Akıllı Şebekelerde Enerji Depolama Çözümleri

Transkript

1 Akıllı Şebekelerde Enerji Depolama Çözümleri Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLĞİ BÖLÜMÜ

2 İÇERİK: ENERJİ DEPOLAMA TEKNOLOJİLERİ VE UYGULAMALARI YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARINDA ENERJİ DEPOLAMA UYGULAMALARI TÜBİTAK 1001 PROJESİ ÇALIŞMALARI KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - FOTOVOLTAİK ELEKTRİK ÜRETİM İZLEME SİSTEMİ

3 Elektrik enerjisi depolama DEPOLAMA SİSTEMLERİ Elektrik Dağıtım Uygulamaları Büyük Ölçekli (Güç) Şebeke Bağlantılı Uygulamaları Taşıma Bataryalar Volanlar (Uçan Tekerlek) Ultrakapasitörler Yedek (Acil) Güç Uygulamaları Bataryalar Tanklar İçinde Sıkıştırılmış Hava Volanlar (Uçan Tekerlek) Hibrid Sistem Termal Enerji Depolama Ultrakapasitörler Batarya Enerji Depolama Sistemleri (BEDS) Sıkıştırılmış Hava Enerji Depolama (SHED) Volan Enerjisi Depolama Sistemleri (VEDS) Hidro Enerji Pompalama (HEP) Süperiletken Manyetik Enerji Depolama (SMED) Ultrakapasitörler Enerji depolama sistemleri diyagram gösterimi

4 Güç sistemlerinde uygulanan enerji depolama teknolojileri Temel enerji depolama teknolojileri şöyle sayılabilir; Pompalamalı hidroelektrik santraller Sıkıştırılmış hava enerji depolama uygulaması Hidrojen temelli enerji depolama uygulamaları Bataryalar Akışlı bataryalar Volan (Flywheel) Süper iletkenli magnetik enerji depolama Ultrakapasitör

5 Güç Yoğunluğu (W/kg) Enerji Depolama Uygulamaları Güneş ve rüzgar santrallerinden sağlanan enerjinin kesintili oluşunun getirdiği dezavantajları gidermek için depolama uygulamaları gündeme gelmektedir. Depolama uygulamaları, şebeke güç kalitesini, güvenilirliğini artırmak üzere de uygulama alanı bulmaktadır Ultra Kapasitörler Elektrokimyasal Kapasitörler Bataryalar -Petrol -Dizel jeneratörler Yakıt hücreleri Farklı tipte enerji depolama yöntemlerinin enerji ve güç yoğunluğuna göre dağılım grafiği Enerji yoğunluğu (Wh/kg)

6 Elektrik şebekelerinin en temel özellikleri sürekli olarak yüklerin enerji talebini karşılamaktır. Rüzgar ve güneş gibi karbon salımı düşük enerji kaynakları sürekli yükleri beslemek için yeterli olamamaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının çözülmesi gereken sorunları: 1. Ani güç değişimlerinin oluşturduğu kararsız koşullar 2. Yüksek talep durumlarında düşük üretim 3. Düşük talep durumlarında yüksek üretim Enerji depolama uygulamaları, bu tür dengesizlikleri gidermek ve kaynak ile yük arasında optimum enerji akışı sağlanabilmesi için özellikle rüzgar ve güneş gibi kaynaklar için optimum bir çözüm olmaktadır. Enerji depolama uygulamaları yenilenebilir enerji ile birleştirildiğinde; Bu kaynakların çıkışındaki ani güç değişimleri düzenlenir Kaynak ile yük arasında denge sağlanarak güç sisteminin kararlı bir işletimi sağlanabilir.

7 Enerji Depolama Çözümleri

8 Enerji Depolama Seçim Kriterleri Kapasite (kwh) Çıkış gücü (kw) Bir süredeki çevrim sayısı Ömür (yıl) Deşarj derinliği (%) Cevap süresi (ms) Kendi kendine deşarj (self discharge) Fiyat ($) İşletme ve bakım maliyetleri Boyutlar (kg, cm3)

9 Enerji Depolamanın Güç Sistemine Katkısı Elektrik enerjisi zaman kaydırması (time shift) İlave güç kapasitesi Yük takibi (load following) Gerilim ve frekans desteği Güç kalitesini iyileştirme Güç sisteminde sıkışıklık hafifletme Talep tarafı yönetimi Ara kazanç (Arbitrage)

10 Kimyasal, mekanik ve elektriksel olmak üzere farklı depolama teknolojileri uygulanabilmektedir. Bunların uygulanması ihtiyaca en uygun çözümü sunacak teknolojinin belirlenmesi ile performansmaliyet kriterlerine göre seçilir. Enerji depolama uygulamaları; iki temel ihtiyaca cevap verilecek şekilde belirlenmektedir. 1. Enerji temelli uygulamalar: birkaç saatlik servis (deşarj) süresi gerektiren, uzun süreli enerji ihtiyaçlarına cevap verebilecek ve cevap süresi (ihtiyaç anında devreye girmesi) birkaç dakika (1-5 dk) kadar olmalıdır. 2. Güç temelli uygulamalar: şebeke frekans kararlılığının sağlanması, ani güç değişimleri ve gerilim değişimlerinin bastırılmasını sağlayan uygulamalardır. Bu uygulamalarda cevap süresi milisaniye mertebesinde olmalı ve servis süresi ise birkaç dakika kadar olabilmektedir (Genelde 1 saatten azdır.)

11 Sistem Talebi/KW Temel yük enerji üretimi Orta seviye enerji üretimi Maksimum enerji üretimi Elektrik enerjisi depolama Depolama olmadan üretilen enerji profili İşletme tarafından sağlanan her gün sadece birkaç saat çalışan talep edilen maksimum güç Depolama ile üretilen enerji bandı Depolama ağındaki deşarj olan enerji İşletme tarafından üretilen temel yük seviyesinden depolanan enerji Depolamanın gerilim ve frakansı korumak için kullandığı arz ve talebe göre dengelenen enerji İşletme tarafından üretilen temel yükten depolanan enerji Depolama olmadan üretilen enerji bandı 0 06:00 12:00 18:00 Günün zaman dilimi Enerji depolamalı dağıtık üretim sisteminin günlük elektriksel güç zaman dağılım grafiği (1) 00:00

12 Proje Yürütücüsü; Tübitak 1001-Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı Unvanı, Adı - Soyadı: Prof. Dr. Engin Özdemir Kurumu/Kuruluşu: Bölümü/Birimi: Kocaeli Üniversitesi Teknoloji Fakültesi / Enerji Sistemleri Mühendisliği Projenin Başlığı: Fotovoltaik kaynaktan beslenen 3-fazlı 4-telli akıllı mikro şebeke yapısının batarya ve ultra-kapasitörden oluşan hibrit enerji depolama sistemi ile gerçekleştirilmesi Bütçesi: Süresi: Proje No: TL 24 AY 113E143

13 Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi - 113E143 Projenin genel topoloji yapısı Projenin Amacı: Yeni bir Hibrit Enerji Depolama Sisteminin (HEDS) güneş enerjisinden elektrik üretim sistemine eklenmesiyle, iklim koşullarına bağlı olarak sürekli değişen enerji üretimine çözüm getirmektir. Akıllı mikro şebeke yapısının, batarya ve ultrakapasitörden oluşan hibrit enerji depolama sistemi ve önerilen yeni kontrol yöntemleri ile geliştirilmesi sağlanacaktır.

14 Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi - 113E143 FV Panel DA/DA Dönüştürücü DA/AA Dönüştürücü Şebeke P BAT =P BAT(min) P BAT(low) < P BAT(min) Yük Grubu Batarya Grubu + - Çift yönlü DA/DA Dönüştürücü C Projenin güç akış diyagramı Ultrakapasitör Grubu Projede öngörülen batarya ve ultrakapasitörün şarj/deşarj tepki sürei

15 Deneysel Çalışmalar Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi Deneysel sistemde Yingli YGE-60 güneş panelleri 10 u seri olmak üzere 2 sıra paralel kol oluşturularak 20 adet FV panel kullanılmaktadır. 5.1kW FV panel kurulumu ve şebeke bağlantılı evirici fotoğrafı

16 Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi 113E143 Deneysel Çalışmalar Deneysel sistemde Vision bataryalar 16 sı seri olmak üzere 2 sıra paralel kol oluşturularak 32 adet batarya grup bağlantısı gerçekleştirilmiştir. Bataryaların bağlantısı ile 192 V gerilim seviyesi elde edilmiştir. Batarya grubu ve bağlantı fotoğrafı

17 Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi 113E143 Deneysel Çalışmalar FV panel simülatörünün, havanın güneşli olmadığı ve akşam saatlerinde deneysel çalışmaya imkan sağlamak ve ayrıca DA kaynak olarak kullanılmak üzere deney platformuna kurulumu gerçekleştirilmiştir. Chroma FV simülatör ve FV simülatör arayüzü fotoğrafı

18 Fotovoltaik elektrik üretim izleme sistemi

19 Fotovoltaik elektrik üretim izleme sistemi

20 Energy Storage provides Energy when it is needed just as Transmission provides Energy where it is needed Enerji iletimi, enerjiyi ihtiyaç olan yere ulaştırırken; Enerji depolama, enerjiyi ihtiyaç duyulduğu anda sağlar.

21 TEŞEKKÜRLER Bu sunum 113E143 nolu TÜBİTAK projesi tarafından desteklenmektedir. Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR