej zmierzonej wartości. Sterowniki zdecydowanie nadają się do użytku na zewnątrz“ – chwali je Luchscheider.

Lepsze wykorzystanie fotowoltaiki

Podobnie jak wiele innych gmin wiejskich, miasteczek i osiedli, również miejscowość Schlottenhof samodzielnie wytwarza dużą część energii elektrycznej potrzebnej do pokrycia własnego zapotrzebowania, a potencjał zaopatrywania w energię pochodzącą z paneli fotowoltaicznych jest ogromny. Dzięki swojemu projektowi badawczemu ZAE Bayern i jego partnerzy w znacznym stopniu przyczyniają się do tego, aby wizja przyjaznego dla klimatu, rozproszonego systemu zaopatrywania w energię mogła stać się rzeczywistością w Schlottenhof i innych miejscach, bez kosztownej rozbudowy lokalnej sieci.

Tekst: Heiko Tautor, WAGO

Zdjęcie: Kurt Fuchs/ZAE Bayern, Ralph Diermann