POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 74 Electrical Engineering 2013 Marek PALUSZCZAK* Wojciech TWARDOSZ** Grzegorz TWARDOSZ*** MONITOROWANIE PARAMETRÓW PRACY HYBRYDOWEGO ODNAWIALNEGO ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W pracy przedstawiono możliwości monitorowania i analizowania pracy układu elektrownia wiatrowa ogniwa fotowoltaiczne magazyn energii. Wskazano na różne drogi komunikacji pomiędzy mikroprocesorowym kontrolerem a jednostką monitorującą. 1. WPROWADZENIE Począwszy od roku 2013 przewiduje się szybki wzrost udziału mikrogeneracji odnawialnych źródeł energii (OZE) w wytwarzaniu energii elektrycznej. Dotyczy to zarówno systemów typu off grid jak i on grid. Nowa Ustawa o OZE, przewidywany termin wniesienia Ustawy pod obrady Sejmu RP, to koniec pierwszego kwartału br., ma gwarantować korzystne warunki dla inwestorów w tego typu źródła energii. Rozwój technologii AMI prowadzi do osiągnięcia monitorowania, sterowania i zarządzania siecią elektroenergetyczną na poziomie SMART GRID. Na rysunku 1 przedstawiono schemat sieci SMART GRID. W sieciach SMART GRID, w przypadku mikrogeneracji typu on grid, rozwój technologii AMI jest ukierunkowany na dwustronną komunikację z systemami HAN. czy HEMS, rzadziej bezpośrednio z siecią elektroenergetyczną. W przypadku mikrogeneracji typu off grid rozwój technologii komunikacyjnych idzie w kierunku monitorowania i/lub sterowania oraz zarządzania pracą układu. Rozwój drugiej technologii związany jest bezpośrednio z zaawansowania poziomu infrastruktury technicznej [1, 2]. Mikrogeneracja źródeł energii typu off grid jest coraz częściej stosowana w domach rekreacyjnych [3]. W wielu przypadkach nie zalicza się ich do budynków mieszkalnych całorocznych. Pośrednicy w handlu nieruchomościami * ENERGA OPERATOR TOO Sp. z o.o., Kalisz. ** WEGA, Poznań. *** Politechnika Poznańska.
302 Marek Paluszczak, Wojciech Twardosz, Grzegorz Twardosz wskazują jednak na istotny wzrost zainteresowania klientów zakupem nieruchomości rekreacyjnych klasy całorocznej. Rys. 1. Koncepcja SMART GRID [oprac. własne] 2. ANALIZA PRACY UKŁADU W pracy przedstawiono możliwości zakresu analizy pracy, przy wykorzystaniu możliwości komunikacji bezprzewodowej i przewodowej, zainstalowanego w 2012 roku układu hybrydowego złożonego z elektrowni wiatrowej, ogniwa PV oraz akumulatorowego magazynu energii, na terenie województwa wielkopolskiego. Na rysunku 2 przedstawiono schemat połączeń elementów układu do kontrolera. Rys. 2. Układ połączeń kontrolera [oprac. własne]
Monitorowanie parametrów pracy hybrydowego odnawialnego źródła 303 Kontroler ma za zadanie sterowanie pracą mikroźródeł i magazynem energii. Oprogramowanie pozwala na pracę z falownikami zarówno typu off grid jak i on grid. Niezależnie od rodzaju pracy mikrofalownika układ połączeń jest podobny, (rys. 3). Rys. 3. Schemat połączeń inwertera z systemem hybrydowym [oprac. własne] W przypadku inwertera off grid można dodatkowo zainstalować interfejs, czyli w tym przypadku układ przełączający typu off on. Pracę układu można indywidualnie programować, zarówno w funkcji pracy różnych kombinacji połączeń źródeł energii elektrycznej, jak i czasu pracy wybranych elementów systemu. Wartość wytworzonej energii elektrycznej, można obserwować w czasie rzeczywistym, w trybie 24 h, tygodniowym, miesięcznym i rocznym. Wyniki mogą być prezentowane także w formie graficznej. 3. WYBÓR SYSTEMU KOMUNIKACJI ŹRÓDŁO ENERGII - UŻYTKOWNIK. STUDIUM PRZYPADKU Analizie poddano możliwość komunikacji układ - centrum monitorowania poprzez kontroler typu WSH 0,3-0,15 elektrowni wiatrowej TVK 0,3/12, ogniwa PV o mocy 150 W i akumulatorowego magazynu energii o Q = 100 Ah. Oprogramowanie kontrolera umożliwia różny, tj. bezprzewodowy, przewodowy i mieszany sposób komunikacji z systemem monitorowania. Na rys. 4 przedstawiono przewodową komunikację kontrolera układu hybrydowego z systemem monitorowania. Port RS 484 wykorzystuje się przy większych odległościach kontrolera od komputera. Oprogramowanie umożliwia łączność kilku kontrolerów z centrum monitorowania. W przypadku technologii bezprzewodowej jest możliwe podłączenie odpowiedniego interfejsu i routera. W przypadku znacznej
304 Marek Paluszczak, Wojciech Twardosz, Grzegorz Twardosz odległości jednostek podstawowych od centralnej, wykorzystuje się komunikację drogą bezprzewodową GPRS DTU. Soft ware umożliwia wykorzystanie mieszanego sposobu komunikacji. Na rys. 5 i 6 przedstawiono okna dialogowe oprogramowania kontrolera w wersji 2.0. Okno dialogowe, przedstawione na rys. 5, jest pierwszym, które po uruchomieniu programu jest dostępne dla odbiorcy. Okno podzielono na 7 segmentów, w tym trzy graficzne. Okno dialogowe, przedstawione na rys. 6, jest typowo graficznym. Istnieje możliwość wizualizacji przebiegów zmian U, I, P, W w różnych okresach czasu, dla różnych źródeł energii elektrycznej. Rys. 4. Przewodowa komunikacja kontroler WSH 0,3-0,15 - centrum monitorowania [oprac. własne] Rys. 5. Okno dialogowe
Monitorowanie parametrów pracy hybrydowego odnawialnego źródła 305 Rys. 6. Okno dialogowe Oprogramowanie umożliwia w czasie rzeczywistym na monitorowanie podstawowych parametrów wszystkich elementów układu napięcia, prądu, mocy i energii. Sygnalizowany jest również aktualny stan pracy elementów układu. Typowe parametry graniczne są zaprogramowane przez producenta oprogramowania. Istnieje możliwość zmiany ustawień. Wyniki mogą być przedstawione graficznie. 4. WNIOSKI Wykorzystanie OZE w domkach rekreacyjnych staje się coraz powszechniejsze. Inwestycja w elektrownie wiatrową o mocy 300 W z kontrolerem, to koszt rzędu 4000 PLN netto. Cena ogniw PV kształtuje się na poziomie 4 PLN/W. Cena akumulatora żelowego o pojemności 100 AH wynosi około 3000 PLN netto. Montaż elementów układu jest prosty i tani. Możliwość monitorowania parametrów pracy jest pierwszym krokiem do sterowania i zarządzania pracą systemu. Polkomtel w niedługim czasie zamierza rozszerzyć swoje usługi także na dwustronną komunikację z innymi elementami systemu HAN. Oprogramowanie kontrolera WSH 0,3-0,15 umożliwia takie rozwiązanie. W przypadku, kiedy odbiory wymagają zasilania napięciem AC można z powodzeniem zastosować dostępne na rynku falowniki małej mocy do kilkuset watów. Cena falownika typu off grid o mocy około 300 W jest rzędu 1200 PLN netto. Wykorzystanie OZE o małej mocy w systemach off grid, przy oczekiwanych wysokich dotacjach w ramach projektów UE, będzie z pewnością coraz większe.
306 Marek Paluszczak, Wojciech Twardosz, Grzegorz Twardosz Rozwój technologii AMI, ukierunkowany przede wszystkim na SMART GRID, umożliwi także dwukierunkową komunikację i monitoring, sterowanie i zarządzanie systemami off grid [1, 2, 3]. LITERATURA [1] Popczyk J., Energetyka rozproszona, PKEOM, Warszawa, 2011. [2] Paska J., Wytwarzanie rozproszone energii elektrycznej i ciepła. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2010. [3] Paluszczak M., Twardosz G., Electric energy storage in SMART GRID. Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Academic Journals, Poznań, 2011, p. 107-113. MONITORING WORKING PARAMETRICS OF HYBRIDIC RENEVABLE ENERGY SOURCES In this paper are presented acceptable methods of monitoring and analyse various elements hybridic feed systems. Indicate various paths between communication systems and microprocessoring controller and monitoring unit.