Kocaeli Üniversitesi Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR
-
Upload
ahmet-becerik -
Category
Documents
-
view
60 -
download
2
Transcript of Kocaeli Üniversitesi Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR
Akıllı Şebekelerde Enerji Depolama
Çözümleri 27.04.2015
Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ – TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLĞİ BÖLÜMÜ E-mail: [email protected]
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
Elektrik enerjisi depolama
Elektrik Dağıtım Uygulamaları
Taşıma Yedek (Acil) Güç
Uygulamaları
Büyük Ölçekli (Güç) Şebeke
Bağlantılı Uygulamaları
Bataryalar
Volanlar (Uçan Tekerlek)
Ultrakapasitörler
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
DEPOLAMA
SİSTEMLERİ
Enerji depolama sistemleri diyagram gösterimi
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
Güç sistemlerinde uygulanan enerji depolama teknolojileri
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 -Petrol
-Dizel
jeneratörler
Bataryalar Yakıt
hücreleri
Enerji yoğunluğu (Wh/kg)
Güç
Yoğ
unlu
ğu (
W/k
g)
10-2
1 10-1
10 102 10
3
107
106
105
104
103
102
1
Farklı tipte enerji depolama yöntemlerinin
enerji ve güç yoğunluğuna göre dağılım grafiği
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.
Enerji Depolama Çözümleri
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)
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)
Kimyasal, mekanik ve elektriksel olmak üzere farklı depolama teknolojileri uygulanabilmektedir. Bunların uygulanması ihtiyaca en uygun çözümü sunacak teknolojinin belirlenmesi ile performans-maliyet 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.)
Elektrik enerjisi depolama
00:00 06:00
Depolama olmadan
üretilen enerji bandı
12:00 18:00
Sist
em T
aleb
i/KW
Tem
el y
ük
ener
ji ür
etim
i
Mak
sim
um
ener
ji ür
etim
i
Ort
a se
viye
ener
ji ür
etim
i
Depolama ile üretilen
enerji bandı
İşletme tarafından üretilen
temel yük seviyesinden
depolanan enerji
İşletme tarafından sağlanan
her gün sadece birkaç saat
çalışan talep edilen
maksimum güç Depolama olmadan
üretilen enerji profili
Depolama ağındaki deşarj
olan enerji
İşletme tarafından üretilen
temel yükten depolanan
enerji
0
Günün zaman dilimi
Depolamanın gerilim ve
frakansı korumak için
kullandığı arz ve talebe göre
dengelenen enerji
Enerji depolamalı dağıtık üretim sisteminin günlük
elektriksel güç zaman dağılım grafiği (1)
Tübitak 1001-Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı
Proje Yürütücüsü;
Unvanı, Adı - Soyadı: Prof. Dr. Engin Özdemir
Kurumu/Kuruluşu: Kocaeli Üniversitesi
Bölümü/Birimi: 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: 177.035 TL
Süresi: 24 AY
Proje No: 113E143
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 ultra-
kapasitörden oluşan hibrit
enerji depolama sistemi ve
önerilen yeni kontrol
yöntemleri ile geliştirilmesi
sağlanacaktır.
Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi - 113E143
Projenin genel topoloji yapısı
Projenin güç akış diyagramı
Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi - 113E143
Projede öngörülen batarya ve ultrakapasitörün
şarj/deşarj tepki sürei
+
-
Çift yönlü DA/DA Dönüştürücü
PBAT(low) < PBAT(min)
Yük Grubu
Şebeke
PBAT=PBAT(min)
Ultrakapasitör Grubu
Batarya Grubu
FV Panel
DA/DA Dönüştürücü
DA/AA Dönüştürücü
C
Hibrit enerji depolama sistemi geliştirilmesi projesi
Deneysel Çalışmalar
5.1kW FV panel kurulumu ve şebeke bağlantılı evirici fotoğrafı
Deneysel sistemde Yingli YGE-60 güneş panelleri 10’u seri olmak üzere 2 sıra
paralel kol oluşturularak 20 adet FV panel kullanılmaktadır.
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
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
http://enerji.kocaeli.edu.tr/fotovoltaik.php
Fotovoltaik elektrik üretim izleme sistemi
http://enerji.kocaeli.edu.tr/fotovoltaik.php
Fotovoltaik elektrik üretim izleme sistemi
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.
TEŞEKKÜRLER…
Bu sunum 113E143 nolu TÜBİTAK projesi tarafından desteklenmektedir.
Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR
E-mail: [email protected]