Japońska organizacja rządowa NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) wraz z partnerami uczestniczącymi w projekcie – Hitachi, Ltd., Showa Denko Materials Co. Ltd. oraz Sumitomo Mitsui Banking Corporation (SMBC) ogłosiła, że projekt demonstracyjny z zakresu inteligentnych sieci w Polsce, mający na celu wsparcie rozwoju energetyki odnawialnej poprzez budowę hybrydowego magazynu energii (BESS) na terenie farmy wiatrowej Bystra w północnej Polsce osiągnął w czerwcu br. fazę monitorowania, a 25 września wszedł w fazę demonstracyjną.

Projekt jest wspierany przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska RP i realizowany we współpracy z polskimi firmami: Polskimi Sieciami Elektroenergetycznymi S.A. (PSE), Energą Operator S.A. (EOP) i Energą OZE S.A. (EOZE). Projekt przyczyni się do dalszej integracji energetyki odnawialnej w Polsce poprzez zapewnienie bezpiecznej pracy sieci elektroenergetycznej przy jednoczesnej minimalizacji nakładów inwestycyjnych na infrastrukturę przesyłową. Jest to kolejny etap polsko-japońskiego przedsięwzięcia, w ramach którego w październiku 2019 r. wdrożono system automatyki zabezpieczeniowej SPS (Special Protection Scheme).

Hybrydowy magazyn energii BESS

Hybrydowy magazyn energii BESS jest największym magazynem energii w Polsce, który wykorzystuje baterie litowo-jonowe o dużej mocy wyjściowej w połączeniu z bateriami kwasowo-ołowiowymi. Wykorzystanie tych dwóch technologii umożliwia osiągnięcie wysokiej efektywności w funkcji minimalizacji kosztów. Testy magazynu umożliwią ocenę skuteczności tego rozwiązania w „wygładzaniu” krótkoterminowych wahań mocy czynnej generowanej przez farmę wiatrową oraz zapewnieniu koniecznej rezerwy mocy do równoważenia zapotrzebowania na energię elektryczną („bilansowanie obciążeń”).

Budynek hybrydowego magazynu energii BESS przy farmie wiatrowej Bystra

W odpowiedzi na dyrektywy UE Polska zwiększa moce zainstalowane w źródłach odnawialnych, w tym generację energii z farm wiatrowych. Jest to szczególnie widoczne w północnych regionach kraju, gdzie występują korzystne warunki wietrzności. Pojawienie się dużych ilości wytwarzanej energii ze źródeł wiatrowych może zwiększać ryzyko destabilizacji systemu elektroenergetycznego przy jednoczesnym zmniejszaniu zdolności bilansowania obciążeń. Linie elektroenergetyczne posiadają ograniczone zdolności przesyłowe do wprowadzania do sieci dużych wolumenów wytwarzanej energii wiatrowej, zaś moce krajowych elektrowni szczytowo-pompowych, które są wykorzystywane do bilansowania obciążeń, mogą być niewystarczające. Generuje to potrzebę opracowania systemu stabilizującego sieć elektroenergetyczną, który umożliwi wprowadzanie dużych ilości energii ze źródeł odnawialnych i pozwoli na optymalizację związanych z tym kosztów.

Dlatego, w marcu 2017 r., organizacja NEDO podpisała memorandum o współpracy (MoU) z ówczesnym Ministerstwem Energii RP (obecnie Ministerstwo Klimatu i Środowiska) w sprawie „demonstracyjnego projektu zastosowania systemu automatyki zabezpieczeniowej w Polsce”, mającego na celu umożliwienie rozwoju energii odnawialnej w Polsce. Trzej wykonawcy wytypowani przez NEDO do wdrożenia projektu, Hitachi, Showa Denko Materials i SMBC, przeprowadzili badania terenowe oraz zaprojektowali, wyprodukowali, dostarczyli i zainstalowali urządzenia oraz rozpoczęli ich testy we współpracy z PSE (operatorem systemu przesyłowego w Polsce), EOP (operatorem systemu dystrybucyjnego w północnej Polsce) i EOZE (wytwórcy energii elektrycznej w Polsce). W efekcie wspólnych prac, 1 października 2019 r. został wdrożony system automatyki zabezpieczeniowej sieci elektroenergetycznej SPS (Special Protection Scheme).

W kolejnym etapie NEDO, wspomniani wyżej wykonawcy i firmy współpracujące, przeprowadzili instalację hybrydowego magazynu energii (BESS) na farmie wiatrowej Bystra w północnej Polsce, który 25 września br. wszedł w fazę demonstracyjną.

Na hybrydowy magazyn BESS, uruchomiony w ramach tego projektu demonstracyjnego, składają się:

• baterie litowo-jonowe o wysokiej mocy wyjściowej (1 MW-0,47 MWh),
• baterie kwasowo-ołowiowe o dużej pojemności (5 MW-26,9 MWh) wyprodukowane przez Showa Denko Materials,
• system BESS-DCS (system sterowania) wyprodukowany przez Hitachi, który umożliwia sterowanie tymi dwoma rodzajami baterii,
• system przekształcania energii elektrycznej PCS (Power Conversion System) o mocy 6 MW, dostarczony przez Hitachi ABB Power Grids.

Jest to największy system magazynowania energii w Polsce, zapewniający wysoki poziom efektywności, dla realizacji którego kierowano się funkcją minimalizacji nakładów inwestycyjnych.

Hybrydowy magazyn energii BESS, poprzez wdrożony wcześniej system SPS, będzie mógł być wykorzystywany jako rezerwowe źródło mocy do równoważenia zapotrzebowania na energię elektryczną podczas normalnej pracy systemu, a także do lokalnego „wygładzania” krótkotrwałych wahań mocy czynnej generowanej przez farmę wiatrową Bystra. System ten będzie również wykorzystywany do eliminacji przeciążeń sieci przesyłowej oraz dystrybucyjnej wysokiego napięcia powodowanych przez zakłócenia i awarie. Umożliwi to efektywne wykorzystywanie generowanej energii wiatrowej. W ramach projektu demonstracyjnego NEDO wraz z partnerami będą badać skuteczność różnych funkcji systemu, aby przyczynić się do zwiększenia udziału energii wiatrowej i energii z innych źródeł energii odnawialnej w Polsce.

Jednocześnie Hitachi, Showa Denko Materials i SMBC będą współpracować przy rozwijaniu modeli biznesowych umożliwiających wdrożenie takich systemów na większą skalę oraz analizować możliwości ich finansowania.

Hybrydowy magazyn energii – wsparcie wykorzystania energii wiatrowej
Generacja energii wiatrowej podlega wahaniom w zależności od warunków pogodowych. Z tego powodu operatorzy systemów muszą mieć możliwość łagodzenia skutków krótkoterminowych wahań mocy czynnej farm wiatrowych oraz posiadać odpowiednią rezerwę mocy, by nie dopuścić do destabilizacji sieci.

W projekcie demonstracyjnym NEDO wraz z partnerami (Hitachi, Showa Denko Materials) wykorzysta hybrydowy magazyn BESS, stanowiący połączenie dwóch rodzajów baterii: litowo-jonowych o doskonałej charakterystyce mocy wyjściowej oraz baterii kwasowo-ołowiowych o niskich kosztach jednostkowych na jednostkę pojemności, skonfigurowanych dla osiągnięcia optymalnego poziomu wydajności. Poprzez optymalną alokację i kontrolę pracy tych baterii celem projektu będzie ocena zdolności systemu do spełniania następujących funkcji podczas normalnej pracy:

• „wygładzania” krótkoterminowych wahań mocy czynnej generowanej przez farmę wiatrową,
• regulacji wtórnej częstotliwości,
• zapewnienia rezerw mocy na potrzeby bilansowania obciążeń,
• reagowania na zmiany zapotrzebowania na moc,
• arbitraż cenowy.

Projekt demonstracyjny zakłada również zweryfikowanie możliwości wykorzystywania magazynów energii do eliminowania lub łagodzenia przeciążeń linii przesyłowych i dystrybucyjnych występujących wskutek awarii sieci elektroenergetycznej, mających wpływ na przepływy mocy oraz – w szerszym zakresie – jako alternatywa dla rozbudowy sieci.

Zweryfikowanie ww. funkcji w ramach projektu posłuży do oceny wartości ekonomicznej stosowania hybrydowego magazynu BESS wykorzystującego baterie litowo-jonowe i kwasowo-ołowiowe.

Właściwości hybrydowego systemu BESS

Badanie modeli biznesowych i możliwości automatyki zabezpieczeniowej i magazynów energii
Projekt zakłada zbadanie korzyści wynikających z zastosowania systemów automatyki zabezpieczeniowej sieci elektroenergetycznej i hybrydowego magazynu energii oraz modeli biznesowych i sposobów ich finansowania. Współpracujące firmy: Hitachi, Showa Denko Materials, SMBC.