Αποθήκευση Ηλεκτρικής Ενέργειας σε κτηριακές εγκαταστάσεις με ΦΒ Πιλοτικά έργα και οικονομική βιωσιμότητα Γιώργος Χ. Χριστοφορίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής, ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχ. Τ.Ε. Εργαστήριο Ηλεκτρικής Ισχύος
Διείσδυση ΦΒ στα κτήρια Τα δίκτυα διανομής αλλάζουν: Αρχικά σχεδιασμένα σαν παθητικά δίκτυα Με απλούς καταναλωτές Βασικά ζητήματα: Πιθανές υποτάσεις σε περιόδους υψηλής ζήτησης Επεκτάσεις για νέους καταναλωτές
Διείσδυση ΦΒ στα κτήρια Σημερινή κατάσταση: Μέτρια διείσδυση ΦΒ, εμφάνιση παραγωγών/καταναλωτών (prosumers) Ευνοϊκές πολιτικές και ενισχύσεις, μειωμένο κόστος, Περιορισμένη εμφάνιση αντίστροφης ροής ισχύος Few times, reverse power flows occurs, low magnitude Βασικό ζήτημα: Η δημιουργία σεναρίου που όλοι οι εμπλεκόμενοι θα κερδίζουν
Διείσδυση ΦΒ στα κτήρια Μελλοντικά: Υψηλή διείσδυση ΦΒ, μόνο prosumers Περισσότερο φιλόδοξοι στόχοι για ΑΠΕ, νέα μείωση κόστους, η τεχνολογία ΦΒ ανταγωνιστική με άλλες πηγές, κτήρια σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης (NZEB) Πιο έντονες και συχνές αντίστροφες ροές ισχύος Ζητήματα: Υπερτάσεις, θέματα προστασίας Αναντιστοιχία παραγωγής/κατανάλωσης
Μια πιθανή λύση Γίνεται σημαντική έρευνα για την αντιμετώπιση των θεμάτων αυτών. Μια πιθανή λύση θα ήταν: o Αύξηση της τοπικής κατανάλωσης της ενέργειας από ΦΒ o Ελαττώνοντας έτσι την απόκλιση μεταξύ παραγωγής/κατανάλωσης τοπικά αυξάνοντας την ιδιοκατανάλωση o -> Χρήση της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
Οι Προκλήσεις Επαυξάνοντας τη χρήση της ΗΑΕ σε κτίρια με ΦΒ: o Αυξάνεται η ιδιοκατανάλωση. o Αυξάνεται το φορτίο που θα καλυφθεί από τα ΦΒ. o Αντιμετωπίζονται λειτουργικά προβλήματα του δικτύου διανομής που οφείλονται στη μεγάλη έγχυση ισχύος σε περιόδους χαμηλής ζήτησης, όπως πχ υπερτάσεις. o Δίνεται η δυνατότητα διαχείρισης της ζήτησης (DSM) με χρονική μετακίνηση, αύξηση ή ελάττωση της ζήτησης του κτηρίου o Και γενικά βελτιώνεται η ηλεκτρική συμπεριφορά ενός κτηρίου προς το δίκτυο με κατάλληλο συντονισμό παραγωγής, αποθήκευσης και ζήτησης
Τα έργα StoRES και PV-ESTIA Απαντήσεις στα παραπάνω στοχεύουν να δώσουν 2 έργα διαπεριφεριακής συνεργασίας (Interreg MED και Balkan MED) που υλοποιούνται αυτήν την περίοδο StoRES: Προώθηση της διείσδυσης της διανεμημένης παραγωγής από φωτοβολταϊκά με εφαρμογή αποθήκευσης ενέργειας για όλους 2016 2019 7 χώρες - https://stores.interreg-med.eu/ PV-ESTIA: Ενίσχυση της ενσωμάτωσης αποθήκευσης σε κτήρια με φωτοβολταϊκά 2017 2019 4 χώρες www.pv-estia.eu Κοινός στόχος: Η αύξηση διείσδυσης ΦΒ με χρήση αποθήκευσης και η υλοποίηση πιλοτικών εγκαταστάσεων
Στόχοι του έργου PV-ESTIA Η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών διαχείρισης ενός υβριδικού συστήματος ΦΒ+ΗΑΕ σε κτήριο με στόχο την αύξηση της ιδιοκατανάλωσης του παραγωγού/καταναλωτή με ταυτόχρονη θεώρηση: o o o o Του σημερινού ή και εναλλακτικών κανονισμών των ΔΔΔΗΕ (DSO) Των καμπυλών παραγωγής και φορτίου Των πολιτικών τιμολόγησης ηλεκτρικής ενέργειας Των θερμικών και ψυκτικών φορτίων του κτηρίου Η υλοποίηση πιλοτικών εγκαταστάσεων (κτήριο ΕΛΚΕ ΑΠΘ κτήριο Εστιών ΤΕΙ Δυτ. Μακεδονίας) από τους εταίρους του έργου με σκοπό τη διερεύνηση και αξιολόγηση των τεχνικών που θα αναπτυχθούν Η καταγραφή και συλλογή αναλυτικών στοιχείων για την παραγωγή και την κατανάλωση σε οικιακούς και εμπορικούς παραγωγούς/καταναλωτές.
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES 1) Δημοτικό κτήριο στο Μαυροδένδρι Κοζάνης (Τύπος B) 5) Δημοτικό κτήριο στην Κοιλάδα Κοζάνης (Τύπος A) 2) Οικία στα Κοίλα Κοζάνης (Τύπος Β) 3) Βιομηχανικό κτήριο στο Βατερό Κοζάνης (Τύπος A) 4) Κτήριο τεχνικής υπηρεσίας Δήμου Κοζάνης (Τύπος A)
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES Τύπος A Σε 3 εγκαταστάσεις 6.9 kw 3x1-ph Storage Inverter (SMA Sunny Island 3.0) 20 kwh μπαταρίες μολύβδου-οξέος (Sunlight 5 RRES OpZV 535) Τύπος B Σε 2 εγκαταστάσεις 5 kw 3ph Storage Inverter (Fronius Symo Hybrid 5.0-3-S) 7.5 kwh Li-Ion batteries (Fronius Solar Battery 7.5)
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES Μετρητής ενέργειας
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES Δημοτικό κτήριο στο Μαυροδένδρι Κοζάνης Battery converter PV inverter Li-ion batteries StoRES meters
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES Ολοκλήρωση εγκαταστάσεων Μάρτιος 2018 Απλός τρόπος λειτουργίας αποθήκευσης: Μεγιστοποίηση ιδιοκατανάλωσης Φόρτιση όταν Παραγωγή > Ζήτησης Εκφόρτιση όταν Παραγωγή < Ζήτησης Καταγραφή δεδομένων από μετρήσεις ανά λεπτό, δυνατότητα αποθήκευσης επιπλέον χαρακτηριστικών ποιότητας ισχύος (αρμονικές κτλ) Συλλογή μετρήσεων για 3 χρόνια μετά το τέλος του έργου
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES Ενδεικτικές ημερήσιες καμπύλες (Δημοτικό κτήριο -Μαυροδένδρι) Αύξηση ιδιοκατανάλωσης
Πιλοτικές εγκαταστάσεις StoRES Ενδεικτικές ημερήσιες καμπύλες (Οικία - Κοίλα) Μαυροδένδρ Αύξηση ιδιοκατανάλωσης
Κίνητρα και οικονομική βιωσιμότητα Στην Ελλάδα: Πολιτική Net-Metering (NeM) μερικού συμψηφισμού, που ευνοεί την αυξημένη ιδιοκατανάλωση Πρόσφατα, πρόβλεψη για χρήση αποθήκευσης (Ν/Σ «ενεργειακές κοινότητες») Χρειάζονται επιπλέον κίνητρα πέραν του παρόντος σχήματος συμψηφισμού για την αποθήκευση? Ενδείκνυται η προσαρμογή του σχήματος συμψηφισμού? Πότε ο συνδυασμός ΦΒ+αποθήκευση γίνεται πιο συμφέρον από την ύπαρξη μόνο ΦΒ συστήματος?
Κίνητρα και οικονομική βιωσιμότητα Με το σημερινό κόστος μπαταριών (600-700 /kwh κατ ελάχιστο για μπαταρίες ιόντων λιθίου) φαίνεται ότι σε κάθε σενάριο είναι πιο προσοδοφόρα η επένδυση σε ΦΒ σύστημα χωρίς αποθήκευση Ωστόσο, η ραγδαία πτώση του κόστους αποθήκευσης θα αλλάξει το περιβάλλον Έως τη στιγμή αυτή, μπορεί παράλληλα να εξεταστεί η εφαρμογή επιπλέον κινήτρων για συστήματα ΦΒ+αποθήκευσης Μελέτη Περίπτωσης Προσομοίωση τυπικού παραγωγού/καταναλωτή κάτω από διαφορετικά σενάρια πολιτικών ενίσχυσης
Μελέτη περίπτωσης Δεδομένα εισόδου 1. Αναλυτικές Καμπύλες κατανάλωσης ανά 15. Α τετράμηνο: 2800 kwh Β τετράμηνο: 1600 kwh Γ τετράμηνο: 2600 kwh 2. Καμπύλη παραγωγής ΦΒ για Θεσσαλονίκη Τυπικές καμπύλες ανά μήνα 3. Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (επιμερισμός σε ανταγωνιστικές και ρυθμιζόμενες χρεώσεις) 4. Κόστος αγοράς και εγκατάστασης συστήματος ΦΒ+αποθήκευσης 5. Οικονομικές παράμετροι
Μελέτη περίπτωσης Κόστος συστήματος ΦΒ Κόστος συστήματος μπαταρίας (Li-Ion) PV module Υβριδικός PV inverter Balance of System Installation+ Administrative O&M cost Total cost 1000 /kwp 470 /kwp 65 /kwp 150 /kwp 2% (JRC PV Status report) 1700 /kwp Διάφορες περιπτώσεις προς εξέταση Οικονομικές παράμετροι Περίοδος ανάλυσης Προεξοφλητικό επιτόκιο 600 /kwh 400 /kwh 200 /kwh 20 έτη 4 % Πληθωρισμός 2% Χρόνος ζωής μπαταρίας > 20 έτη > 8000 κύκλοι για 80% DoD Οι τιμές περιλαμβάνουν ΦΠΑ
Μελέτη περίπτωσης Σενάρια υπό εξέταση Περιγραφή σεναρίου Πολιτική λειτουργίας ΦΒ και αποθήκευσης Αποζημίωση περίσσειας παραγόμενης ενέργειας Scenario 1 Μεγιστοποίηση ιδιοκατανάλωσης ΟΤΣ Scenario 2 Μεγιστοποίηση ιδιοκατανάλωσης 120% της ΟΤΣ Scenario 3 Μεγιστοποίηση ιδιοκατανάλωσης Χωρίς Scenario 4 Μερικό NeM (υπάρχουσα πολιτική, υπολογισμός ΥΚΩ στην καταναλισκόμενη ενέργεια) Μεταφερόμενη πίστωση
Σύστημα αποθήκευσης: 600 /kwh ΦΒ: 4 kwp NPV - IRR 4 kwp είναι η βέλτιστη εγκατεστημένη ισχύς με βάση το τρέχον σχήμα NeM
Μειωμένο κόστος αποθήκευσης: 400 και 200 /kwh ΦΒ: 4 kwp: NPV + κόστος ESS 400 /kwh * Τρέχον διαφημιζόμενο κόστος Tesla Powerwall ΦΒ: 4 kwp: NPV + κόστος ESS 200 /kwh
Μελέτη περίπτωσης Τα σενάρια 1-3 ευνοούν την εγκατάσταση αποθήκευσης κάτω από 400 /kwh (σε σχέση με απλό ΦΒ σύστημα) Ωστόσο, φαίνεται ότι το παρόν σχήμα του NeM δεν ευνοεί τη χρήση αποθήκευσης ακόμη και με κόστος 200 /kwh. Αυτό συμβαίνει για μεγαλύτερη ισχύ ΦΒ (5-6 kwp) d) Σενάριο #4: 200 /kwh
Συμπεράσματα Η εισαγωγή αποθήκευσης στον οικιακό τομέα εξακολουθεί να μην είναι η βέλτιστη οικονομικά λύση με βάση το τρέχον σχήμα NeM. Ακόμη και για μειωμένο κόστος αποθήκευσης, η λύση χωρίς αποθήκευση είναι περισσότερο συμφέρουσα. Χρειάζονται ενδεικτικά: Προσαρμογές στο παρόν σχήμα (απλή εφαρμογή απαιτείται εξέταση των επιπτώσεων) Εκτεταμένη εφαρμογή δυναμικής τιμολόγησης ηλεκτρικής ενέργειας (ή με περισσότερες των 2 ζώνες τιμολόγησης) Επιπλέον κίνητρα με μορφή επιδότησης/φοροαπαλλαγών κτλ
Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας! Γιώργος Χ. Χριστοφορίδης gchristo@teiwm.gr