Mimo upływu dziesiątków lat podstawowa konfiguracja systemów elektroenergetycznych w zastosowaniach przemysłowych, komercyjnych i mieszkaniowych nie uległa znaczącym zmianom. Na horyzoncie widać jednak nadchodzącą rewolucję – ma ona postać nowych, przełomowych technologii hybrydyzacji i konwersji mocy. Ich wdrożenie z pewnością przyniesie użytkownikom znaczące korzyści.
Energia wiąże się z ogromnymi kosztami, a na najbliższą przyszłość prognozowany jest ich dalszy wzrost. Trudno się zatem dziwić, że przedsiębiorstwa z coraz większym zaangażowaniem szukają sposobów na kontrolowanie, a najlepiej na ograniczanie wydatków na energię. Oczywista wydaje się być chęć poprawy efektywności procesów, tak aby zużywały one mniej energii. Jest to podejście logiczne i godne pochwały, szczególnie dlatego, że pomaga chronić środowisko. Nie należy jednak zapominać o związanych z nim ograniczeniach. W końcu osiągnięty zostanie moment, w którym dalsze zwiększanie efektywności energetycznej procesów nie będzie realnie możliwe. Co wtedy?
Jeśli zmniejszenie ilości zużywanej energii nie jest możliwe, jedynym sposobem na obniżenie rachunków pozostaje znalezienie tańszej energii. Powiedzmy sobie szczerze: zakłady energetyczne prawdopodobnie nie poczują się zobowiązane w tym względzie, przynajmniej nie bezpośrednio, potrzebne więc będzie rozwiązanie bardziej kreatywne. Jest nim właśnie hybrydyzacja.
Czym jest hybrydyzacja? W tym kontekście, w najbardziej ogólnym znaczeniu jest to system energetyczny wykorzystujący co najmniej dwa niezależne źródła energii. W definicji tej istotne jest słowo „niezależne” – np. system energetyczny, który może być zasilany z jednej z dwóch podstacji elektroenergetycznych nie kwalifikowałby się jako system hybrydowy, ponieważ posiada dwa połączenia z tym samym źródłem energii, którym jest krajowa sieć zasilająca. Jednak system zasilania, który może pobierać energię z sieci zasilającej, a także z instalacji paneli słonecznych, jest zdecydowanie systemem hybrydowym.
To całkiem dobry przykład. Wzbogacenie systemu przemysłowego lub komercyjnego o odnawialne źródło energii, takiej jak energia słoneczna, może prowadzić do osiągnięcia odczuwalnych oszczędności kosztów. Dzięki kolejnemu elementowi w postaci magazynowania energii, najczęściej w formie akumulatorów, hybrydyzacja może przyczynić się do jeszcze większych oszczędności, a także sprawić, że eksploatacja systemu energetycznego będzie miała znacznie bardziej wszechstronny charakter.
Zazwyczaj rozwiązania hybrydowe są stosowane w aplikacjach typu „poza licznikiem” („behind the meter”) – dobrym przykładem jest tutaj ograniczanie wartości szczytowych. To oczywiste, że system zasilania zakładu musi być zaprojektowany tak, aby w bezpieczny sposób zaspokajać jego zapotrzebowanie przy maksymalnym obciążeniu. Najprawdopodobniej to maksymalne zapotrzebowanie na moc będzie miało charakter przerywany i będzie dotyczyć kilku godzin tygodniowo. Oznacza to, że przez większość czasu transformatory zasilające instalację pracują znacznie poniżej swojej pełnej wydajności.
Teraz przyjrzyjmy się zakładowi z hybrydowym systemem zasilania obejmującym magazynowanie energii. Parametry znamionowe bardzo drogich transformatorów mocy mogą raczej umożliwiać pracę ze średnim niż ze szczytowym obciążeniem, a akumulatory wyrównują różnice w okresach maksymalnego obciążenia. Na tym właśnie polega ograniczanie mocy szczytowej, które posiada jeszcze jedną dużą zaletę.
Wiele zakładów przemysłowych i handlowych jest obciążanych na podstawie taryfy „maksymalnego zapotrzebowania”, co oznacza, że zakłady energetyczne pobierają od użytkowników opłaty nie tylko za ilość zużywanej energii, ale również na podstawie maksymalnego obciążenia systemu dostaw energii. Ta dodatkowa opłata nie jest mile widziana, ale uzasadniona, ponieważ zakład energetyczny musi być w stanie sprostać szczytowemu zapotrzebowaniu, niezależnie od tego, jak rzadko się to zdarza. Ograniczanie mocy szczytowej pozwala użytkownikom energii zmniejszać maksymalne zapotrzebowanie na moc z sieci zasilającej, zaspokajając część szczytowego zapotrzebowania na energię z akumulatorów. Ma to bezpośrednie przełożenie w postaci zmniejszenia obciążenia w czasie maksymalnego zapotrzebowania.
W rzeczywistości wspomniane ograniczanie mocy szczytowej jest tylko jedną z wielu korzyści oferowanych przez hybrydowe systemy zasilania z funkcją magazynowania energii. Inną atrakcyjną możliwością jest magazynowanie energii z systemu zasilania w akumulatorach w okresach, gdy cena jest niska, i wykorzystywanie jej w czasie, gdy ceny energii są najwyższe (zazwyczaj między 16:00 a 19:00). Można to uznać za kolejną formę ograniczania mocy szczytowej pozwalającą bardzo znacząco obniżyć rachunki za energię. Kolejną zaletą niektórych hybrydowych systemów zasilania jest możliwość wytwarzania mocy biernej na żądanie. Dzięki niej można poprawić współczynnik mocy obiektu i tym samym zaoszczędzić zarówno energię, jak i pieniądze.
Hybrydowe systemy elektroenergetyczne zapewniają ogromne korzyści, m.in. zmniejszenie śladu węglowego i zrównoważony rozwój dla systemów elektroenergetycznych z niedyspozycyjnymi źródłami energii, jak energia słoneczna i wiatrowa. Hybrydyzacja pozwala na zwiększenie udziału źródeł odnawialnych w koszyku energetycznym poprzez kompensację wahań mocy ze źródeł odnawialnych o charakterze nieciągłym – kosztem źródeł emitujących dwutlenek węgla, takich jak elektrownie węglowe i gazowe. Utrzymanie równowagi między podażą energii i popytem na nią pozwala uniknąć wahań napięcia i częstotliwości oraz zapewnić odbiorcom doskonałą jakość napięcia.
Zastosowanie hybrydowego systemu zasilania z funkcją magazynowania energii może przyczynić się do zmniejszenia nakładów inwestycyjnych na urządzenia takie jak transformatory oraz spadku kosztów energii poprzez ograniczenie maksymalnego zapotrzebowania, poprawę współczynnika mocy oraz redukcję szczytowego zużycia energii, jednak na tym nie kończą się jego możliwości. Akumulatory mogą zasilać elektrownię w przypadku awarii krajowej sieci zasilającej. W takich przypadkach system hybrydowy działa skutecznie jako zasilacz bezprzerwowy (UPS) i może, w niektórych przypadkach, wyeliminować potrzebę osobnej instalacji UPS do zasilania obciążeń krytycznych lub wrażliwych.
Kolejną nieocenioną możliwością oferowaną przez hybrydowe systemy zasilania jest możliwość przesyłania energii z akumulatorów, paneli słonecznych lub innych lokalnych źródeł energii z powrotem do sieci zasilającej. Opłata uiszczana przez zakład energetyczny za tę energię to kolejny bardzo skuteczny sposób na obniżanie rachunków za energię! Hybrydowy system elektroenergetyczny może generować jeszcze większe przychody ze strony operatorów sieci poprzez usługi takie jak stałe pasmo przenoszenia częstotliwości pomagające zrównoważyć podaż i popyt na zasilanie sieciowe.
Miejmy nadzieję, że hybrydowe systemy energetyczne już teraz zaczną stanowić atrakcyjną opcję, co jednak z technologią potrzebną do ich wdrożenia? W rzeczywistości już teraz wszystko jest łatwo dostępne.
W ostatnich latach obserwujemy znaczące postępy w zakresie akumulatorów stosowanych do magazynowania energii. Najpopularniejsza jest technologia litowo-jonowa, szczególnie w przypadku wymogów zakładających szybkie reagowanie w krótkim czasie. Elon Musk zbudował i uruchomił w Australii akumulator tego typu o mocy 100 MW, jednak wymagania większości użytkowników systemów hybrydowych będą znacznie skromniejsze lub związane z dłuższym okresami. Oczekiwania tych użytkowników mogą spełnić akumulatory innego typu, na przykład przepływowe, mogące pracować przez nawet cztery godziny.
Jednakże akumulatory i niektóre odnawialne źródła energii, takie jak panele słoneczne, wytwarzają prąd stały, podczas gdy krajowa sieć zasilająca i prawie wszystkie przemysłowe i komercyjne systemy energetyczne potrzebują prądu przemiennego. Na szczęście rozwiązanie tego problemu również jest łatwo dostępne, choć na pierwszy rzut oka może brzmieć zaskakująco – chodzi o zastosowanie standardowych inwerterów, które są prawdopodobnie bardziej znane w postaci napędów o zmiennej prędkości obrotowej. W wersji z napędem o zmiennej prędkości obrotowej inwertery pobierają prąd zmienny z częstotliwością zasilania, przekształcają go na prąd stały (tzw. obwód pośredni DC), a następnie przekształcają prąd stały z powrotem na prąd zmienny z częstotliwością potrzebną do sterowania silnikiem.
Dla obwodu pośredniego DC bez znaczenia jest, skąd pochodzi prąd, może więc być zasilany zarówno z akumulatora lub panelu słonecznego, zamieniając prąd stały na prąd zmienny przy częstotliwości dokładnie dopasowanej i zsynchronizowanej z siecią zasilającą. Inwertery stosowane w hybrydowych systemach zasilania są w pełni dwukierunkowe, dzięki czemu mogą pobierać energię z sieci zasilającej i wykorzystywać ją do uzupełniania akumulatorów.
Choć na pierwszy rzut oka może się wydawać, że inwertery potrzebne do zastosowań hybrydowych różnią się nieco od sprzętu stosowanego w napędach o zmiennej prędkości obrotowej, okazuje się, że nie musi tak być. Inwertery Danfoss do hybrydowych systemów zasilania wykorzystują dokładnie ten sam sprzęt co napędy o zmiennej prędkości, chociaż oprogramowanie pokładowe jest, zgodnie z przewidywaniami, zaprojektowane tak, aby oferować różne funkcje. To podobieństwo sprzętowe jest dużą korzyścią, ponieważ oznacza, że w zastosowaniach hybrydowych wykorzystywane są produkty, które zostały poddane rygorystycznym testom i sprawdzone dosłownie w tysiącach zastosowań napędów o zmiennej prędkości na całym świecie.
Nie oznacza to jednak, że zaprojektowanie i wdrożenie niezawodnego i wydajnego hybrydowego systemu zasilania to tylko kwestia zakupu standardowych, dostępnych od ręki komponentów i przestrzegania instrukcji montażu! Do stworzenia zoptymalizowanego systemu potrzebna jest wiedza specjalistyczna, a wszystkim użytkownikom rozważającym inwestycję w energię hybrydową doradza się poświęcenie odpowiedniej ilości czasu na znalezienie dostawców posiadających odpowiednie doświadczenie w tym stosunkowo nowym obszarze technologii. Takim dostawcą jest firma Danfoss, która oferuje rozwiązania hybrydowe zgodne z międzynarodowymi przepisami dotyczącymi sieci zasilających, spełniające tym samym podstawowy wymóg podłączenia systemów hybrydowych do sieci energetycznych. Urządzenia firmy już się sprawdzają i przynoszą duże oszczędności w setkach hybrydowych systemów zasilania.
W ostatnim czasie wiele uwagi poświęcono tak zwanym technologiom przełomowym, jednak nie zawsze określenie to jest słuszne. Jedną z technologii niewątpliwie zasługujących na to miano jest hybrydyzacja. Systemy hybrydowe różnią się radykalnie od tych, które istniały wcześniej i, jak widzieliśmy, mogą one przynieść ogromne korzyści pod względem oszczędności kosztów i zmniejszenia oddziaływania na środowisko naturalne.
W rzeczywistości korzyści płynące z hybrydyzacji są tak wielkie, że nie byłoby przesadą stwierdzenie, iż w niedalekiej przyszłości hybrydowe systemy energetyczne będą pełnić rolę dominującą. Nie ma na co czekać! Już teraz możesz skorzystać z hybrydyzacji, więc zacznij działać od razu! Skontaktuj się z najlepszym ekspertem w dziedzinie technologii inwerterowej posiadającym doświadczenie w zakresie technologii hybrydowej!
