Nowe systemy zarządzania energią od naukowców z Delft

Tematem zajęli się badacze z holenderskiego Uniwersytetu Technicznego w Delfcie w publikacji pt. „Integracja magazynowania energii w systemach energetycznych z wykorzystaniem instalacji fotowoltaicznych oraz elastycznych odbiorników w celu zapewnienia rezerw częstotliwości i bezpośredniej regulacji obciążenia”, która ukazała się w „Sustainable Energy, Grids and Networks”. Zauważono bowiem, że pojazdy elektryczne i pompy ciepła mogą powodować szczyty zapotrzebowania na energię. To z kolei może prowadzić do przeciążeń sieci, transformatorów i kabli czy spadków napięcia.

Konieczna jest współpraca systemów

Negatywnie na system mogą oddziaływać także rozproszone zasoby energetyczne, jak instalacje fotowoltaiczne, które mogą „wywoływać przepięcia i przepływy mocy w kierunku przeciwnym”. Odpowiedzią na te ryzyka mają być właśnie systemy zarządzania energią (PMS; ang. power management systems) oraz systemy magazynowania energii (EES; ang. Energy storage systems).

Co ważne, systemy PMS mogą także wykorzystywać elastyczność nisko- i zeroemisyjnych technologii do świadczenia usług pomocniczych na rzecz głównej sieci. Wymieniono wśród nich zarządzanie przeciążeniami z wykorzystaniem strategii reagowania na zapotrzebowanie (DR; ang. demand response) oraz regulację częstotliwości.

Systemy PMS mogą zarządzać obciążeniami elastycznymi, np. pompami ciepła i pojazdami elektrycznymi wyposażonymi w funkcję „vehicle-to-grid", instalacjami fotowoltaicznymi oraz systemami ESS, a także wykorzystywać ich elastyczność do realizacji wielu celów, takich jak arbitraż energetyczny, bez naruszania zasad funkcjonowania sieci.
„Integracja magazynowania energii w systemach energetycznych z wykorzystaniem instalacji fotowoltaicznych oraz elastycznych odbiorników w celu zapewnienia rezerw częstotliwości i bezpośredniej regulacji obciążenia”, „Sustainable Energy, Grids and Networks”

Strategie DR, zdaniem analityków, mogą działać w dwóch kryteriach. Jak czytamy, „po pierwsze, strategie DR niejawne opierają się na dynamicznych cenach energii i taryfach sieciowych, takich jak taryfa czasowa, taryfa mocy, cena szczytowa czy wycena w czasie rzeczywistym”. Po drugie zaś, jawne strategie DR obejmują mechanizmy wykorzystujące elastyczność po stronie popytu – jako zasób dyspozycyjny.  Tutaj wymieniono redukcję, zwiększenie lub odłączenie obciążenia w ramach zachęt lub umów oraz dodano, że „takie strategie DR nazywane są również »bezpośrednią kontrolą obciążenia«”.

Najważniejszy jest odbiorca końcowy

W omawianej publikacji zbadano wydajność kilku technologii systemów magazynowania energii. Akumulatorowe systemy magazynowania energii – a w szczególności akumulatory litowo-jonowe – uznano za najodpowiedniejsze. Ma tak być ze względu na „ich wysoką gęstość energii, krótki czas reakcji i sprawność”.

Naukowcy opracowali deterministyczny system zarządzania energią (PMS), który – jak przekonują – „może być wykorzystywany w społecznościach energetycznych do optymalnego zarządzania zagregowanymi budynkami mieszkalnymi i komercyjnymi wyposażonymi w instalacje fotowoltaiczne i pompy ciepła, stacjami ładowania pojazdów elektrycznych oraz systemami magazynowania energii, a także do zapewniania arbitrażu energetycznego i różnych usług pomocniczych”.

System PMS wykorzystuje kontroler zarządzania energią społeczności, który odpowiada za pomiary mocy oraz wymianę informacji w ramach systemu PMS, a także między systemem PMS a siecią główną i rynkiem bilansującym. Wreszcie system PMS komunikuje się z siecią główną w celu wymiany energii i pełni rolę dostawcy usług bilansujących na rynku bilansującym.
„Integracja magazynowania energii w systemach energetycznych z wykorzystaniem instalacji fotowoltaicznych oraz elastycznych odbiorników w celu zapewnienia rezerw częstotliwości i bezpośredniej regulacji obciążenia”, „Sustainable Energy, Grids and Networks”

Proponowany system ma pełnić funkcję automatycznego „dyspozytora” energii dla lokalnych społeczności energetycznych. Jego działanie jest dwupoziomowe. Po pierwsze, planowanie na następny dzień, które odbywa się na podstawie prognoz cen, pogody, produkcji PV, zapotrzebowania budynków oraz ruchu samochodów elektrycznych. Na tym gruncie system układa plan, zawierający informacje, kiedy ładować, grzać, chłodzić czy sprzedawać energię.

Drugi tor działań to sterowanie w czasie rzeczywistym. Badacze zauważają, że rzeczywistość nie zawsze jest spójna z prognozami. W takich przypadkach system koryguje harmonogram, dostosowując go do realiów.

Priorytetowe mają być potrzeby użytkowników końcowych energii elektrycznej. System nie ma działać wyłącznie na rzecz większego zarobku na rynku, ale komfortu osób konsumenckich.