Filip Asanović dipl.elž.

1. Filip Asanović dipl.el.inž. MOGUĆNOST SKLADIŠTENJA ENERGIJE VJETRA Pržno, maj 2013. godine

2. 1.UVOD Slika 1: Instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu od 2001-2011

3. Sa povećanjem snage i veličine farme vjetroelektrana (offshore preko 1000 MW), takođe će se povećati i njihov uticaj na rad elektroenergetskog sistema (stabilnost, kontrola tokova snaga ...). U slučaju velikih offshore vjetroelektrana nagle promjene u napajanju mogu da dovedu do nestabilnosti elektroenergetskogsistema. • Za pouzdano snabdijevanje električnom energijom postoji potreba za operativne (pogonski aktivne) rezerve, odnosno dodatne instalisane kapacitete. Tako da farma vjetroelektrana treba da ima "rezervnu elektranu" koja će biti u stanju da pokrije eventualne manjke energije.

4. 2. MOGUĆNOSTI SKLADIŠTENJA SNAGE VJETRA Slika 2. Različiti načini skladištenja električne energije

5. Zamajac • Energija se skladišti uz pomoć rotirajuće osovine (rotora) u vidu rotiacione energije. Sama stopa pražnjenja zamajca je visoka i u zavisnosti od dizajna nalazi se između 1% i 10% po satu, što ih čini neprikladnim za duže skladištenje energije. Zamajce karakteriše dug vijek trajanja, visoka gustina energije, velika izlazna snaga, kratko vrijeme pristupa, visoka efikasnost i mali uticaj na životnu sredinu. • Kondezatori • Njih odlikuje visoka gustina snage. Oni mogu da pune ili prazne velike količine energije u vrlo kratkom vremenskom periodu (par milisekundi). Međutim, ta moć je dostupna samo za kratko vrijeme. Samo pražnjenje dvoslojnog kondenzatora, koje iznosi oko 10% dnevno, čini ih manje pogodnim za dugoročno skladištenje. • SMES • Skladišti energiju u magnetnom polju kalema i u roku od nekoliko milisekundi oslobađa veoma veliku snagu. Međutim, to je moguće samo za nekoliko sekundi, pa još uvijek nisu pogodni za skladištenje energije. U slučaju velikih SMES-ova rezultirajuće magnetno polje može da ima uticaj na životnu sredinu. Nedostaci su mala gustina energije i problemi stabilnosti za velike sisteme izazvani jakim magnetnim poljem.

6. Vodene pume • Tokom “off-peak” perioda (noćima) i vikendom voda se pumpa iz nižih u gornje bazene i čuva kao potencijalna energija. U periodima najvećeg opterećenja ova voda se koristi za pogon generatora i proizvodnju električne energije koja ulazi u sistem sa efikasnošću od oko 75%. Ove stanice imaju životni vijek od oko 50 godina što ih čini veoma interesantnim. Međutim, postoje i nedostaci kao: nedostatak odgovarajućih lokacija i uticaj na životnu sredinu. • CAES • Tokom “off-peak” perioda i vikendom CAES koristi električnu energiju za skladištenje i kompresiju vazduha u podzemne šupljine (pećine soli, napušteni rudnici, strukture stijena, vještački rezervoari...). Kad je potrošnja na vrhuncu kompresovani vazduh se koristi za proizvodnju električne energije. Efikasnost je od oko 42% do 52% (izduvni gasovi). Najnovije i veoma zanimljive su adijabatske CAES koji imaju dodatno skladište toplote. U ovom slučaju otpadna toplota se čuva u ovim skladištima dodatne toplote, a kasnije se koriste da se zagreje kompresovani vazduh. Efikasnost CAES-a može ovim da se poveća do 70%. • Vodonik • Dobija se uz pomoć elektrolize i potom čuva u cisterni za gas. Kada je potrebno, ćelije mogu da koriste sačuvani vodonik i proizvedenu električnu energiju koja se isporučuje u sistem. Tokom transformacije goriva ćelija proizvodi čistu vodu i nema oslobađanja emisija štetnih gasova. Vodonik može da skladišti velike količine energije, ali sa niskom efikasnošću (25%).

7. Tabela I.Tehničke karakteristike nekih vrsta skladištenja

8. NAS baterije • Zbog svojih veoma dobrih tehničkih karakteristika (velika gustina energije, brzo pristupno vrijeme, impuls snage ...) natrijum sumporove baterije (NAS) su izabrane kao baterija za skladištenje velike količine energije vjetra. Slika 3.Impuls karakteristike NAS baterije

9. 3. PRINCIP RADA "FARME VJETROELEKTRANA-BATERIJA" Slika 4. Farme vjetroelektrana i baterije za skladištenje povezani sa električnom mrežom. Ako je proizvedena snaga iz farme vjetroelektrana (Pw) veća od potrošnje (PL), onda će razlika snage biti sačuvana u bateriju. Ovaj slučaj je označena kao PW> PL. S druge strane, ako je potražnja veća od proizvodnje vjetroparka (PW<PL), onda baterija za skladištenje pokriva razliku potrošnje.

10. 3.1. Primjena snage • Kao što je prikazano na slici 5 rad “farma vjetrogeneratora - baterije" može se razlikovati u sledećim slučajevima: • proizvodnja snage iz farma vjetrogeneratora je približna opterećenju, • proizvodnja iz farma vjetrogeneratora je manja od opterećenja, • proizvodnja iz farma vjetrogeneratora je veća od potražnje. Slika 5. Farme vjetroelektrana i baterije za skladištenje povezani sa električnom mrežom.

11. Na osnovu Slike 3. biće analizirano isključivanje cijele farma vjetrogeneratora u slučaju oluje, kada se baterija koristi za skladištenje energije. Za ovu farmu vjetrogeneratora ćemo pretpostaviti da ima procijenjenu snagu od 300 MW. Prema tome, projektovana baterija treba da obezbijedi procijenjenu snagu farme vjetrogeneratora prema sistemu na 15 minuta, pa je veličina baterije podešena na 75 MW. Slika 6. Farme vjetroelektrana i baterije za skladištenje povezani sa električnom mrežom.

12. 3.2. Primjena energije Na Slici 7. je prikazan primjer upravljanje energijom "farme vjetrogeneratora- baterije" za dva dana (48 sati) s obzirom na potrošnju. Veličina farme vetrenjača je 300 MW, a veličina baterije 75 MW. Slika 7. Primjer primjene energije baterije za skladištenje (krive opterećenja za 6. i 7. novembar 2005)

13. 4. ZAKLJUČAK • Tehnička analiza različitih rešenja za skladištenje energije, sugeriše da se NAS baterije, pumpna hidro skladišta, CAES i vodonik mogu koristi za skladištenje energije vjetra. NAS baterije i CAES su dale najbolji obećavajući rezultat pod datim okolnostima. Zbog visokog uticaja na sredinu i nepostojanja adekvatnog mjesta blizu priključnih tačaka na velikim offshore vetroelektranama, izgradnja pumpnih hidro stanica je manje vjerovatna. Dok zbog veoma visokih investicionih troškova, skladištenje pomoću vodonika u bliskoj budućnosti nije ekonomski prihvatljivo. • Najveća baterija na svetu za skladištenje električne energije napravljena je u Kini, u saradnji kompanije BYD, proizvođača električnih automobila i punjivih baterija i Kineske nacionalne elektrodistributivne korporacije (SGCC). Ceo sistem se sastoji iz kombinovane elektrane na solarnu energiju i energiju vetra i sistema baterija kapaciteta 36MWh. Poređenja radi, ova gigantska baterija, u slučaju nestanka struje, može da napaja 12.000 domaćinstava tokom jednog sata. Projekat je koštao više od 500 miliona dolara, a ceo baterijski system zauzima površinu veličine fudbalskog terena. • Proizvođači baterije misle da će tokom dužeg perioda ona ostati najveća baterija na svetu. Pored ogromnog kapaciteta, kombinovani system za dobijanje električne energije iz različitih obnovljivih izvora i smart grid tehnologije čini ovaj projekat jedinstvenim.

14. HVALA NA PAŽNJI