Izranjajuća harmonija velikog i malog u elektroenergetici

Nedavno objavljeni izvještaj predviđa eksplozivni rast distribuirane proizvodnje solarne energije, iz fotonaponskih sustava snage do 1 MW, u slijedećih pet godina. Danas je u svijetu instalirano oko 100 GW fotonaponskih elektrana, od čega su većina velika (utility-scale) postrojenja. Procjena je, da bi samo distribuiranih u slijedećih pet godina moglo biti instalirano 220 GW, uz ulaganje od 540 milijardi USD.

Report Anticipates 220 New Gigawatts of Distributed Solar Generation by 2018

Proizvodnja električne energije disperzira se na milijune malih proizvođača, kao što je danas slučaj s potrošnjom. Znatan postotak proizvodnje koristit će u blizini, bez potrebe za transformacijom na visoki napon, čime će se smanjivati gubici u mreži. Sadašnji državni poticaji kroz feed-in tarife omogućuju brzo širenje nove tehnologije, ali uskoro više neće biti potrebni, jer FN sustavi postižu “mrežni paritet”, tj. cijena proizvodnja je niža od cijene koju potrošači plaćaju lokalnom elektroprivrednom poduzeću.

Bitan činmbenik bit će i napredak u učinkovitosti i ekonomičnosti stacionarnih baterija (različitih tehničkih svojstava od onih u električnim vozilima), različitih kapaciteta, koje će se postavljati na raznim nivoima mreže (pojedinačne zgrade, mjesni, lokalni, nacionalni, međunarodni) iz tehničkih razloga (za spremanje viškova, kad proizvodnja premaši potrošnju) ili ekonomskih (za kasniju vlastitu potrošnju, jer će ukupna cijena proizvodnje i pohrane biti manja od cijene koju potrošači plaćaju elektrodistribuciji). Iako su nestalni i neupravljivi izvori u nekim zemljama prešli 20% proizvodnje tijekom godine (te više od 50% u pojedinim satima pa i danima), zasad se za nije pojavila snažna potreba za dodatnim sustavima pohrane energije, ali uz sadašnji trend rasta sigurno će se pojaviti u bliskoj budućnosti. O tome smo nedavno (20. travnja) objavili tekst Sustavi pohrane električne energije – bitni dio buduće mreže zasnovane na obnovljivima, a sad dodajemo nekoliko novih vijesti koje daju potpuniju sliku.

Eos Energy Storage — Next Big Thing In Energy Storage?

Članak govori o mogućem važnom tehnološkom prodoru u gradnji električnih baterija dovoljnog kapaciteta da se mogu koristiti na nivou elektroprivrednog poduzeća (utility), te trajnosti, učinkovitosti i cijene koja ih čini izglednim za masovno korištenje. Jedinica jedan megavat, kapacitet 6 MWh, trajnost 30 godina odnosno 10.000 ciklusa punjenja i pražnjenja. Članak donosi i neke dodatne informacije o tehnologijama skladištenja energije.

Ministarstvo energetike (Depertment of Energy) SAD donosi vijest o još jednom istraživanju novih tipova baterija , koje će olakšati šire korištenje vjetrenih i solarnih elektrana: New Battery Design Could Help Solar and Wind Power the Grid. Za one koje zanima više detalja: SLAC National Accelerator Laboratory – New Battery Design

;IHS: Solar PV energy storage market to grow to USD 19 billion in 2017

članak govori o nedavno objavljenom izvještaju “The Role of Energy Storage in the PV Industry”, koji predviđa da će u slijedeći pet godina svjetsko tržište za pohranu električne energije,vezano uz fotonaponske sustave, rasti stopom od 100% godišnje. (Ovdje se radi o baterijama manjih snaga, nekoliko ili nekoliko desetaka kilovata, a ne o “utility scale” kao u prethodnoj vijesti.) Očekuje se da će lider biti Njemačka (koja od 2008. bilježi strelovit rast FN elektrana, brži od očekivanoga, s danas postavljenih 30 GW vršne snage.) Njemačka je za baterije, vezane uz male FN sustave, uvela subvencije. S druge strane, cijena električne energije za kućanstva u Njemačkoj je visoka (oko 25 eurocenta po kilovatsatu), a garantirane otkupne cijene za predaju u mrežu padaju (i bit će ukinute kad instalirana snaga dosegne 52 GW) i niže su od kupovne cijene. Tako se malim proizvođačima (ne samo pojedincima, nego i kooperativama koje u njemačkoj energetici igraju znatnu ulogu) isplati ulagati u baterije, čuvajući proizvedenu energiju za vlastitu kasniju potrošnju.

World’s largest battery storage system to be installed in Japan

Još jedna vijest u biltenu “Energy Storage Industry News”: japanska vlada ulaže 300 milijuna dolara u gradnju najvećeg baterijskog sustava na svijetu, kapaciteta 60 MWh, na otoku Hokaido na kojem je već sagrađen velik broj fotonaponskih sustava. Poticajne mjere japanske vlade koje su stupile na snagu 1. srpnja prošle godine dovele su do znatne ekspanzije obnovljivih električnih kapaciteta, a osobito fotonaponskih (portal renewableenergyworld.com upozorava da bi prevelika brzina mogla donijeti probleme).

Jedno rješenje za problem varijabilnosti vjetra je integracija baterija sa turbinom. Kako čitamo u članku For Some Wind Turbines, Batteries Are Now Included!, “General Electric” je razvio takav model, koji je intaliran u jednoj VE u Teksasu.

Nova hijerarhija mreža

U slijedećem tekstu, prvobitno objavljenom u diskusiji na jednom forumu (ovdje uz manje izmjene), pokušali smo bez tehničkih detalja, u grubim crtama opisati ono što izranja – transformacija dizajna elektroenergetskog sustava. Mreža, koja bi jednoga dana mogla uspostaviti harmoniju velikog i malog, spajajući industrijalističku opsesiju veličinom i humanističko-ekonomsku i ekologističku parolu “Small is Beautifull”.

Sadašnji elektroenergetski sustav, kako se razvijao u našim krajevima od polovice prošloga stoljeća a u naprednijima koje desetljeće ranije, bazira se na malom broju velikih elektrana i velikom broju potrošača. Sinhronizacija mreže u većem dijelu Europe izvanredno je dostignuće tehnologije, organizacije i suradnje. Unificirana je usluga, a onda i način korištenja, svuda gdje mreža postoji.

Sustav se počeo razvijati od pojedinih “otoka”, jedna mala elektrana koja je snabdjevala jedno ili nekoliko industrijskih postrojenja, uličnu rasvjetu, nekoliko kuća. Kasnije su se otični sustavi povezivali, građeni su vodovi visokog napona, odvojen prijenos od distribucije. Sada se pažnja vraća na lokalni nivo, ali globalna povezanost se ne treba odbaciti. Danas možemo spojiti dva komplementarna pristupa, “odozdo” i “odozgo”.

Moguće je imati samodovoljan sustav za jednu kuću, s fotonaponskim panelima na krovu i baterijama. Ali to je preskupo (i tako će i ostati) i neučinkovito. Paneli od 10 kW na prosječnom krovu obiteljske kuće daju tijekom godine znatno više nego što prosječna obitelj potroši, a rijetko daju onda, kad je potrebna. Zato je i ekonomski i ekološki povoljnije da se kuća spoji na mrežu, kako se danas i radi, te naizmjence bude proizvođač i potrošač.

Ako se pak poveže sustav na nivou jednog sela ili četvrti, smanjuje se neravnoteža. ponude i potražnje. Tu su potrošači nekoliko desetina ili stotina kuća, škola, trgovine, kafići, obrtničke radionice idr.. A istovremeno u tom krugu može biti nekoliko desetaka fotonaponskih sustava, nekoliko manjih vjetroelektrana (ne onih od nekoliko megawata, nego desetaka kilowata), mala hidroelektrana na potoku, mali pogoni na drvne brikete ili bioplin… Sve to zajedno čini mjesnu mrežu. Ona se može napraviti posve samodovoljnom (kao u seocetu Feldheim u Njemačkoj uz znatno manje neučinkovistosti nego za pojedinačni objekt. Potrošnja je blizu mjesta proizvodnje, sve je na niskom naponu.

Ipak, nema razloga težiti potpunoj samodovoljnosti. Cijelo područje ostaje povezano na mrežu višeg napona. Neka područja mogu tijekom godine imati neto višak proizvodnje, druga manjak. Mogu imati baterije za spremanje lokalnih viškova.

Slijedeća prezentacija, sa skupa “7. hrvatski dani biomase” u rujnu 2012., govori o mogućnosti primjene tog koncepta u gradu Našice (prema modelu koji se razvija u austrijskom gradu Güssing): Model Güssing – nove tehnolgije na području obnovljivih izvora energije za energetski autarkični grad Našice,

Iznad toga, treći nivo bi bila šira područja, otprilike kao današnja elektrodistributivna područja u Hrvatskoj, svako sa više desetaka tisuća domaćinstava plus ostalo. Sva ta područja postaju distributivno-proizvodna, s elektranama reda nekoliko megavata ili desetaka megavata, koje se uključuju na tu mrežu. Tu će biti skladišta u vidu reverzibilinih hidroelektrana, možda komprimiranog zraka, proizvodnje vodika idr..

Iznad toga je nacionalno područje, i konačno podružje “supermreže” (European Supergrid ili EUMENA Supergrid), od Atlantika do Urala, od Laponije do Sahare, koje zajedno sa svim nižim nivoima osiguravaju stabilnost mreže.

Mnogo složeniji sustav nego prije, “pametne mreže” kojima se ne bi moglo upravljati bez moderne elektronike. Struja za vaše računalo može dolaziti iz fotopanela na krovu od nekoliko kilowata, male kogeneracije na biomasu u susjedstvu od jednog megawata, ili iz elektrana od stotina i tisuća megawata udaljenih i nekoliko tisuća kilometara.

To je jedan od ključnih dijelova sadašnje energetske tranzicije, “Energiewende”. Ne načelna vizija budućnosti, kakvu smo imali 1980-ih i 1990-ih, nego sustav čiji dijelovi izranjaju, proces koji je u tijeku i potrajat će još nekoliko desetljeća.

Dodatak

Članak Microgrids: Coming or No?, objavljen 9. svibnja na portalu RenewableEnergyWorld.com, govori o najnižoj, mjesnoj razini mreže. Govori o naglo povećanom interesu za tu temu u SAD nakon što je uragan Sandy doveo do teških poremećaja u makro-mreži.

O autoru Zoran Oštrić

Osobni blog: http://zoranostric.blog.hr
Ovaj unos je objavljen u elektrika. Bookmarkirajte stalnu vezu.

Odgovori

Popunite niže tražene podatke ili kliknite na neku od ikona za prijavu:

WordPress.com Logo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš WordPress.com račun. Odjava / Izmijeni )

Twitter picture

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Twitter račun. Odjava / Izmijeni )

Facebook slika

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Facebook račun. Odjava / Izmijeni )

Google+ photo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Google+ račun. Odjava / Izmijeni )

Spajanje na %s