Одной из проблем, с которыми сталкивается широкое внедрение возобновляемых источников энергии, являются колебания мощности фотоэлектрических систем — для энергоемких компаний это означает, что их распределительные сети быстро становятся неадекватными.

Исследователи Fraunhofer разработали решение, которое сочетает энергию из возобновляемых источников с электричеством из общественной сети и использует батареи для компенсации колебаний. Этот подход принесет особую пользу компаниям, которые стремятся инвестировать в устойчивое развитие с помощью фотоэлектрических систем и при этом снизить свои затраты на электроэнергию . Живая лаборатория, которая имитирует практические условия, даст отраслевым заказчикам возможность тестировать компоненты и системные решения. Решение также позволяет более эффективно управлять зарядными станциями для электромобилей.

Промышленные компании все чаще используют энергию из возобновляемых источников, таких как фотогальваника, в дополнение к общественной энергосистеме. Но выходная мощность ветра и солнца колеблется, что делает управление энергопотреблением сложной задачей. Батареи призваны сыграть важную роль в решении этой проблемы: они служат буферами и компенсируют колебания электрической мощности. Если промышленные компании с фотогальваническими системами, установленными на крышах, смогут успешно сочетать электроэнергию собственного производства, вырабатываемую фотоэлектрическими установками, с электроэнергией из общественных сетей, они получат огромную выгоду.

Именно на это растет спрос, поскольку цены на энергоносители в настоящее время резко растут. Фраунгоферовский институт систем солнечной энергии ISE во Фрайбурге решает эту проблему с помощью своего проекта Haid-Power. Институт высокоскоростной динамики Фраунгофера, Ernst-Mach-Institut, EMI, также базирующийся во Фрайбурге, присоединился к нам в качестве партнера.

Комплексная система управления энергопотреблением

«Мы разрабатываем решение, которое компании в обрабатывающей промышленности могут использовать для объединения фотогальванических элементов с аккумуляторными батареями, чтобы удовлетворить свои потребности в энергии и мощности», — объясняет Феликс Шторц, научный сотрудник группы прикладных систем хранения в Fraunhofer ISE. Являясь крупнейшим научно-исследовательским институтом солнечной энергетики в Европе, этот институт предлагает богатый опыт.

Концепция проста: в программное обеспечение поступают данные о потреблении со всех производственных машин, а также данные о состоянии и зарядной емкости аккумуляторов, которые заряжаются с помощью солнечной энергии. «Затем система управления энергопотреблением может определить, сколько энергии могут обеспечить местные аккумуляторы и сколько энергии должно быть получено из сети общего пользования», — объясняет г-н Шторц.

Более эффективно используя потенциал возобновляемых источников энергии, компании могут сократить выбросы CO ₂ , экономя при этом расходы на электроэнергию. Интеллектуальное управление энергопотреблением также помогает избежать необходимости крупных инвестиций, таких как установка новых линий электропередач.

Управление энергопотреблением с прогнозирующими способностями

Интенсивность солнечной радиации иногда можно предсказать на несколько дней вперед — то же самое можно сказать и о мощности фотоэлектрических систем. Эта информация в сочетании с легкодоступными данными о типичных показателях потребления энергии для всех производственных машин может позволить программному обеспечению делать прогнозы. В результате руководство компании может заранее спланировать, сколько энергии они могут ожидать от своих фотоэлектрических систем, а сколько придется получать из общественной энергосистемы. В принципе, в этом процессе планирования можно было бы также учитывать цены на электроэнергию: аккумуляторы могли бы выступать в качестве буфера во время ценовых пиков.

Однако это не означает, что система полагается на прогнозы. Текущие данные об энергопотреблении машин поступают в систему через интеллектуальные счетчики, как и текущее состояние аккумуляторов. Это означает, что система может отреагировать в любой момент, например, если машину необходимо запустить в кратчайшие сроки.

Использование управления нагрузкой для предотвращения пиков потребления

Одним из основных компонентов этого решения является интегрированное управление нагрузкой. В то время как управление энергопотреблением является основным инструментом, используемым в общей стратегии производства и потребления энергии из различных источников, управление нагрузкой служит инструментом реагирования на пики потребления. Например, если энергоемкая система, такая как печь, вводится в эксплуатацию, когда зарядная емкость накопителей энергии исчерпана, то из общественной сети необходимо получать больше энергии. Система управления нагрузкой может сигнализировать об этом системе управления энергопотреблением. Затем это гарантирует, что другие управляемые машины будут дросселированы или полностью отключены. «Возможно также запускать машины позже, когда аккумуляторы будут заряжены — при условии, что это позволяет производственный процесс», — объясняет г-н Шторц.

Эксперты Fraunhofer использовали язык программирования Python для программирования решения по управлению нагрузкой. Это обеспечивает полную прозрачность. Система находится в постоянном развитии и работает на промышленных ПК с использованием стандартных интерфейсов. «Также вполне возможно внедрить систему, в которой работа происходит на собственном сервере компании и может контролироваться через Интернет», — говорит г-н Шторц.

Тестирование решений для отраслевых заказчиков в живой лаборатории

Чтобы создать оптимальные условия для своего проекта и обеспечить дальнейшие исследовательские проекты в будущем, исследователи Fraunhofer создают центр разработки и тестирования Haidhaus. Эта гибкая технологическая платформа будет использовать фотоэлектрическую систему и модульное аккумуляторное хранилище в качестве аппаратной основы. Кроме того, институты Фраунгофера во Фрайбурге работают над живой лабораторией, где основное внимание будет также уделяться аккумуляторным технологиям. Лаборатория будет служить площадкой для разработки и проведения практических испытаний компонентов и системных решений. Он также будет доступен отраслевым клиентам, которые хотят протестировать и проверить свои модели и системы в реальных условиях эксплуатации.

Таким образом, живая лаборатория станет платформой для разработки новаторских концепций управления энергопотреблением, которые позволят как коммерческим, так и государственным поставщикам энергии осуществить энергетический переход. В секторе электромобилей принцип интеллектуального управления энергопотреблением также считается ключевым фактором успеха. Например, если на определенной улице необходимо одновременно заряжать несколько электромобилей, система может предотвратить пиковые нагрузки в распределительной сети, временно ограничивая функцию быстрой зарядки на зарядных станциях.