O microrețea este un sistem energetic autosuficient care deservește o arie limitată, cum ar fi o locație sau o clădire pentru misiune critică. O microrețea utilizează, de obicei, unul sau mai multe tipuri de energie distribuită care produc energie. În plus, multe microrețele mai noi conțin sisteme de stocare a energiei în baterie (BESS), care, atunci când sunt cuplate cu electronice avansate, pot imita ieșirea unui generator fără timpul său lung de pornire. Conectată la o clădire sau un campus din apropiere, această soluție hibridă de energie distribuită (DES) furnizează energie utilizatorilor locali prin intermediul unei rețele de distribuție, cu un sistem de control digital care echilibrează cererea și oferta.
Caracteristicile microrețelei
O microrețea este locală: La fel ca generatoarele digitale, microrețelele oferă acces local la energie și pot servi ca sursă de energie de rezervă dacă rețeaua se defectează. Cu toate acestea, spre deosebire de generatoarele diesel, microrețelele furnizează surse de energie permanentă, care sunt mai eficiente și pot oferi beneficii societale, de sustenabilitate și economice.
O microrețea este independentă: În plus, o microrețea se poate deconecta de la rețeaua centrală și poate funcționa independent. Această capacitate de izolare permite microrețelelor să furnizeze energie clienților lor atunci când o furtună sau un alt eveniment provoacă o întrerupere a rețelei electrice. Generarea locală și capacitatea de a se izola cu microrețele oferă un timp de funcționare mai mare pentru utilizatorii finali și aduce beneficii rețelei centrale. În perioadele de stres, deconectarea sarcinilor mari ajută rețeaua centrală să mențină echilibrul pentru acei clienți mai mici, care au nevoie și de energie.
O microrețea poate include resurse: Microrețelele pot conține DER-uri (resurse distribuite de energie) conectate prin aparate de comutare și controlate de un controler inteligent de microrețea. Aceste resurse energetice pot include active precum BESS-uri, panouri solare, stocare de energie termică, căldură și energie combinată, energie eoliană, pile de combustie și generatoare cu motor alternativ, generatoare liniare, turbine și multe altele. Instalarea unei varietăți de DER le permite utilizatorilor să selecteze și să aleagă dintre sursele cu combustibili pentru a atinge obiective precum îmbunătățirea sustenabilității, performanței, încărcărea de vârf sau medie, participarea pe piață și multe altele.
Microrețelele au sisteme de control la fața locului: Conectarea ofertei și a cererii într-un “dans” de mare viteză determină coordonarea necesară dintre generare, distribuția energiei și consum. Controlerul de microrețea este un sistem digital care gestionează DER-urile, logica de comutare și cererea de energie a clădirii din apropiere, cu un grad ridicat de sofisticare. Sistemul este ajustat în funcție de resursele disponibile dacă proprietarul microrețelei dorește să obțină costuri reduse sau timp de funcționare ridicat.
Ce nu este o microrețea?
Este important să reținem ce nu este o microrețea. Unii folosesc termenul pentru a descrie un DES simplu, cum ar fi panourile solare de pe acoperiș. Cu toate acestea, o microrețea va menține curentul electric atunci când rețeaua centrală se defectează; un panou solar singur nu o va face. Mulți operatori de clădiri cu panouri solare nu sunt conștienți de acest fapt și sunt surprinși că pierd energie în timpul unei întreruperi de rețea.
Generatoarele simple de rezervă, de asemenea, nu sunt microrețele. Astfel de sisteme sunt folosite doar în situații de urgență, în timp ce microrețelele funcționează 24/7/365, gestionând și furnizând energie clienților lor.
Sisteme de control al microrețelei
Microrețelele oferă controale vitale care ajută utilizatorii să asigure continuitatea energiei, să reducă costurile de utilizare ale energiei și să contribuie la serviciile de rețea. Aceste sisteme:
Îmbunătățesc rezistența funcțională: Una dintre cele mai importante distincții ale unei microrețele este rezistența funcțională, prin faptul că permite izolarea în siguranță a unui circuit de ramificare a energiei de urgență pentru misiuni critice și servicii fiabile de rezervă ale energiei, în timpul întreruperii rețelei.
O microrețea asigură o tranziție energetică fără întreruperi de la puterea externă la rețeaua principală. O astfel de tranziție poate fi planificată sau neplanificată, cea din urmă fiind cea mai dificilă deoarece Pierderea puterii Utilității (LoU) sau Recuperarea puterii Utilității (RoU) nu sunt anticipate. Pe lângă LoU și RoU, utilitatea poate trimite, de asemenea, o Cerere de deconectare (DtD) în așteptarea LoU, din cauza întreruperilor de alimentare a utilității (cum ar fi scăderile de alimentare, condiții de incendiu și alte probleme grave). În plus, microrețea poate emite o Cerere de Reconectare (RtR) în cazul RoU, unde reconectarea necesită, de obicei, ca microrețeaua să respecte reglementările pentru a evita alimentarea accidentală a activelor de utilități.
Este de remarcat faptul că o microrețea rezilientă necesită o deconectare sincronizată și pornire a unui suport de sarcină critică pe termen scurt, atunci când are loc o LoU, pentru a furniza așa-numita cerere de sarcină critică „fără pâlpâire”. Într-o microrețea complet fără întreruperi, un astfel de suport de sarcină critică pe termen scurt ar trebui să fie disponibil și în cazul unui DtD, pentru a permite microrețelei să anticipeze o întrerupere planificată sau neplanificată a utilității. Deoarece microrețeaua este mereu pornită, poate oferi suport de sarcină critică, sporind rezistența operațională.
Furnizează alimentare de rezervă permanentă: Microrețeaua oferă, de asemenea, servicii suplimentare atunci când este conectată la rețea, permițând utilizatorilor să reducă costurile cu energia electrică datorită costului energiei din timpul utilizării, tarifelor la cererea de vârf și serviciilor de rețea.
După cum s-a discutat anterior, timpul de utilizare (ToU) se referă la prețul energiei electrice (măsurat de obicei în kWh) în funcție de ora din zi dintr-o săptămână; este de asemenea ajustat în funcție de sezon. Cererea de vârf este vârful maxim de putere măsurat în timpul unui ciclu lunar de facturare. Reducerea ambelor poate duce la o reducere semnificativă a costurilor cu energia electrică. Pentru instalațiile industriale, tarifele de vârf ale cererii pot fi între 30% și 70% din factura lunară de energie electrică.
Un DER permanent în microrețea poate produce energie atunci când prețul este ridicat. Figura 1 de mai jos ilustrează comparația dintre puterea controlată și cea necontrolată, arătând o reducere semnificativă a energiei și a cererii de energie între orele 12:00 și 19:00. Inginerii electricieni pot realiza o astfel de reducere prin planificarea ieșirii fotovoltaice (PV) pentru a doua zi, combinată cu capacitatea de stocare a energiei (baterie), pentru a furniza energie după apusul soarelui, diminuând astfel producția de energie fotovoltaică.
În plus, prin măsurarea fluxului de putere în timp real peste punctul de cuplare comună (PCC) la utilitate, echipele pot reduce vârfurile de putere suplimentare, pentru a limita tarifele de taxare la cererea de vârf. Poate fi o provocare pentru inginerii electricieni să reducă vârfurile de putere cu o planificare anticipată, deoarece acestea pot fi imprevizibile. În astfel de cazuri, măsurătorile de putere în timp real furnizate de un controler de microrețea pot ajuta echipele să coordoneze DER-urile și să reducă cererea de vârf.
Oferă logică de comutare, controlul puterii și capabilități de planificare: Controlerul de microrețea este unitatea centrală de procesare care coordonează resursele și încărcările energetice, asigurând transferuri de energie fără întreruperi. Ilustrațiile descriu adesea aceste controlere ca fiind centralizate. Cu toate acestea, cea mai bună practică este să le organizați într-un mod distribuit în microrețea, deoarece oferta și cererea sunt extrem de sensibile la problemele de latență.
Cum să planificați integrările BESS în microrețele
Planificarea integrării BESS într-o microrețea presupune mare parte dintre aceleași considerente pe care le presupune și integrarea altor active de generare, transport și distribuție a energiei, cum ar fi generatoare și substații, împreună cu câteva specificități ale controlerelor și bateriilor de microrețea.
Considerent #1: Limitări ale duratei. Primul mit care trebuie spulberat atunci când se încorporează un BESS pe bază de baterie litiu-ion (LIB) într-o microrețea este ideea că BESS poate înlocui un generator de rezervă. Un BESS bazat pe LIB are o durată de descărcare de aproximativ patru ore. Cerințele privind durata alimentării de rezervă în multe locații de pe glob pot fi între 72 și 96 de ore. Prin urmare, un BESS ar trebui utilizat fie ca sursă de rezervă pe termen scurt pentru întreaga instalație, fie ca sursă de rezervă pe termen lung pentru încărcările prioritare ale instalației.
Un al doilea mit este că energia solară plus stocarea bateriei pot oferi o sursă de energie de rezervă adecvată pentru o instalație. Având în vedere cerințele de utilizare a terenului pentru stocarea solară și a bateriilor, așa cum este prezentat în Figura 2, integrarea unei soluții solare cu stocare complet autonome pentru întreaga durată a energiei de rezervă devine prohibitivă.
Considerent #2: Bariere ale costului de capital. Deși costurile de stocare a energiei au scăzut drastic în ultimii zece ani, implementarea unui BESS complet se confruntă în continuare cu provocări comerciale, cu excepția cazului în care proprietarii realizează mai multe fluxuri de venituri din această investiție, cum ar fi gestionarea cererii de energie la fața locului și participarea la piețele de rezervă. Acestă situație de afaceri se va îmbunătăți în următorii ani, pe măsură ce costurile scad și reglementările centrate pe BESS evoluează.
Considerent #3: Siguranța la incendiu a unui BESS. Siguranța la incendiu a unui BESS staționar este o considerație importantă pentru instalațiile urbane. LIB-urile prezintă mai multe caracteristici care pot provoca atât gaze explozive (eliberare de gaze) înainte de un eveniment termic, cât și evenimente de fugă termică, atunci când un separator de celule de baterie este conectat. (Figura 3) Incendiile LIB nu pot fi stinse cu ușurință prin metode convenționale de stingere a incendiilor. Ca urmare, locațiile care utilizează LIB-uri ar trebui să se asigure că îndeplinesc noul NFPA 855-20, standard pentru instalarea sistemelor staționare de stocare a energiei pentru siguranța la incendiu.
Concluzie
O microrețea oferă fiabilitatea necesară pentru a satisface nevoile instalațiilor critice de energie și, pe măsură ce piața se maturizează, constatăm că aceste proiecte devin din ce în ce mai viabile din punct de vedere financiar. Mai simplu spus, microrețeaua poate fi cea mai bună alternativă a organizațiilor pentru creșterea fiabilității operaționale, prin adăugarea de reziliență prin intermediul energiei hibride și prin compensarea costurilor energetice prin participarea la serviciile de rețea și urmărirea obiectivelor de sustenabilitate.
Există mai multe opțiuni pentru generarea locală de energie într-o microrețea, iar alegerea depinde de aplicație și de alți factori. Un BESS oferă cea mai bună combinație de fiabilitate, funcționalitate și flexibilitate economică în multe scenarii.
Vertiv™ DynaFlex BESS, Integrated Modular Design – Vertiv™ DynaFlex BESS folosește baterii litiu-ion UL9540A pentru a oferi stocare de energie la scară de utilitate pentru întreprinderile esențiale, care pot fi folosite ca sursă de alimentare permanentă.
Pentru mai multe informații despre Vertiv™
DynaFlex BESS, Integrated Modular Design vizitați Vertiv.com sau contactați reprezentanții locali Vertiv în România la emea.ro@Vertiv.com.