Instytut Inżynierii Elektrycznej

Transkrypt

1 Instytut Inżynierii Elektrycznej Wpływu technologii Vehicle to Grid (V2G) na pracę systemu elektroenergetycznego Grzegorz Benysek Warszawa, 5 lipca 2017

2 Stosowane rozwiązania Jednostki szczytoworegulacyjne i podszczytowe Zmienność zapotrzebowania stwarza konieczność regulacji mocy jednostek pracujących u podstawy, utrzymywania jednostek szczytoworegulacyjnych oraz podszczytowych. Praca jednostek podstawowych z mocą mniejszą od znamionowej wiąże się z obniżeniem ich sprawności. Utrzymywanie jednostek szczytowo-regulacyjnych i podszczytowych wiąże się z niewielkim czasem ich wykorzystania: jednostki szczytowo-rezerwowe o czasie pracy poniżej 1500 h/a, jednostki podszczytowe i regulacyjne o czasie pracy od 1500 do 3000 h/a,

3 Stosowane rozwiązania Systemy magazynowania Eliminację problemów związanych z dobową nierównomiernością obciążenia jak i poprawę stabilności dynamicznej można uzyskać stosując systemy magazynowania. Elektrownie szczytowo-pompowe: od roli rezerwy zimnej do magazynu sezonowego. Baterie litowe: od redukcji zakłóceń szybkozmiennych do obniżania szczytów i wypełniania dolin. Baterie superkondensatorowe: do eliminacji zakłóceń szybkozmiennych. Typ magazynu Gęstość mocy [W/kg] Gęstość energii [Wh/l] Sprawność [%] Liczba cykli Koszt inwestycyjny [PLN/MWh] LCOE [PLN/MWh] Szczytowo pompowe PHS % ,15 mln 515 Litowe LiFePO < 170 > ,6 mln 750 Superkondensatorowe EDLC 5000 < 5 > 98 1 mln 175 mln 180 Superkondensatorowe LIC 3000 < 10 > 98 2 mln 150 mln 75

4 Technologia Vehicle to Grid (V2G) Technologia Vehicle to Grid pozwala uczestniczyć pojazdom elektrycznym (EV) w wymianie energii z systemem elektroenergetycznym. Dzięki technologii V2G pojazdy mogą wykorzystywać swoją baterię do świadczenia usług systemowych : Sterowanie lokalne (poprawa stabilności dynamicznej, kompensacja mocy biernej (Q), regulacja napięcia (P)). Sterowanie globalne (zmniejszenie dobowej nierównomierności obciążenia). Nadrzędny system zarządzania sterowanie globalne Terminal V2G ster. lokalne f sys typ batt E batt SOC t odł Terminal V2G Moc czynna ster. lokalne f sys typ batt E batt SOC t odł Terminal V2G Moc bierna ster. lokalne f sys typ batt E batt SOC t odł Usługi systemowe Moc czynna

5 Technologia Vehicle to Grid (V2G) Wpływ technologii V2G na baterie Usługa Roczna liczba cykli Wpływ na poziom naładowania baterii Jazda (ok km/a) 240 (pojemność baterii 28 kwh) ok. 50% SOC/cykl Peak-shaving 70 ok. 60% SOC/cykl Regulacja częstotliwości (pojazdy są dostępne przez 70% czasu, gdy usługa jest wymagana) ok ok. 2% SOC/cykl sterowanie globalne Terminal V2G ster. lokalne fsys typbatt Ebatt SOC todł Nadrzędny system zarządzania Terminal V2G ster. lokalne fsys typbatt Ebatt SOC Terminal V2G ster. lokalne fsys typbatt Ebatt SOC todł Moc bierna todł Moc czynna Usługi systemowe Moc czynna

6 Technologia Vehicle to Grid (V2G) i jej wpływ na pracę systemu elektroenergetycznego E1 = E2 = 24,4 GWh Gdzie: N P EV = P SYS C/8 P EC P N EV - wymagana liczba EV do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (kryterium mocy) P SYS - moc potrzeba do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (przyjęto P SYS = 4,18 GW) C/8 P EC - moc pojedynczego EV przy prądzie rozładowania C/8 Czas ładowania: 8h 39m (23:00 7:39) Czas rozładowania: 15h 21m (7:39 23:00) Minimalna liczba pojazdów ze względu na wymaganą energię Poj. Znam. [kwh] Poj. Użyt. [kwh] N E EV [mln] P EV [GW] P SYS [GW] ,14 6, ,55 4, ,03 4, ,61 3,68 4, ,44 3, ,34 3,40 gdzie: N E EV = E SYS E EV E TR E SS E N EV - wymagana liczba EV do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (kryterium energii), E SYS - energia potrzeba do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (przyjęto E SYS = 24,4 GWh), E EV - energia użyteczna pojedynczego EV, E TR - energia zużywana w ciągu dnia na jazdę (przyjęto E TR = 8,22 kwh), E SS - część energii wykorzystywanej do świadczenia usług systemowych wyrażoną w procentach. (w tym przypadku przyjęto E SS = 100%) Minimalna liczba pojazdów ze względu na wymaganą moc Poj. Znam. [kwh] Poj. Użyt. [kwh] Moc przy C/8 [kw] N P EV [mln E EV [GWh] E SYS [GWh] ,09 16, ,39 22, ,05 24, ,70 27,75 24, ,52 29, ,42 30,04

7 Technologia Vehicle to Grid (V2G) i jej wpływ na pracę systemu elektroenergetycznego E1 = E2 = 27,8 GWh Gdzie: N P EV = P SYS C/8 P EC P N EV - wymagana liczba EV do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (kryterium mocy) P SYS - moc potrzeba do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (przyjęto P SYS = 4,34 GW) C/8 P EC - moc pojedynczego EV przy prądzie rozładowania C/8 Czas ładowania: 9h 15m (22:01 7:16) Czas rozładowania: 14h 45m (7:16 22:01) Minimalna liczba pojazdów ze względu na wymaganą energię Poj. Znam. [kwh] Poj. Użyt. [kwh] N E EV [mln] P EV [GW] P SYS [GW] ,58 7, ,76 5, ,17 4, ,70 4,20 4, ,50 3, ,39 3,88 gdzie: N E EV = E SYS E EV E TR E SS E N EV - wymagana liczba EV do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (kryterium energii), E SYS - energia potrzeba do wygładzenia dziennego zapotrzebowania (przyjęto E SYS = 27,83 GWh), E EV - energia użyteczna pojedynczego EV, E TR - energia zużywana w ciągu dnia na jazdę (przyjęto E TR = 8,22 kwh), E SS - część energii wykorzystywanej do świadczenia usług systemowych wyrażoną w procentach. (w tym przypadku przyjęto E SS = 100%) Minimalna liczba pojazdów ze względu na wymaganą moc Poj. Znam. [kwh] Poj. Użyt. [kwh] Moc przy C/8 [kw] N P EV [mln] E EV [GWh] E SYS [GWh] ,17 16, ,45 22, ,09 25, ,72 28,80 27, ,54 30, ,43 31,18

8 Technologia Vehicle to Grid (V2G) i jej wpływ na pracę systemu elektroenergetycznego Liczba EV [mln] Amplituda zmian mocy [GW] Redukcja amplitudy zmian [%] 0 6,93 0 0,5 6, ,44 7 1,5 6, % wykorzystanie energii dyspozycyjnej na usługi systemowe Czas ładowania: 8h (22:45 6:45) Liczba EV [mln] Amplituda zmian mocy [GW] Redukcja amplitudy zmian [%] 0 6,93 0 0,5 6, , ,5 5,1 26

9 Technologia Vehicle to Grid (V2G) i jej wpływ na pracę systemu elektroenergetycznego Liczba EV [mln] Amplituda zmian mocy [GW] Redukcja amplitudy zmian [%] 0 7,37 0 0,5 7, ,9 6 1,5 6, % wykorzystanie energii dyspozycyjnej na usługi systemowe Czas ładowania: 8h (22:45 6:45) Liczba EV [mln] Amplituda zmian mocy [GW] Redukcja amplitudy zmian [%] 0 7,37 0 0,5 6, , ,5 5,59 24

10 Technologia Vehicle to Grid (V2G) Slow Fast Rapid 16 A AC 3 kw 6-8 h 32 A AC 11 kw 2-3 h 125 A DC 60 kw < 1 h

11 Technologia Vehicle to Grid (V2G) i S u S 200 V / div 20 A / div 0 50 ms / div i EV 20 A / div 0 5 ms / div ładowanie rozładowanie Przebiegi prądów i napięć układów V2G w trybie pracy prądowej

12 Instytut Inżynierii Elektrycznej Dziękuję za uwagę! Grzegorz Benysek