Ebben a cikkben összefoglaljuk, hogy a speciális Planergy-módszertan szerint hogyan jutunk el az adott körülmények között optimális ipari napenergia-rendszer kapacitásának és vezérlésének pontos meghatározásáig.
A cikk tartalma:
- Adatgyűjtés és előfeldolgozás
- Hisztogram
- Elemzés
- Modellezés
- Optimális kapacitáslekötés
Adatgyűjtés és előfeldolgozás
A beruházás tervezésének első fázisában összegyűjtjük a rendelkezésre álló adatokat.
Egy ilyen projekt legfontosabb sarokköve a negyedórás historikus fogyasztási adat. Ezt a vállalati ügyfelek le tudják kérni az áramszolgáltatójuktól.
Ez azért fontos, mert így jól látszanak a napon belüli, a heti és a havi minimumok, illetve csúcsfogyasztási periodusok.
Ezek nagyon meghatározó jelentőségű adatok – az optimális kapacitás nagyban függ attól, hogy a fogyasztás elolszlása hogyan viszonyul a Nap járásához, illetve az áramszolgáltató által kedvezményes díjszabásban részesített időszakhoz.
Éppen ez az egyik kulcskérdés annak eldöntésében, hogy javítja -e egy telep hatékonyságát az akkumulátor, vagy sem. Amennyiben a napon belül a fogyasztási csúcs nem esik egybe a napelemes rendszer csúcstermelésével, vagy hétvégén jelentősen alacsonyabb a fogyasztás, mint hétközben, akkor nagy valószínűséggel az elemzés végén az fog kiderülni, hogy indokolt az energiatárolási kapacitás kiépítése is a napelemek mellé.
Hisztogram
Az előfeldolgozott adatokból hisztogramot készítünk, amely a vizsgált időszak fogyasztási értékeit szemlélteti.
A hisztogram mutatja a fogyasztási értékek eloszlását, segítve az elemzést és az optimális kapacitás meghatározását.
Az eljárás további célja, hogy a napon belüli fogyasztási értékek eloszlásának elemzése révén automatizáltan meghatározza az optimális kapacitáslekötést is a szolgáltatónál.
Az optimalizáció célja a büntetések elkerülése és az éves teljesítménydíj minimalizálása, figyelembe véve az ügyfél számára leggazdaságosabb megoldást.
A lekötött kapacitást lehet módosítani is, ezért bármikor érdemes lehet elindítani egy ilyen energetikai méretezési folyamatot, helyzetelemző céllal is.
TUDNIVALÓK A LEKÖTÖTT KAPACITÁS MÓDOSÍTÁSÁRÓL
- általában évente egyszer, meghatározott időszakban lehet módosítani a lekötött kapacitást.
- a pontos határidőket az áramszolgáltató határozza meg, de jellemzően az év vége felé van lehetőség a következő évre vonatkozó módosítási igény benyújtására.
- a cégnek írásos kérelmet kell benyújtania az áramszolgáltatóhoz
- a kérelemben meg kell jelölni a kívánt új kapacitásértéket
- az áramszolgáltató megvizsgálja a kérelmet és a hálózati lehetőségeket
- a módosítás függ a hálózat műszaki lehetőségeitől
- kapacitásnövelés esetén előfordulhat, hogy hálózatfejlesztésre van szükség, amit a cégnek kell finanszíroznia.
- kapacitáscsökkentés esetén figyelembe kell venni az esetleges szerződéses kötelezettségeket és a minimális lekötési időt
- a módosítás díjköteles lehet, különösen kapacitásbővítés esetén.
- a díjak mértéke függ a módosítás nagyságától és a szükséges műszaki beavatkozásoktól
- bizonyos szerződéstípusoknál lehet minimális lekötési idő vagy egyéb korlátozás
- nagymértékű módosításoknál az áramszolgáltató további műszaki vagy gazdasági feltételeket szabhat
Elemzés
Kifejlesztettünk egy algoritmust, amely elemzi a várható napelemes termelés és a fogyasztás kombinációját különböző rendszerméretekre. Az algoritmus figyelembe veszi a napi fogyasztási mintázatokat és a csúcsfogyasztási időszakokat.
Minden egyes negyedórára elvégezzük a szimulációkat és meghatározzuk az energiamérleget, az alábbi paraméterek alapján:
– napelemek termelése
– fogyasztás
– a napelemeken jelentkező túltermelés leszabályozásának vesztesége
– pénzügyi mérleg (az adott negyedórában realizált megtakarítás összege)
A folyamat során nem csak 1 db teljesítményt vizsgálunk, hanem egy teljes tartományt modellezünk, ennek köszönhetően találjuk meg az optimumot.
Az akkumulátor modellezése
Az akkumulátor-cellák villamos modellezése a rendszer egyenleteinek matematikai leírásán keresztül valósul meg, szemben az akkumulátorok tervezésekor az iparágban hagyományosan használatos végeselemes megközelítéssel.
AZ AKKUMULÁTOROK TERVEZÉSÉRE KORÁBBAN HASZNÁLT VÉGESELEMES SZIMULÁCIÓ LÉPÉSEI
- Geometria létrehozása:
Elkészítik az akkumulátor fizikai szerkezetének 3D modelljét, beleértve az elektródákat, szeparátorokat, elektrolit rétegeket.
- Anyagjellemzők definiálása:
Meghatározzák minden komponens anyagi tulajdonságait (pl. elektromos vezetőképesség, hővezetés, mechanikai tulajdonságok).
- Fizikai egyenletek beállítása:
Definiálják az elektrokémiai, hőtani és mechanikai egyenleteket, amelyek leírják az akkumulátor működését.
- Hálózás (Meshing):
A 3D modellt kisebb elemekre bontják, létrehozva a végeselemes hálót.
- Peremfeltételek és terhelések meghatározása:
Beállítják a működési körülményeket, például a töltési/kisütési áramot, környezeti hőmérsékletet.
- A szimuláció lefuttatása:
A modellt különböző működési körülmények között futtatják, elemezve a teljesítményt és a kapacitást.
- Eredmények elemzése:
Megvizsgálják a feszültségeloszlást, áramsűrűséget, hőmérséklet-eloszlást és más releváns paramétereket.
- Optimalizáláss
Az eredmények alapján módosítják a terveket.
- Validálás:
A szimulációs eredményeket összevetik a valós tesztadatokkal a modell pontosságának ellenőrzésére.
Ez egy hosszadalmas, bonyolult és drága folyamat.
A Planergy megoldása valós, mérésekből meghatározott karakterisztikákat/paramétereket használ a cellákra vonatkozóan a modell felállításakor, majd azokat matematikai modellek segítségével elemzi a szimulációk során.
Ez jóval gyorsabb megoldás.
A piacon létező akkumulátor-modellek adatai, a negyedórás fogyasztási adatok és a körülményekről (napjárás, időjárási adatsorok, stb) elérhető pontos információkat betáplálva szó szerint néhány perc alatt megkapjuk az adott napelemes és akkumulátoros kombináció valószínűsíthető teljesítmény-adatait akár évtizedes távlatban.
A módszerünk gyors ugyan, de a hatékonyságával kapcsolatban sem merülhet fel kétség: a Planergy megoldásának hitelességét és pontosságát a BME független kutatással igazolta.
Optimális rendszerméret
Az elemzés eredményei alapján az algoritmus kiszámítja az ideális rendszerméretet csak napelemmel, illetve napelem + akkumulátor kombinációban egyaránt.
Az optimalizáció során egy többváltozós célfüggvényt maximalizálunk, amelyet a nettó jelenérték, megtérülési fedezeti pont és a megtakarítások súlyozásával állítunk elő.
NETTÓ JELENÉRTÉK SZÁMÍTÁSA AZ AKKUMULÁTOR-KAPACITÁS TERVEZÉSÉHEZ
A nettó jelenérték (NPV) számítása az akkumulátor kapacitás-tervezésének az a lépése, amely során a tervezett akkumulátor rendszer teljes élettartama alatt várható pénzáramlásokat jelenértékre számítjuk át, figyelembe véve a kezdeti beruházási költségeket.
Képlet:
NPV = -C₀ + Σ (Cᵢ / (1 + r)ⁱ)
Ahol:
C₀: kezdeti beruházási költség
Cᵢ: i-edik év nettó pénzáramlása
r: diszkontráta
i: évek száma
Szükséges bemeneti adatok:
Tervezett akkumulátor-kapacitás (kWh)
Beruházási költség ($/kWh)
Várható élettartam (év)
Éves működési és karbantartási költségek
Becsült éves bevételek (energiatárolásból, hálózati szolgáltatásokból)
Diszkontráta
A folyamat:
- Különböző kapacitás-opciók definiálása
- Minden opcióra pénzáramlás-előrejelzés készítése
- NPV számítása minden opcióra
- Eredmények összehasonlítása és értékelése
A kapacitás optimalizációjának legfontosabb paraméterei:
– napelemes beruházás nettó jelenértéke
– az akkumulátor hozzáadott nettó jelenértéke
– villamosenergia-megtakarítás
– a megtérülés fedezeti pontja
Ezeket megfelelően súlyozva alakul ki a pénzügyileg optimális rendszerméret, és a legkisebb rendszerméret, amit még érdemes megépíteni.
A vizsgálati tartományt a bekerülési költség tartományával szűkíthetjük. Ez azt jelenti, hogy természetesen adott, meghatározott összegű rendelkezésre álló tőkével is le tudjuk futtatni a szimulációt – és akár mellé meg tudjuk mutatni azt a „valóban” optimális beruházást is, amelyet befektetési költségkorlát nélkül létre lehetne hozni az adott ipari lokáción és felhasználási mód mellett.
Szintén magától értetődik, hogy korábban már telepített napelemeket is képesek vagyunk a modellbe integrálni, és ennek megfelelően határozzuk meg a további napelem- ill. akkumulátor-telepítés gazdasági optimumát.
Az optimalizáció során a Digital Twin-modellen, valódi eszközök digitális ikerpárjain futnak le a szimulációk.
A szimulációk során használt akkumulátor-modellek méréseken, adatlapi karakterisztikákon alapulva írják le az energiatároló viselkedését és öregedését. Ennek köszönhetően tudunk töltést/kisütést szimulálni, éves ciklusszámot számolni, élettartamot becsülni.
A degradáció modellezésével, a meghatározott fogyasztási jellemzők és az akkumulátor javasolt felhasználási módjai alapján becsülhetővé válik az energiatároló élettartama, évről évre nyomon követhető a várható degradáció és annak hatása a pénzügyi eredményekre.
Optimális kapacitáslekötés
A szimuláció során kiszámítjuk, hogy a lekötött kapacitást mikor lépi túl a fogyasztás, mennyi lesz az ezért kirótt büntetés, illetve ez hogyan viszonyul a lekötés költségeihez – ennek eredményeképpen olyan lekötést fog javasolni a megoldásunk, amelynél az összköltség a lehető legalacsonyabb.
Az eljárás során azt is figyelembevesszük, hogy a felhasználó különböző elosztói teljesítménydíjakat fizethet a lekötött kapacitás függvényében. Ezek a díjak annál nagyobbak, minél nagyobb a lekötött kapacitás.
Az elemzés eredményei alapján az algoritmus kiszámítja napelem nélküli, napelemes és napelem+akkumulátor használata mellett, hogy hány kW kapacitást érdemes lekötni a szolgáltatónál, hogy a kívánt mértékig csökkentsük a büntetéseket és minimalizáljuk az éves teljesítménydíjat.
Az algoritmus az optimális napelem/napelem+akkumulátor méretet használja fel, amelyet korábban meghatároztunk, és ennek csökkentett fogyasztási hatását is beépíti a számításokba.
A Planergy innovatív tervezési folyamatának legfontosabb előnyei
Az automatizált elemzési módszerünk legfontosabb előnyei:
– pontos és gyors meghatározás
– minimalizálja az emberi hibázás esélyét
– kapacitásokat szabadít fel, mivel nincs szükség manuális elemzésre
– az optimalizált napelemes- és tárolási kapacitás több megtakarítást, gyorsabb megtérülést eredményez
– az optimalizált kapacitáslekötés révén az ügyfelek jelentős további költségmegtakarítást érhetnek el
Fontos elmondani még, hogy az előnyök kihasználása nem ér véget a tervezés véglegesítésével!
A szimulációkban használt EMS-logika (vagyis az energiamenedzsmentet illető beállítások és felhasználási módok összessége) direktben alkalmazható a fizikai eszköz vezérlésére is. Ez azt jelenti, hogy a szimulációs modellben kitesztelt vezérlési mód később, a valóságban megépített rendszerben is felhasználható.
Sőt, a szimulációkat később meg lehet ismételni, hogy a változó körülmények, a telephely fogyasztásában beálló módosulások hatásainak megfelelően módosítsuk a vezérlési logikát, illetve (amennyiben szükséges), változtassunk a kiépített napelem+akkumulátor kapacitásokon, illetve a lekötött kapacitáson.
Ennek köszönhetően az új energiarendszer optimális megtervezettségén túlmenően dinamikusan biztosítani lehet a folyamatosan optimális energiafelhasználást, az adott ipari terület teljes életciklusában.
Hasznosnak találta ezt az összefoglalót a napelemek és akkumulátorok kapacitás-tervezésének folyamatáról? A Planergy Akadémia egy olyan exkluzív technológiai hírforrás, amellyel érdemes képben maradni! Ne maradjon le a tiszta energiarendszerek tervezését és működtetését érintő innovációkról, értesüljön elsők között a Planergy új fejlesztéseiről és iparági információiról!