ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟ ΕΛΛΑ ΟΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΟ ΤΜΗΜΑ ΥΤΙΚΗΣ ΚΡΗΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ 22. 23 Μαΐου 2009 ιεσπαρµένη Ηλεκτροχηµική Αποθήκευση µε Αιολική Ενέργεια στο ίκτυο της Κρήτης Εισήγηση : Α. Ευθυµιάδης, Ιωαν. Χατζηβασιλειάδης, Αθ. Πελεκάνος ιπλωµατούχοι µηχανολόγοι ηλεκτρολόγοι µηχανικοί
Ησηµερινή κατάσταση της αιολικής ενέργειας στις νησιωτικές περιοχές Μέγιστη εγκατεστηµένη ισχύος αιολικών: ~30% της αιχµής του φορτίου Συµµετοχή των αιολικών στην κάλυψη του ενεργειακού φορτίου ~10% Αποζηµίωση ηλεκτρικής ενέργειας ~8,0 λεπτά ανά kwh
Το τίµηµα τηςπετρελαϊκής κιλοβατώρας Τίµηµα καυσίµου (πετρέλαιο ντήζελ) ~700 µε 800 /kwh Μέσος βαθµός απόδοσης µίας ντηζελογεννήτριας αιχµής : 34% Τίµηµα κιλοβατώρας λόγω καυσίµου : 18,5 λ/kwh Οριακή τιµή τουσυστήµατος : >25 λ/kwh
Το τίµηµα τηςπετρελαϊκής κιλοβατώρας (2) Σταθερή τιµή εγκατάστασης νέας ισχύος : 800 1000 /kw Τοκοχρεωλυτικός συντελεστής : ~0,1 TX (1 + (1 + ε) = N ε) N. ε 1
Το σταθερό τίµηµα παραγωγής Νέα µονάδα ΑΣΠ µε βάση την ΜΕΚ (450 /kw) Σταθερό τίµηµα παραγωγής ( /kwh) 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 0 2000 4000 6000 8000 Ωρες λειτουργίας ετησίως
Προβλήµατα συνεργασίας Α/Γ µε πετρελαιοµηχανές εσωτερικής καύσεως Ριπές ανέµου και µεταβαλόµενες εντάσεις Μεταβαλόµενα φορτία στις ΜΕΚ και κυκλικές καταπονήσεις Σπινθηρισµός τάσεως (Flickering) Αποκοπή Α/Γ σε µεγάλες ταχύτητες ανέµου
Προβλήµατα ευστάθειας Σταθεροποίηση φορτίου/συχνότητας Ζήτηση ισχύος = Προσφορά ισχύος Σταθεροποίηση τάσεως/αέργων
Προβλήµατα αιχµών
Ηλεκτρική διασύνδεση νησιωτικής Ελλάδας ; Πότε; 2015 ; Ποιος ; ΕΣΜΗΕ; Μεγάλες Εταιρείες; Πόσα MW ; 2000 έως 5000; Οικονοµική ανταπόδοση ; Επιπτώσεις στο περιβάλλον; Επιπτώσεις σε πολιτισµό/τουρισµό;
Εναλλακτική πρόταση : ήπια ανάπτυξη ΑΠΕ µε υβριδικά Πότε; Άµεσα Ποιος ; Οι πάντες και κυρίως οι εντόπιοι Πόσα MW ; Έως 2 έως 3 φορές την αιχµή Οικονοµικά ; 25 έως 40 /MWh Επιπτώσεις στο περιβάλλον; ~ Επιπτώσεις σε πολιτισµό/τουρισµό ~
Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας : µετάβαση στις νέες τεχνολογίες Μετάβαση από συµβατικά δίκτυα µε κεντρικούς σταθµούς Σε µελλοντικά µικροδίκτυα µε µεγάλη διείσδυση αποκεντρωµένης παραγωγής Με συστήµατα αποθήκευσης Με χρήση τεχνολογιών ισχύος και τεχνολογιών πληροφορικής και τελεπικοινωνιών (ICT) Με έµµεση αποθήκευση όπως µεαφαλάτωση και αποθήκευση νερού, θερµότητας ή ψύχους
Τεχνολογίες αποθήκευσης Απ ευθείας ηλεκτρική αποθήκευση (υπερπυκνωτές, υπεραγώγιµοι Μηχανική ενέργεια (στατική και δυναµική) Ηλεκτροχηµική ενέργεια (τεχνολογία στοιχειωδόµησης) Περίοδος αποφόρτησης έως 8 ώρες ηµερησίως Εξοµάλυνση αιχµών ζήτησης
Τεχνολογίες χηµικής αποθήκευσης Συσσωρευτές µολύβδου: 5-7 έτη ζωής µε περιορισµένο βάθος εκόφρτισης, β.α. 85% Συσσωρευτές ροής : Νατρίου-Θείου (NaS), Βαναδίου Redox (VRB), Ψευδαργύρου-Βρωµίου (ZnBr), β.α. 89%, διάρκεια ζωής : ~20 έτη Συσσωρευτές λιθίου (Li), β.α. 95%, διάρκεια ζωής 20 έτη
Ωφέλη από την αποθήκευση Προσφορά ισχύος και ενέργειας στο δίκτυο, πχ εξυπηρέτηση αιχµών, αναβάθµιση φθηνής ενέργειας σε ακριβή, αποφόρτιση δικτύου, µείωση αναγκών ενίσχυσης δικτύου κλπ Προσφορά επικουρικών υπηρεσιών, πχ εφεδρεία ισχύος και ενέργειας, ρύθµιση τάσεως-συχνότητας, υποστήριξη δικτύου µεταφοράς κλπ Εξυπηρέτηση καταναλωτών, πχ αξιοπιστία παροχής, ποιότητα παροχής, µείωση κόστους κλπ Μεγάλη αξιοποίηση των ΑΠΕ, πχ υψηλή διείσδυση ΑΠΕ και µετάθεση φορτίου αποθήκευσης στη ζώνη ζήτησης, εγγυηµένη ισχύς,
Οικονοµικοί παράµετροι Απώλειες κύκλου φόρτισης εκφόρτισης απάνες επένδυσης ( /kwh, /kw) ιάρκεια ζωής Εξοδα λειτουργίας και συντήρησης Ταχύτητα απόκρισης σε µεταβολές Εγγυηµένη ισχύς Αποφευγόµενες δαπάνες
Αναγκαιότητα αποθήκευσης ΗΕ από ΑΠΕ Ηµερήσιο φορτίο ιεσπαρµένη παραγωγή χωρίς αποθήκευση Εκφόρτιση Μείωση αιχµής Απώλειες αποθήκευ σης Φόρτιση ιεσπαρµένη παραγωγή µε αποθήκη Μέσο ηµερήσιο φορτίο Ηµερήσιος κύκλος
Συσσωρευτής τύπου Α/Γ 330 kw Redox ισχύος 330 kw ή άλλος καινοτόµος συσσωρευτής µε χηµική αποθήκευση ενέργειας Ανορθωτής ρεύµατος από εναλλασσόµενο σε συνεχές Μετατροπέας ρεύµατος από συνεχές σε εναλλασσόµενο Συνολική παροχή ισχύος : 270 kw Παροχή νερού Είσοδος θαλασσινού νερού Κυκλοφορητής εξαµενή πόσιµου νερού Μονάδα αντίστροφης όσµωσης. Απόρριψη αλµολοίπου ίκτυο διανοµής νερού
Συστήµατα αποθήκευσης ΗΕ για την Κρήτη Κατάλληλη µείξη µορφών ΑΠΕ, πχ αιολική µε ηλιακή ενέργεια, ιαχείριση της ζήτησης (χρήση ICT), Αφαλάτωση νερού και αποθήκευση, ιαχείριση της φόρτισης και εκφόρτισης των µπαταριών ηλεκτρικών αυτοκινήτων, Αποκεντρωµένα συστήµατα αποθήκευσης, κυρίως µε ηλεκτροχηµική αποθήκευση, Προηγµένα συστήµατα µέτρησης που θα εξασφαλίζουν και αµφίδροµη επικοινωνία µεταξύ παραγωγού/καταναλωτού και διαχειριστή δικτύου, Κατάλληλο ρυθµιστικό πλαίσιο
Συσσωρευτής Redox VRB
Εξοµάλυνση ισχύος Α/Γ
Επιτήρηση αποθήκης Redox Τάση (V) Κατάσταση φορτίσεως
Στοιχεία παραγωγής Α/Γ µε συσσωρευτή Redox
Η έννοια του υβριδικού σταθµού Κάθε σταθµός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που α) Χρησιµοποιεί µία, τουλάχιστον, µορφή Α.Π.Ε. β) Η συνολική ενέργεια που απορροφά από το ίκτυο, σε ετήσια βάση, δεν υπερβαίνει το 30% της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται για την πλήρωση του συστήµατος αποθήκευσης του σταθµού αυτού. γ) Η µέγιστη ισχύς παραγωγής των µονάδων του σταθµού Α.Π.Ε. δεν µπορεί να υπερβαίνει την εγκατεστηµένη ισχύ των µονάδων αποθήκευσης του σταθµού αυτού, προσαυξηµένη κατά ποσοστό µέχρι 20%.»
Προτεινόµενη υβριδική διάταξη Α/Γ µε συσσωρευτήredox Α/Γ Σύστηµα ελέγχου ΕΗ Ντηζελογεννήτριες Ντηζελογεννήτριες ΕΗ Συσσωρευτής τύπου Redox Α/Γ ~ Φορτίο
Προτεινόµενη υβριδική διάταξη Φ/Β µε συσσωρευτήredox ~ 1,2 MW 1,2 MW 1 MW ίκτυο ΕΗ Φ/Β DC/DC DC/AC ΣΥΣΤΟΙΧΙΑ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ 4000 kwh
Υποθέσεις προσοµοίωσης υβριδικού συστήµατος Α/Γ στηνπάτµο Αρ Ενεργειακή παράµετρος Μονάδα Τιµή Ε1 Ε2 Ετήσια ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (έτος 2004) Αιχµή ζήτησης ηλεκτρικού φορτίου (έτος 2004) kwh 14.460.000 kw 4000 Ε3 Ισχύς στιβάδας κυψελών (εγγυηµένη ισχύς) kw 500 Ε4 Αποθηκευτική ικανότητα συσσωρευτή Redox kwh 4000 Ε5 Ισχύς Α/Γ υβριδικού, συνδεδεµένης µε το δίκτυο kw 600 Ε6 Ισχύς Α/Γ 2, µη συνδεδεµένης µε το δίκτυο kw X
Αρ. Οικονοµική παράµετρος Μον. Τιµή Ο1 Αξία εγκατεστηµένης Α/Γ /kw 1.000 Ο2 Αξία εγκατεστηµένου συσσωρευτή µε αποθηκευτικής ικανότητας 8 ωρών. /kwh 500 Ο3 Ιδια συµµετοχή στην επένδυση % 30% Ο4 Επιδότηση του αναπτυξιακού νόµου στην επένδυση % 45% Ο5 Επενδυτικό δάνειο στην επένδυση διαρκείας 14 ετών % 25% Ο6 Επιτόκιο δανεισµού % 9% Ο7 Τιµή διάθεσης kwh από συσσωρευτή /kwh 0,25 Ο8 Τιµή διάθεσης εγγυηµένης ισχύος /kw 800 Ο9 Τιµή διάθεσης ενέργειας από Α/Γ1 /kwh 0,0846 Ο10 Τιµή προµήθειας συµβατικής kwh απότοδίκτυο /kwh 0,2 Ο11 Ετήσια έξοδα συντήρησης (% του ύψους επένδυσης) % 5%
Υπόθεση µεσαίας διείσδυσης αιολικής ενέργειας στο ισοζύγιο Ισχύς (kw) 2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 Ωρα λειτουργίας από την 7η έως και 17η Ιανουαρίου 2002 Συνολική παραγωγή ΑΠΕ Ωφέλιµη παραγωγή ΑΠΕ Ζήτηση Φορτίου Εκφόρτιση συσσωρευτή
Βέλτιστο αποτέλεσµα 6.000.000 5.000.000 Αθροιστικά ίδια κεφάλαια ( ) 4.000.000 3.000.000 2.000.000 1.000.000 0-1.000.000-2.000.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ετος επένδυσης
60% 25% Ποσοστό ενέργειας (%) 50% 40% 30% 20% 10% Εσωτερικός βαθµός απόδοσης IRR Κάλυψη ζήτησης από ΑΠΕ Απορριπτόµενη ενέργεια ΑΠΕ Αγοραζόµενη συµβατική ενέργεια 20% 15% 10% 5% Εσωτερικός βαθµός απόδοσης επένδυσης (IRR) % 0% 0% 100% 200% 300% 400% 500% 600% 700% Συνολική ισχύς Α/Γ σταθµού (ως ποσοστό επί της ισχύος Α/Γ υβριδικού)
Υβριδικό 1,0 MW µε Φ/Β 1,2 MW Εγκατεστηµένη ισχύς Φ/Β kw 1.310,90 Εγκατεστηµένη ισχύς συσσωρευτών kw 1.111,11 Αποθηκευτική ικανότητα συσσωρευτών kwh 4.000,00 Εγγυηµένη ισχύς kw 1.000,00 Έξοδα εγκατάστασης Κόστος Φ/Β 7.209.969,51 Κόστος συσσωρευτών 2.000.000,00 Συνολικό κόστος εγκατάστασης 9.209.969,51
Φ/Β 1,2 MW Πρόσπτωση ακτινοβολίας σε επίπεδο κλίσης 40 ο, για την τυπική µέρα του Απριλίου (kwh/m 2 /ηµέρα). Ενέργεια προς το δίκτυο για την τυπική µέρα του Απριλίου.
Ενέργεια από και προς τους συσσωρευτές για τη µέρα του Απριλίου µε µειωµένη ηλιοφάνεια
Συµπεράσµατα Άµεση δυνατότητα αύξησης διείσδυσης αιολικής ενέργειας στο 50% υνατότητα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας µε οικονοµικά ανταποδοτικό τρόπο υνατότητα βελτίωσης της ευστάθειας και της ποιότητας της παραγόµενης ισχύος Οικονοµικώς ανταποδοτικά υβριδικά Φ/Β µε ισχύουσες τιµές kwh από Φ/Β Οικονοµικά ωφέλεια για την εθνική οικονοµία