Megéri akkumulátort telepíteni napelemes rendszerhez?

A megújuló energiát hasznosítani képes technológiák elterjedése nem csak lehetőségeket, hanem kihívásokat is teremt az ipari szereplők számára. A C&I szektor szereplőinek ebben segítséget nyújthat az akkumulátor. Csökkenti a megújuló energia alapú technológiák veszteségeit, csökkentheti a hálózathasználati és kereskedelmi díjakat. A berendezés lehetőséget ad a kiegyenlítőenergia révén alternatív üzleti modellek segítségével egy új bevételi forrást kihasználni. Az akkumulátorok az elmúlt években jelentős árcsökkenésen és fejlődésen mentek keresztül, ezért ma már általánosságban érvényesülhet gazdaságosságuk. Mindezek ellenére számos nyitott kérdés maradt még megválaszolatlan mind technikai, mind szabályozási téren, ami a berendezések gyors elterjedését lassíthatja.

The expansion of renewable-energy technologies carries substantial challenges beyond their obvious advantages. These challenges can be addressed through the utilization of a storage technology by players in the C&I sector. Storages mitigate the losses of renewable technologies, network fees and energy costs. The technology can be succesfully integrated in the balancing energy market, through that providing additional alternative revenue streams for industrial players. Battery prices have been falling substantially in recent years, while the technology has advanced, making their economic benefits a reality. Despite the positive indicators, batteries face some challenges in terms of regulations and applications, which may slow down their imminent expansion.

A lítium alapú akkumulátorok rohamos fejlődésének köszönhetően 2023 végén hatalmas fordulat következett be az ipari energiatárolásban: egy jól méretezett akkumulátoros rendszer ma már képes lecsökkenteni a naperőművek megtérülési idejét. A piacon megjelenő, új, innovatív energiatároló rendszerek nemcsak tárolókapacitásban és energiasűrűségben múlják felül a korábbi termékeket, de versenyképes áruknak köszönhetően elhozhatják a saját célra termelő megújuló-energia rendszerek forradalmát is. A kérdés most már nem az, hogy megtérülő beruházásnak számít-e egy akkumulátor telepítése, hanem hogy az adott teljesítményű napelemes rendszerrel kombinálva milyen kapacitású energiatároló képes a legtöbb megtakarítást megvalósítani. Egy sikeres akkumulátoros projektnek három kulcsa van: 1. versenyképes árú termékek beépítése, 2. a lehető legjövedelmezőbb bevételi források (akkumulátor felhasználási módok) kiaknázása, és 3. egy megbízható szimulációs módszertan az optimális rendszerméret meghatározásához.

Akkumulátorok lehetséges alkalmazása C&I visszwattos rendszerekben

A cikk kifejezetten a C&I szektorban telepített, háztartási méretű kiserőműnél nagyobb, betáplálás nélküli rendszerekkel foglalkozik, mivel a legtöbb – energiahatékonyság szempontjából az energetikai auditorok fókuszában lévő – vállalat, ebbe a kategóriába esik. Ilyen esetekben az akkumulátor felhasználási lehetőségei a következők:

  1. visszwatt veszteség csökkentés/önfogyasztás optimalizálás:

Ez az alkalmazás a legalapvetőbb, az ilyen típusú napelemes rendszerekben a legkönnyebben megvalósítható és a legtöbb gazdasági haszonnal jár. Az alkalmazás lényege, hogy a napelempark mellé akkumulátort telepítenek, aminek segítségével a napelem által termelt energiát eltárolják azokban az időszakokban, amikor a napelem termelne a kedvező időjárási feltételek miatt, viszont a telephely fogyasztása ezt nem tudja – teljes egészében – felvenni. Ilyen módon a napközbeni ingadozások a villamosenergia termelésben és fogyasztásban kiegyenlíthetők. Az alkalmazás kulcsfontosságú kérdése a napelem mérete, akkumulátor mérete és fogyasztás jellege. Ezen paraméterek hármasa optimizálandó egy új rendszer esetén. Fontos megjegyezni, hogy a korábbi szaldós háztartási méretű kiserőművi és a napelem méretéhez képest jelentősen nagyobb fogyasztással rendelkező ipari rendszerek esetein kívül kifejezetten hibás megoldás a napelem névleges méretének éves elméleti termeléssel való kiszámítása. A gazdasági optimum egy ilyen rendszerben minden esetben még visszwatt veszteséggel járó kombinációt jelent, aminek pontos méretezése nem történhet máshogy, mint negyedórás fogyasztási és termelési adatok segítségével.

2. hálózati szolgáltatások:

A hálózati szolgáltatások között számos potenciális termék megtalálható, aminek segítségével akár a rendszerüzemeltetőnek, akár a hálózati szolgáltatónak támogatást nyújthatunk. Ilyen például a frekvencia, feszültségszabályozási és blackstart szolgáltatások. A gyakorlatban leginkább az akkumulátorok aFRR piacon történő alkalmazása terjedt el, azonban annak ellenére, hogy ez egy rendkívül lukratív beruházási lehetőség pénzügyi szempontból, ezzel nem foglalkozunk részleteiben, mivel ez az adott telephely energiahatékonyságától független szolgáltatás/pénzügyi befektetés.

3. piaci arbitrázs:

Az energiaárak változása kiszámíthatatlan még középtávon is. Az előrejelzési modellek ellenére léteznek olyan „fekete hattyú” események, amik hatására extrém kiugrások következnek be. Ilyen volt például a 2022-es energiaválság is, aminek hatását néhány vállalat még mindig érzi. Rövidebb táv esetén azonban az árak változása igen jó közelítéssel kiszámítható. A napon belüli azonnali piacon történő árváltozás az energiaár tekintetében nagy biztonsággal adott napokon, állandó, vagy legalább hasonló jelleget mutat. Ez abból fakad, hogy a piaci szereplők nem tudják kihasználni az arbitrázs lehetőségeket, mert az éjszakai órákra nem ütemezhető át minden tevékenység. Így hiába adódik például az éjszakai órákban alacsonyabb ár, mint a reggeli csúcsban, nem tudjuk ezt kihasználni – akkumulátor nélkül. Az piaci arbitrázs alkalmazás lényege, hogy azokban az órákban amikor az azonnali piaci órás ár alacsony, feltöltöm a tárolót, amiket pedig magas, akkor a hálózatból vételezés helyett – kisütöm. A töltés adott esetben a hálózatról is történhet, de az alkalmazás kombinálható napelemmel is; a magas napelemes termelés miatti alacsony napközbeni órákban dönthetek úgy, hogy a napelem által termelt energia egy részét nem használom fel, hanem eltárolom későbbi órákra, másik részével csökkentem a fogyasztásomat, a fogyasztás többi részét pedig az arányaiban olcsó azonnali áron szerzem be. Szimulációink alapján a napon belüli árváltozás a korábbi magas árkörnyezetben magasabb volt, ekkor ezzel az alkalmazással nagyobb gazdasági haszon volt elérhető. A napelemek elterjedésével azonban várható további napon belüli ingadozás, megjelennek a 0, vagy negatív árak, így a korábbi éjszaka-reggel arbitrázs helyet létjogosultsága lesz a napon belüli arbitrázsnak is.

4. csúcslevágás:

Nemzetközi irodalomban gyakran hivatkoznak az akkumulátorokra a peak-shaving (csúcslevágás) kontextusában. Egyes országokban és államokban a rendszerhasználati díjtételek teszik ki a teljes villamosenergia-költség akár kétharmadát is, így a teljesítménydíjak csökkentése rendkívül fontos számukra. A magyar árkörnyezet is ebbe az irányba megy, ha megfigyeljük a rendszerhasználati díjtételek változását (még a 2024.01.01 óta hatályos változás is a kWh arányos díjtételek csökkentése mellett kétszámjegyű növekményt hozott az összes C&I szektorban szereplő fogyasztó kW arányos díjaiban). Az akkumulátor alkalmazás lényege, hogy a vételezési energiamennyiséget mérve az akkumulátor kisütését írjuk elő olyan esetekben, amikor a fogyasztás – és ez alapján a reprezentatív, számolt kW teljesítmény – meghalad egy bizonyos értéket. Ezzel csökkenthetjük a kW alapú rendszerhasználati díjtételeket.

5. tartalék energiaforrás:

Számos téves információ ellenére a legtöbb általános, korábbi alkalmazásokban használatos akkumulátor nem alkalmas szünetmentes tápegység (UPS) típusú alkalmazásra. Ez a technológia jellegéből és a használatos inverterekből fakad. Ez azt jelenti, hogy nagy általánosságban másodperces reakcióidejű berendezésekről van szó, ami nem felel meg az akár 10 ms válaszidővel rendelkező szünetmentes tápegység igényének. Léteznek természetesen olyan akkumulátorok, amik képesek ilyen reakcióidőre, ez azonban nem általános és e berendezések ára is más kategóriába esik. Az általános, például önfogyasztás-optimalizálás miatt beépített akkumulátorok ennek ellenére használhatóak tartalék energiaforrásként és olyan esetekben, ahol a válaszidő nem kritikus feltétel, sikerrel segíthetnek például egy gyártósorral rendelkező telephelyen, hogy megakadályozzák az alapanyag beragadásokat és egyéb kárral járó eseményeket, egy hosszabb áramszünet esetén.

6. teljesítmény rásegítés:

Az elektrifikáció elterjedése miatt a korábbi csatlakozási teljesítményeket számos telephely eléri, viszont annak fejlesztése olyan költséggel járna, ami a további bővítéseket gazdaságtalanná teszi. Egy bizonyos szintig ebben a problémában is segíthetnek az akkumulátorok. A gépek indulásakor, amikor a legmagasabb a teljesítményfelvétel, „booster”-ként tudnak segíteni, hogy rendelkezésre álljon a teljesítmény. Másik alkalmazása az elektromos autótöltők támogatása. Több, főleg kommerciális tevékenységgel foglalkozó telephely (pl.: irodaház) nem rendelkezik megfelelő hálózati csatlakozási teljesítménnyel, viszont elektromos autótöltők telepítését tervezi. Náluk az akkumulátoros rásegítés nélkül szinte nem is elképzelhető ilyen fejlesztés.

Az egyes alkalmazások természetesen nem azonos gazdaságossági megtérüléssel rendelkeznek. A direkt, számosítható gazdasági haszonnal járó alkalmazások közül az önfogyasztás optimalizálás a legkedvezőbb. Ezt követi a piaci arbitrázs és csúcslevágás. A teljesítmény rásegítés és tartalék energiaforrás nehezen általánosítható, így az egyes felhasználási helyeken specifikusan kiértékelendő a hatásuk.

Esettanulmány

A fejezetben egy ipari energiafelhasználó példáján mutatjuk be egy minta rendszer számolt gazdaságosságát. Az alábbiak példaként szolgálhatnak egy ilyen típusú fogyasztó visszwatt veszteség csökkentésére telepített akkumulátoros energiatárolójának méretezési lépéseire. Az esettanulmányban vizsgált fogyasztó 1,2 GWh/év fogyasztással rendelkezik, a reprezentatív energiaár 100 Ft/kWh (teljes kWh alapú költség).

Méretezési módszertan:

  • a módszertan keretében először meghatározzuk a statikus megtérülésre és nettó jelenértékre optimalizált napelem méretet a negyedórás fogyasztási adatok alapján, multi-célfüggvény segítségével. Ez a módszer jellemzően egy nagy napelemes méretet eredményez, ahol a leszabályozási veszteség 20-40% körüli.
  • a multi-objective optimalizálás eredményét alapulvéve felveszünk egy plusz-mínusz irányban is – a telephely fogyasztását figyelembe véve indokolt – méret sávot mind a napelem, mind az akkumulátor szempontjából.
  • a kétdimenziós vizsgálat eredménye egy hőtérkép szett, amiből látható a különböző napelem+akkumulátoros kombinációk gazdaságossága és műszaki mutatói. A szimuláció eredményét egy tucat ilyen mutató alapján használhatjuk fel.

Egy példaválasztás eredményeit az 1. ábra és az 1. táblázat
mutatja.

1. ábra Akkumulátoros rendszerek gazdasági hatása

Az ábrán látható, hogy az energiaköltség-megtakarítás nagy részét a napelemes rendszerrel érjük el, míg az azt kieégszítendő akkumulátor – mérettől függően – további 10-30% megtakarítást eredményezhet. A megtakarításhoz tartozó további eredmények a következő ábrán látszanak:

1. táblázat Választott rendszerméretek

Ahogy a táblázatból látszik, a tároló egy szintig nem növeli a megtérülési időt, azonban ezen túlmenve a hálózatból származó villamos-energia kiváltás már megtérülési idő növekedéssel jár. A példaszámítás nem veszi figyelembe a TAO trv. által nyújtott adótámogatást, ami 2024.01.01 óta 30-40-50% kedvezményt biztosít nagy-közép és kisvállalatok számára. Adott esetben ezt használva a megtérülési idő bizonyos esetekben 2-4 év is lehet. A valós gazdaságosságot tovább növeli az akkumulátoros tároló önfogyasztás optimalizáláson felüli alkalmazása, amivel 10-15%-kal kedvezőbb mutatók adódnának. Ezeket is figyelembe véve, nem irreális elvárás a napelem és akkumulátoros tárolós rendszerrel szemben támasztott 4 év alatti megtérülési idő, akár 2 évet is elérve.

A cikk kifejezetten a visszwattos, C&I rendszerek lehetőségeit mutatja be. Egy akkumulátoros tárolóval, számos alkalmazási módján keresztül, kedvező gazdasági eredmények érhetőek el. Az önfogyasztás optimalizálás (leszabályozási veszteség csökkentése), csúcslevágás, piaci arbitrázs és tartalék energiaforrás funkciók kombinálhatók, így rendkívül kedvező – akár 2-4 éves – megtérülési időket elérve. A rendszerek tervezése azonban különös figyelmet igényel, mivel a tárolók megléte egy extra szabadsági fokot ad a méretezési problémának. Minden rendszer és eset más és más, így kevéssé használhatóak ökölszámok, vagy heurisztikák. A kevés tapasztalat miatt azonban a vállalkozó kedvű beruházóknak meg kell küzdeniük a folyamat gyerekbetegségeivel, amilyen például az akkumulátor inverterek bizonylatai, engedélyezési folyamatok, meglévő rendszerhez csatlakoztatás és vezérlési kérdések. Mindezek ellenére azonban elmondható, hogy a jelenlegi piaci helyzet alapján az energiatárolók rendkívül elősegítik a megújuló energiaforrások elterjedését mert hatékonyan és gazdaságosan kezelik az azok jellegéből fakadó kihívásokat.


Comments

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük