Tworzenie i obsługa wirtualnej elektrowni
Ilość energii elektrycznej wytwarzanej przy użyciu odnawialnych źródeł energii jest podatna na wahania, co czyni sieć niestabilną. Do zrównoważenia tej sytuacji mogą być wykorzystywane konwencjonalne elektrownie, jednak wiąże się to z takimi konsekwencjami, jak negatywny bilans CO2 czy brak elastyczności. Rozwiązaniem są wirtualne elektrownie, które mogą zapewnić stabilną pracę dzięki automatycznemu łączeniu odnawialnych źródeł energii.
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.
Podczas targów Energetab Mitsubishi Electric zaprezentuje swoją wirtualną elektrownię VPP (Virtual Power Plant)
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
source: Automatyka 9/2016