Centrum Energetyki Prosumenckiej. Konwersatorium Inteligentna Energetyka

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Wydział Elektryczny Instytut Elektrotechniki i Informatyki Konwersatorium Inteligentna Energetyka Trzy tryby pracy prosumenckiej mikroinfrastruktury: "on-grid", "semi off-grid" oraz "off-grid" Zastosowanie superkondensatora do regulacji mocy (chwilowego, milisekundy-minuty, bilansowania energii elektrycznej) w interfejsie PME ze źródłem PV dr inż. Krzysztof Bodzek Gliwice, 28 czerwca 2016

2 Superkondensator 2

3 Parametry superkondensatora Maksymalne napięcie superkondensatora U max Maksymalna energia superkondensatora E max Maksymalna moc superkondensatora P max Pojemność superkondensatora C Prąd przekształtnika I p 3

4 Bilansowanie źródła PV 4

5 Symulator hybrydowy 5

6 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Profil produkcji PV Moc 4,4 kwp

7 Skąd pobrać dane? 7

8 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Profil produkcji PV Moc 2,6 kwp :00 13:30 8

9 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Obliczenie mocy średniej P śr Uśrednianie za wybrany okres - 5 min - E max = 32 Wh 13:00 13:30 9

10 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Obliczenie mocy średniej P śr Uśrednianie za wybrany okres - 10 min - E max = 67 Wh 13:00 13:30 10

11 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Obliczenie mocy średniej P śr Uśrednianie za wybrany okres - 60 min - E max = 350 Wh 13:00 13:30 11

12 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Obliczenie DP(t) oraz P max - P max = 1238 W 13:00 13:30 12

13 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Obliczenie energii max(e) = 45 kj - min(e) = -42 kj 13:00 13:30 13

14 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Napięcie maksymalne superkondensatora U max = 380 V Prąd przekształtnika I p = 6,5 A Napięcie minimalne superkondensatora U min = 190 V Pojemność superkondensatora C = 1,62 F Maksymalna energia superkondensatora E max = 117 kj = 32 Wh 14

15 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Napięcie początkowe superkondensatora U 0 = 297 V Energia początkowa E 0 = 71 kj 15

16 Dobór superkondensatora dla produkcji PV Przebieg napięcia na kondensatorze :00 13:30 U C P PV P śr =P C 16

17 Bilansowanie źródła PV wraz z odbiornikami 17

18 Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników SCADA wyznaczenie profilu obciążenia 18

19 Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Odbiorniki małej mocy - lodówka, - sprzęt RTV, - oświetlenie. Profil 19

20 Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Pralka Algorytm załączenia Pralka P PV > 1800 W Tak Profil Tak Nie Skończy przed 13:00? Nie Start 20

21 Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Zmywarka Algorytm załączenia Zmywarka Pralka skończyła? Profil Tak P PV > 1800 W Tak Tak Nie Skończy przed 15:00? Nie Start 21

22 Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Żelazko Moc 1800 W Prasowanie od 14:15 do 14:45 Profil 22

23 Dobór superkondensatora dla źródła PV i odbiorników Odkurzacz Stała moc 1200 W Odkurzanie od 16:00 do 16:15 Profil 23

24 Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Profil produkcji P PV Profil obciążenia P odb P PV P odb 24

25 Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Bilans mocy

26 Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Czas uśredniania 5 min :00 13:30 P PV P śr =P C U C U max = 380 V I p = 9,6 A U min = 190 V C = 3 F E max = 221 kj = 62 Wh U 0 = 297 V 26

27 Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Bilansowanie żelazka 14:20 14:25 U C Żelazko P śr 27

28 Wybrane wyniki badań 28

29 Pojemność [F] Pojemność [F] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana mocy źródła PV Czas uśredniania 5 min Pojemność superkondensatora Zmiana źródła PV Pobór zmienia się proporcjonalnie Zmiana tylko źródła PV Pobór bez zmian Moc PV [kwp] Moc PV [kwp] 29

30 Energia [Wh] Energia [Wh] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana mocy źródła PV Czas uśredniania 5 min Energia superkondensatora Zmiana źródła PV Pobór zmienia się proporcjonalnie 300 Zmiana tylko źródła PV Pobór bez zmian Moc PV [kwp] Moc PV [kwp] 30

31 Prąd [A] Prąd [A] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana mocy źródła PV Czas uśredniania 5 min Prąd przekształtnika Zmiana źródła PV Pobór zmienia się proporcjonalnie Zmiana tylko źródła PV Pobór bez zmian Moc PV [kwp] Moc PV [kwp] 31

32 Pojemność [F] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana czasu uśredniania Moc źródła 2,6 kwp Pojemność superkondensatora Czas uśredniania [s] 32

33 Energia [Wh] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana czasu uśredniania Moc źródła 2,6 kwp Energia superkondensatora Czas uśredniania [s] 33

34 Prąd [A] Dobór superkondensatora dla produkcji PV i odbiorników Zmiana czasu uśredniania Moc źródła 2,6 kwp Prąd przekształtnika Czas uśredniania [s] 34

35 Podsumowanie: 1. Stosowanie superkondensatora jako magazynu energii nie jest opłacalne ze względu na wysoką cenę. 2. Zastosowany wraz z akumulatorem, zwiększa możliwości chwilowego bilansowania mocy interfejsu PME (dodatkowe źródło mocy). 3. Doskonale nadaje się do bilansowania mocy w odbiornikach dużej mocy o cyklicznej pracy, np. żelazko. 4. Zaproponowana metoda doboru superkondensatora wykorzystuje profile produkcji źródeł PV oraz typowe profile odbiorników. 5. Za pomocą symulatora hybrydowego, można przebadać sytuację odwrotną do prezentowanej, czyli wpływ superkondensatora o znanej pojemności na bilans mocy. 35

36 Podsumowanie: 6. Typowe napięcia pojedynczych superkondensatorów to około 2,5 V, dlatego uzyskanie wysokich napięć wymusza szeregowe łączeni setek superkondensatorów. 7. Superkondensatory cechują się dodatkowo stosunkowo dużym rozrzutem pojemności. Łączenie szeregowe może prowadzić do występowania nierównomiernego napięcia na poszczególnych superkondensatorach (prąd jest taki sam). Konieczne jest stosowanie dodatkowych układów wyrównujących napięcie. 36