Trajnostni energetski krog (TEK)

Uvod

Osnovni problem večje uporabe obnovljivih virov v elektroenergetskih sistemih je to, da je energija na voljo le občasno. Shranjevanje energije rešuje ta problem, vendar so velikanski zalogovniki predragi. Trajnostni energetski krog je nadgradnja klasičnega elektroenergetskega sistema, ki je finančno in tehnično dosegljiv že danes. S povečevanjem števila električnih vozil ob reguliranem polnjenju lahko s TEK omogoči bistveno povečanje obnovljivih virov v sistemu ob hkratnem zmanjšanju konic porabe električne energije. Z uporabo TEK  postaneta električno vozilo in mikro omrežje (hiša, blok, podjetje) aktivna elementa v sistemu, ki regulira porabo – kompenzira viške in primankljaje v sistemu. Omrežje lahko viške energije pošilja elementom mikro omrežja (vozila,samozadostne stavbe z zalogovniki), mikro omrežja pa lahko uskladiščeno energijo in energijo proizvedeno iz lokalnih OVE prodajajo nazaj v omrežje v času konic.

Večina prebivalstva uporablja električna vozila med tednom le za kratke vožnje do 40 km (6-8 kWh), zato ostaja večji del baterijske kapacitete neizkoriščen (pri sedanjih vozilih ima baterija 40 kWh). Uporaba kontroliranega polnjenja pri tej kapaciteti lahko močno vpliva na blaženje konic v porabi električne energije in porabo električne energija takrat, ko so presežki. V kolikor bi na vozilih uporabili tehnologijo V2G (vehicle to grid), bi lahko to energijo uporabili tudi za podporo omrežju v času konic. Pri npr 100.000 električnih vozilih bi  uporaba 10 kWh pomenila energijo 1 GWh, s katero bi razpolagali v poljubnem času. 

Povečanje kapacitete baterijskih zalogovnikov v mikro omrežjih z uporabo baterijskega zalogovnika, električnega avtomobila kot prenosnega zalogovnika in prostočasnih električnih vozil kot sezonskih zalogovnikov, bi močno povečalo možnost skladiščenja in smotrne uporabe energije proizvedene iz obnovljivih virov. V nekaterih primerih in v določenem koledarskem obdobju lahko tako mikro omrežje deluje tudi povsem odklopljeno od omrežja kot energetsko povsem samozadosten objekt. Uporaba električnih vozil kot zalogovnikov energije zmanjša stroške za izgradnjo stacionarnih baterijskih zalogovnikov.

To idejo smo prvič predstavili na WTN (World technology network summit) v New Yorku novembra 2015, v naslednjih dveh letih pa smo postavili še tri pilotne sisteme, ki v praksi dokazujejo uporabnost TEK.

Enako shemo lahko uporabimo tudi za počitniške hiše in dislocirane objekte, ki ne obratujejo ves čas. Tam sploh ne bi potrebovali povezave z omrežjem.

Prototip

Zgradili smo tri delujoče sisteme, ki vsaj delno delujejo po sistemu TEK. Popolno delovanje TEK na teh treh sistemih ni možno, ker zaenkrat še ne sodelujemo z dobavitelji električne energije na način, ki bi omogočal daljinsko upravljanje. Prvi sistem mikro omrežja smo dokončali konec leta 2016 in ta napaja dve stanovanji in podjetje, ki imajo skupaj 7 električnih vozil. Za vozila so na voljo tudi prenosni baterijski paketi skupno 25 kWh, ki se jih vstavi v avto za dolge vožnje, drugače pa služijo kot baterijski zalogovniki. Eno vozilo Smart se lahko direktno vključi v sistem zalogovnikov preko DC linije.

    • Skupna kapaciteta zalogovnika 185 kWh
    • Fiksni zalogovnik 160 kWh (litij, od tega 50 kWh tzv “second life” baterije
    • Prenosne baterije za električno vozilo Metron 7: 25 kWh
    • Predelan Smart fortwo ima 18 kWh v bateriji in se lahko direktno spoji v sistem, ker je napetost sistema enaka kot napetost baterije na vozilu.
    • napetost zalogovnika: 52 V (Class A – napetost, ki ljudem ni nevarna)

Self-sustainable renewable energy

 

Vpliv in dobrobit TEK

Otočni sistemi (niso povezani z omrežjem ali pa so povezani le občasno):

Pri 40 stopinjah geografske širine bi moral biti baterijski zalogovnik velikosti 13% letne porabe električne energije. Tako lahko z 50 kWh zalogovnikom kompenziramo 384 kWh letne porabe. Zalogovnik velikosti 75 kWh bi bil dovolj za  577 kWh letne porabe, kar je dovolj za počitniško hišo. Če uporabimo TEK z uporabo dela baterije v avtu, lahko z enakim zalogovnikom povečamo letno porabo za preko 50%. 

Stavba ali več stavb (mikro omrežja), delno ali trajno povezanih z omrežjem:

Delno neodvisne stavbe lahko večji del energetskih potreb pokrivajo direktno iz lokalnih obnovljivih virov (fotovoltaika in veter), preostanek pa iz omrežja, v katero tudi vrača presežke v času konic. Spodnja tabela prikazuje pilotni model fotovoltaične elektrarne za osrednjo Slovenijo, kjer se vidi, kakšna je proizvodnja po mesecih.  V poletnih mesecih lahko taka stavba pokriva vse svoje potrebe, viške pa oddaja v ustreznih urah konic v omrežje oz jih porabi za polnjenje el.vozil. Z uporabo baterij v vozilih lahko izboljšamo učinkovitost uporabe obnovljivih virov in zmanjšamo potrebne baterijske zalogovnike za TEK.

:

TEK lahko prav tako izboljša učinkovitost velikih energetskih sistemov s tem, da blaži konice porabe in shranjuje presežke v času, ko je na voljo dosti poceni energije. Celoten učinek pa je odvisen od števila elementov TEK (mikro omrežij), njihove kapacitete in števila električnih vozil.

Dodatna uporaba prostočasnih električnih vozil

Prostočasna električna vozila, ki se v glavnem uporabljajo le sezonsko, lahko povečajo kapaciteto zalogovnikov in prav tako sestavljajo del TEK. Taka vozila so Renault Twizzy, električni skuterji, avtomobilčki za golf igrišča, viličarji in električni čolni.

18265 Renault Twizzy-ev so prodali v EU do konca leta 2016. Twizzy je odprt dvosedežni štirikolesnik, ki se ga lahko uporablja le v lepem vremenu, ko je potreba po povečanem zalogovniku majhna. Skupna kapaciteta baterij vseh Twizzy-ev v EU je 52,76 MWh upoštevajoč serijsko baterijo 6,1 kWh. Če bi bila le petina teh vozil vključena v TEK, bi prispevala v evropski sistem zalogovnikov več, kot trenutno največji baterijski sistem v Feldheim-u v Nemčiji, ki ima 10 MWh in je stal 12,8 milijonov €.

Druga stvar, ki je pomembna pri teh prostočasnih vozilih je to, da obratujejo na nominalni napetosti 48V, ki je trenutno tudi nominalna napetost vseh zalogovnikov, ki jih uporabljamo za mikro omrežja.

Podobno lahko v TEK priklopimo tudi več kot 400 Greenline hibridnih bark, ki so bile do sedaj izdelane in preko zime večinoma stojijo.

Ponovljivost in socialni vpliv

Trajnostni energetski krog lahko repliciramo marsikje: v individualnih hišah, v industrijskih kompleksih, počitniških hišah, kmetijskih objektih in delno tudi v večstanovanjskih stavbah. Kot vse kaže, je zaradi minimalnega vpliva na okolje TEK tudi zelo pozitivno sprejet tako pri okoljskih organizacijah (Alpe Adria Green, Bündnis Alpen Kovention Kaernten in Alpine Pearls), kot tudi pri posameznikih (rezultati ankete)

Najpomembnejši korak bo storjen takrat, ko bodo tudi proizvajalci električnih vozil implementirali ustrezne standarde, ki bodo v polni meri omogočali uporabo avtomobilske baterije kot zalogovnik. 

Edinstvenost in inovativnost

Trajnostni energetski krog je nov pristop k energetiki, ki lahko olajša dosego EU ciljev za leto 2020 in 2030. Trajnostni energetski krog smo predstavili na World Technology Network v New Yorku , kjer je bil spoznan za inovacijo na področju “okolje”:

New York, NY (November 8th, 2015) – Today, Andrej Pecjak, was named a World Technology Award Finalist by the World Technology Network (“The WTN”) – a global community comprised of the most innovative people and organizations at the forefront of science and technology and related fields. Andrej Pecjak and has been selected as a finalist for category “Environment” for »Sustainable energy cycle«. Award winners will be revealed at the WTN’s 14th annual World Technology Summit & Awards event, held November 19-20, 2015, in the TIME Conference Center at the historic TIME & LIFE Building in New York City.

The World Technology Summit & Awards is a global gathering that brings together many of the world’s leading technologists, scientists, futurists, policymakers, entrepreneurs, and forward-thinkers for two days of talks, panel discussions and demonstrations that explore what’s groundbreaking, imminent, possible, and society-changing in emerging technologies. This year’s theme is “The Future: Who and What You Need to Know.”

Each year, the WTN recognizes the best and brightest in their fields and the organizations on the cutting edge of technological innovation. Recipients are voted on by their peers – the WTN Fellows, the winners and finalists from previous annual awards cycles – based on their outstanding contributions to technology, science and other related disciplines and the potential impact and long-term significance of their work. Thirty awards across all industries – from art and design to health and medicine to space – will be presented during a special black-tie awards gala on the closing night of the summit.

Spisek finalistov iz 2015 World Technology Network Award se nahaja tukaj: http://www.wtn.net/summit-2015/world-technology-awards-finalists

Vir: http://www.wtn.net/summit-2015/webcast

Recenzija:

L-Plan Service GmbH

Jozef Stefan institute, Department of Inorganic Chemistry

Bündnis Alpenkonvention Kärnten

Alpe Adria Green