Rozwijająca się sieć elektroenergetyczna zasilana energią fotowoltaiczną i związany z tym wpływ na sieć elektroenergetyczną stworzyły korzystniejsze warunki dla rozwoju magazynowania energii.
Magazynowanie energii fotowoltaicznej różni się od wytwarzania energii elektrycznej podłączonego do sieci energetycznej tym, że wykorzystuje akumulatory do magazynowania energii oraz urządzenia do ich ładowania i rozładowywania. Początkowa inwestycja będzie wyższa, ale zakres możliwych zastosowań będzie znacznie szerszy. W niniejszym artykule przedstawiamy cztery scenariusze zastosowań fotowoltaiki i magazynowania energii, które odpowiadają różnym zastosowaniom: scenariusze zastosowań magazynowania energii w fotowoltaice w sieci, scenariusze zastosowań magazynowania energii poza siecią, scenariusze zastosowań hybrydowego systemu magazynowania energii w sieci oraz scenariusze zastosowań magazynowania energii w mikrosieci fotowoltaicznej.
1. Scenariusz dla zastosowań magazynowania energii poza siecią fotowoltaiczną
Systemy fotowoltaiczne do magazynowania energii i wytwarzania prądu poza siecią są coraz częściej wykorzystywane w odległych regionach górskich, obszarach pozbawionych zasilania, na wyspach, w stacjach bazowych i systemach oświetlenia ulicznego, a także w innych miejscach, gdzie mogą działać autonomicznie, bez konieczności korzystania z sieci energetycznej.
System składa się z panelu fotowoltaicznego, falownika fotowoltaicznego, magazynu energii oraz odbiornika prądu. W warunkach oświetlenia panel fotowoltaiczny przekształca energię słoneczną w energię elektryczną i jednocześnie zasila odbiornik za pośrednictwem zintegrowanego układu sterowania odwrotnego oraz ładuje akumulator. W przypadku braku oświetlenia akumulator zasila odbiornik prądu przemiennego za pośrednictwem falownika.
Systemy fotowoltaiczne do generowania energii poza siecią są projektowane specjalnie z myślą o regionach pozbawionych sieci energetycznych lub doświadczających częstych przerw w dostawie prądu. Systemy te działają w trybie „magazynowania i użytkowania” lub „najpierw magazynowania, a potem użytkowania”, analogicznie do sposobu, w jaki węgiel drzewny jest transportowany przez śnieg. „Śnieg zatopiony w węglu drzewnym”. W obszarach bez sieci energetycznej lub z częstymi przerwami w dostawie prądu, które dotykają rodziny, systemy poza siecią są bardzo praktyczne.
2. Scenariusze zastosowań hybrydowego magazynowania energii w sieciach fotowoltaicznych
Hybrydowe systemy magazynowania energii fotowoltaicznej są powszechnie stosowane w przypadku częstych przerw w dostawie prądu. Wysokie taryfy za zużycie własne zapobiegają nadwyżkom energii do internetu; taryfy szczytowe są znacznie droższe niż taryfy dolne i te przeznaczone do alternatywnych zastosowań.
System składa się z paneli fotowoltaicznych, zintegrowanych systemów zasilania słonecznego podłączonych do sieci i poza nią, akumulatorów, odbiorników i innych komponentów. W obecności światła słonecznego, panel fotowoltaiczny przekształca energię słoneczną w energię elektryczną i ładuje akumulator, jednocześnie zasilając odbiornik za pośrednictwem falownika sterującego energią słoneczną. W przypadku braku światła akumulator ładuje falownik sterujący energią słoneczną, a następnie zasila odbiornik prądu przemiennego.
Wprowadzenie kontrolerów ładowania/rozładowania i akumulatorów w systemach podłączonych do sieci i poza nią podnosi całkowity koszt o około 30%-50% w porównaniu z systemem wytwarzania energii podłączonym do sieci. Jednakże, to rozszerzenie rozszerza potencjalne zastosowania systemu. Po pierwsze, możliwa jest konfiguracja systemu fotowoltaicznego do generowania energii z mocą znamionową w okresach wysokiego zapotrzebowania na energię elektryczną, w celu obniżenia kosztów energii elektrycznej. Po drugie, możliwe jest ładowanie systemu fotowoltaicznego w trybie poza siecią i rozładowywanie go w okresie szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną, wykorzystując różnicę cen między segmentami szczytowymi i dolinowymi. Wreszcie, w przypadku niedostępności sieci, system fotowoltaiczny pełni funkcję awaryjnego źródła zasilania, a falownik można dezaktywować, aby pracował poza siecią. Obecnie ten scenariusz jest wdrażany częściej w krajach rozwiniętych za granicą.
3. Scenariusze zastosowania systemów magazynowania energii fotowoltaicznej w sieci
System fotowoltaicznego magazynowania energii w sieci, działający w trybie sprzężenia prądu przemiennego, wykorzystujący głównie ogniwa fotowoltaiczne i komponenty magazynujące energię. Oprócz zwiększenia udziału energii wytwarzanej we własnym zakresie oraz naziemnych systemów dystrybucji energii fotowoltaicznej, przemysłowych i komercyjnych systemów magazynowania energii fotowoltaicznej oraz innych potencjalnych zastosowań, system ten posiada zdolność magazynowania nadwyżek energii.
Moduły ogniw słonecznych składają się z układu fotowoltaicznego, który uzupełnia pakiet akumulatorów, kontroler ładowania/rozładowania (PCS) oraz obciążenie pobierające energię. W sytuacjach, gdy moc słoneczna jest niższa od mocy obciążenia, system jest zasilany częściowo energią słoneczną i z sieci. I odwrotnie, gdy moc słoneczna przekracza moc obciążenia, część energii słonecznej jest wykorzystywana do zasilania obciążenia, a pozostała część jest magazynowana za pośrednictwem kontrolera. Ponadto, system magazynowania energii może być wykorzystywany do zarządzania popytem, arbitrażu szczytowego i dolnego zapotrzebowania oraz w innych scenariuszach, aby zwiększyć rentowność systemu.
Na nowym chińskim rynku energetycznym, system magazynowania energii podłączony do sieci fotowoltaicznej cieszy się dużym zainteresowaniem jako nowy sposób wykorzystania energii odnawialnej. Integrując urządzenie magazynujące energię, generator fotowoltaiczny i sieć prądu przemiennego, system maksymalizuje wykorzystanie energii odnawialnej.
4. Scenariusze zastosowań systemów magazynowania energii w mikrosieciach
Ze względu na swe znaczenie jako urządzenia magazynującego energię, systemy magazynowania energii w mikrosieciach zajmują coraz ważniejszą pozycję w chińskim systemie energetycznym i rozwoju nowej energii.
Wraz ze wzrostem popularności energii odnawialnej i ciągłym postępem naukowo-technicznym, scenariusze zastosowań systemów magazynowania energii w mikrosieciach stale rosną. Scenariusze te dotyczą przede wszystkim dwóch aspektów wymienionych poniżej:
1). Rozproszone wytwarzanie energii i system magazynowania energii: Rozproszone wytwarzanie energii polega na umieszczeniu małych urządzeń do wytwarzania energii w pobliżu użytkownika końcowego, wykorzystując źródła takie jak energia wiatrowa, ogniwa fotowoltaiczne i inne. Nadwyżka wytworzonej energii jest następnie magazynowana w systemie magazynowania energii, który służy jako awaryjne źródło zasilania w okresach dużego zapotrzebowania na energię elektryczną lub przerw w dostawie prądu.
2) Rezerwowe zasilanie mikrosieciowe: Aby zapewnić niezawodne lokalne zasilanie w odległych obszarach, na wyspach i w innych miejscach o utrudnionym dostępie do sieci, można wykorzystać systemy magazynowania energii mikrosieciowej jako rezerwowe źródła zasilania.
Wykorzystując komplementarność wielu źródeł energii, mikrosieci mogą optymalizować wykorzystanie potencjału rozproszonej, czystej energii. Pozwala to im łagodzić niekorzystne aspekty, takie jak ograniczona moc, zawodne wytwarzanie energii i zawodne, niezależne źródła zasilania, zapewniając jednocześnie bezpieczne funkcjonowanie większej sieci energetycznej. W rezultacie mikrosieci stanowią cenne uzupełnienie dla większej sieci energetycznej. Skala scenariuszy zastosowań mikrosieci jest znacznie większa, od kilku kilowatów do dziesiątek megawatów, a różnorodność możliwych wdrożeń jest znacznie szersza.
Wzorce wykorzystania magazynowania energii fotowoltaicznej są rozległe i zróżnicowane, obejmując mikrosieci, systemy pozasieciowe i systemy podłączone do sieci. Praktyczne zastosowania energii odnawialnej charakteryzują się unikalnymi korzyściami i atrybutami każdego typu scenariusza, które łącznie zapewniają użytkownikom niezawodną i efektywną energię.
Wraz z ciągłym rozwojem technologii fotowoltaicznej i spadkiem jej kosztów, magazynowanie energii fotowoltaicznej będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w systemie energetycznym przyszłości. Jednocześnie rozwój i wdrażanie różnorodnych scenariuszy ułatwi szybki rozwój rozwijającego się chińskiego sektora energetycznego i pomoże w osiągnięciu transformacji energetycznej oraz niskoemisyjnego, zrównoważonego rozwoju.
