Tworzenie i obsługa wirtualnej elektrowni

Świat wirtualny spotyka się z rzeczywistością

Kończą się zapasy paliw kopalnych. Coraz częściej stosuje się bardziej skomplikowane i ryzykowne metody ich wydobycia, m.in. takie jak szczelinowanie. Problemy związane z ich długotrwałym przechowywaniem, a także wątpliwości natury finansowej i politycznej, czynią z energii jądrowej trudne rozwiązanie. Pilnie potrzebne jest więc opracowanie rozwiązań, które będą przyjazne dla środowiska.

Wiele źródeł i wiele ograniczeń

Istnieje wiele odnawialnych źródeł energii. Jednym z nich jest energia słoneczna, jednak można ją produkować jedynie w dzień i w odpowiednich warunkach pogodowych. Z kolei wadą znanej od wieków energii wiatrowej są niestabilne i nieprzewidywalne dostępność oraz natężenie. Ponadto cień i hałas powodowane przez wirniki nowoczesnych turbin wiatrowych sprawiają, że to rozwiązanie spotyka się z dezaprobatą społeczeństwa.

Dostęp do energii wodnej i jej przechowywania jest łatwy, jednak popularność tego rozwiązania w niektórych krajach europejskich ograniczają warunki geograficzne. Niekiedy zbudowanie większych zapór i elektrowni szczytowo-pompowych jest praktycznie niemożliwe z przyczyn politycznych. Energia geotermalna również pozostaje raczej niszowym źródłem energii w części Europy.

Dzięki elektrociepłowniom łatwo dostępna i łatwa do przechowywania może być energia pochodząca z biomasy, jednak to rozwiązanie konkuruje pod względem zapotrzebowania na grunty z produkcją żywności. Negatywnym aspektem w przypadku tego źródła energii odnawialnej są również wylesienia związane z tworzeniem biomasy poza Europą.

Aby możliwe było zrównoważenie zmienności odnawialnych źródeł energii i zachowanie stabilności sieci energetycznej, konwencjonalne elektrownie muszą mieć możliwość regulowania zapotrzebowania na energię. Przykładowo w Niemczech taka regulacja odbywa się z wykorzystaniem elektrowni opalanych węglem kamiennym i brunatnym. Skutkiem jest jednak negatywny bilans CO2. Takie elektrownie są zazwyczaj stare i cechują się małą elastycznością działania, a nakłady finansowe są zazwyczaj nieadekwatne do rentowności takich obiektów. Alternatywą mogą być elektrownie opalane gazem, które emitują mniej CO2 i można je łatwo kontrolować, ale jednocześnie są bardziej kosztowne w eksploatacji. Nadwyżka energii odnawialnej doprowadziła do ograniczenia liczby elektrowni gazowych na rzecz bardziej dochodowych elektrowni węglowych.

Wirtualnie powiązane i sterowalne sieci energetyczne

Istnieje zapotrzebowanie na nowe, inteligentne strategie produkcji, przechowywania, dystrybucji i użytkowania. Odpowiedzią na nie są wirtualne elektrownie, które w inteligentny sposób łączą różne źródła energii odnawialnej. Technologia sterowania i dostarczania informacji umożliwia automatyczne łączenie odpowiednich źródeł energii, w zależności od ich dostępności.

Wirtualne elektrownie, w których inteligentne i centralnie sterowane instalacje na biomasę, magazynujące jednocześnie energię wodną, równoważą niestabilność elektrowni słonecznych i wiatrowych oraz zapewniają ciągłość dostaw energii, czego nie można powiedzieć o stosunkowo powolnych elektrowniach węglowych i jądrowych.

Kolejne usprawnienia przyniosłaby inteligentna integracja. Przykładowo oczyszczalnie ścieków stosują jedynie gaz z oczyszczalni do pokrycia częściowego zapotrzebowania na energię. Gdyby oczyszczalnia ścieków była zintegrowana w wirtualnej elektrowni i występowałaby nadwyżka energii, możliwe byłoby wstrzymanie pracy oczyszczalni ścieków, a gaz mógłby być przechowywany w odpowiednim zakładzie lub elektrociepłowni. Wówczas oczyszczalnia ścieków mogłaby pozyskać energię z sieci elektrycznej, przyczyniając się tym samym do zapewnienia stabilizacji tego procesu. Jeżeli wzrosłoby zapotrzebowanie na energię z sieci, oczyszczalnia mogłaby dostarczyć dodatkową energię z gazu, który przechowuje. Elektrownie szczytowo-pompowe mogą magazynować energię z sieci i ponownie ją wykorzystywać w razie potrzeby. Jednak ze względu na liczne przemiany energii to rozwiązanie jest mało efektywne.

Inteligentna sieć różnych źródeł energii umożliwiłaby operatorom dołączenie do lukratywnego rynku kontroli energii i korzystanie z rezerw, a dzięki temu poprawę amortyzacji i rentowności. Im większa liczba i dywersyfikacja źródeł energii, tym lepiej.

Gdy tylko wirtualne elektrownie osiągną wymaganą wydajność, możliwe będzie ostateczne zamknięcie elektrowni wspieranych energią z paliw kopalnych. Efektem będzie trwała poprawa bilansu CO2 i brak ograniczeń w dostępności energii.

Know-how dla inżynierów i operatorów

Niestety, nie ma gotowych wirtualnych elektrowni, ponieważ każda instalacja jest opracowywana zgodnie z indywidualnymi wymaganiami, w zależności od typu i liczby uczestników. Do przygotowania odpowiedniego rozwiązania konieczne jest połączenie różnych postaw. Doświadczeni specjaliści mogą pomóc w skonfigurowaniu niezawodnej i ekonomicznej instalacji produkcyjnej, przy jednoczesnym uwzględnieniu działania na rzecz zrównoważonego rozwoju społeczeństwa i środowiska.

Podstawą każdego systemu sterowania są wydajne podzespoły automatyki cechujące się zoptymalizowanym zużyciem energii. Portfolio firmy Mitsubishi Electric obejmuje kompletne podstacje energetyczne do łączenia systemów energii wiatrowej i słonecznej, począwszy od PLC do niewielkich zastosowań (kilka tysięcy wejść/wyjść z inteligentnymi zdalnymi terminalami), układów smartRTU do bezpiecznej i bezprzewodowej komunikacji ze stacją główną, aż po styczniki, elementy bezpiecznikowe do sterowania zaworami, a także urządzenia HMI. Dostępne są również wydajne i energooszczędne falowniki do sterowania napędami. Możliwość sprzężenia zwrotnego i tymczasowego magazynowania uzupełniają zasoby projektowe, jakie oferują systemy zoptymalizowanej kontroli energii.

Wydajne i odpowiednio skalowane systemy SCADA umożliwiają łączenie poszczególnych zakładów wytwarzania energii elektrycznej w celu tworzenia inteligentnie skoordynowanych wirtualnych elektrowni. Mitsubishi Electric oferuje produkty do monitorowania cyklu życia, takie jak system sterowania procesem PMSXpro i oprogramowanie Mitsubishi Adroit Process Suite (MAPS). Gwarantują one szybką i płynną reakcję na zapotrzebowanie ze strony sieci energetycznej i sterowanie pracą elektrowni wykorzystujących energię odnawialną, które zostały do nich podłączone, zgodnie z ich zastosowaniem i możliwościami. Oprócz MAPS czy PMSXpro firma oferuje również wiele możliwości scentralizowanej lub zdecentralizowanej obsługi zakładu, które także są certyfikowane zgodnie z wymaganiami normy dla elektrowni opracowanej przez korporację VGB.

Koszty i finansowanie

Rozwój metod dostaw energii odnawialnej i elektrowni oraz tworzenie sieci przesyłowych i sieci rozdzielczych wymagają określonych nakładów finansowych. Obecnie oprocentowanie obligacji rządowych jest bardzo niskie, wiarygodność i gwarancja ich zwrotu niewielkie, a transakcje na rynku nieruchomości i papierów wartościowych stają się coraz bardziej ryzykowne, toteż inwestycje w odnawialne źródła energii mogą okazać się niezwykle opłacalnym wyborem. 

MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V.
Oddział w Polsce
ul. Krakowska 50, 32-083 Balice
tel. 12 347 65 00
fax 12 347 65 01

źródło: Automatyka 9/2016