Akıllı Şebekelerde Enerji Depolama

Çözümleri 27.04.2015

Prof. Dr. Engin ÖZDEMİR KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ – TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLĞİ BÖLÜMÜ E-mail: eozdemir@kocaeli.edu.tr

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: eozdemir@kocaeli.edu.tr