Интеграция на фотоволтаични системи в интелигентни електроенергийни мрежи

Фотоволтаичните инсталации получават широко разпространение на редица нови пазари в световен мащаб като предпочитана технология за децентрализирано производство на електроенергия заради своята модулност и гъвкавост. Постоянното нарастване на дела на слънчевата енергия в микса на глобалното производство на електроенергия поставя значителни предизвикателства при интеграцията на фотоволтаичните системи към електрическата мрежа. Слънчевата енергия е сред така наречените "променливи енергийни ресурси", чиято наличност и обем зависят от атмосферните условия. Непостоянното производство на енергия от покривните PV системи и големите фотоволтаични паркове може да доведе до колебания в напрежението, загуби при разпределението, да засегне производителността и да намали качеството на захранването.

Внедряването на интелигентните мрежови технологии е реалистично решение за преодоляване на предизвикателствата при интегрирането на PV инсталациите в електроразпределителните мрежи. Благодарение на информацията в реално време операторите ще могат по-добре да предвидят търсенето и да планират интегрирането на ВЕИ в мрежата. Като цяло, бизнес възможностите за развитие в соларния сектор ще се увеличат значително, ако са подкрепени от интелигентни мрежови решения.

Ютилити компаниите все по-често признават, че внедряването на интелигентни мрежи ще проправи пътя за успешната реализация на различни проекти за възобновяема енергия, сред които и по-масовото използване на електрическите превозни средства.

Стандартизация

Практическата реализация на мрежите и ефективната им експлоатация изискват реализирането на решения на множество технически и нормативни проблеми. По-голямата част от тях са все още в етап на принципно уточняване и първоначални варианти, които предстои да бъдат оценявани и усъвършенствани, докато други вече навлизат като технически средства и икономически методики в съществуващите електроенергийни мрежи. Европейските организации по стандартизация все по-активно работят върху подобряването на нормативната рамка в тази област. Пример за това е разработката на стандарт за микрогенерация на енергия и технически спецификации за разпределено производство на енергия, дело на Европейския комитет за електротехническа стандартизация CENELEC. Ефективните стандарти в краткосрочен план ще дадат възможност за по-ефективно предоставяне на услуги, необходимите функции и контрол. Те ще допринесат и за намаляване на разходите, свързани с разликите между продуктите. В по-дългосрочен план стандартизацията ще постави основите на масова интеграция на фотоволтаични системи в мрежата, като елиминира риска от големи инвестиции за преоборудване. Важно е стандартите да се поддържат достатъчно гъвкави, като същевременно се гарантира пълна интеграция на фотоволтаичните услуги към изискванията на мрежата, за да създадат условия за разработването на цялостна гама от иновативни продукти, които да осигуряват мрежовите оператори с най-съвременните функции и възможности.

Интелигентни измервателни уреди

Интеграцията на мащабни фотоволтаични централи в интелигентните мрежи изисква разработването на свързани поддържащи технологии, които да предлагат smart функционалност. Качеството на комуникацията е от първостепенно значение. Мрежовите оператори трябва да получават подробни данни в реално време за активната и реактивна мощност и консумацията от страна на потребителите. В контекста на все по-големия брой операции, извършвани в мрежата, които са пряко управлявани от оператори на разпределителни системи, все по-често се налага дистанционно управление на генерираните от фотоволтаичните системи потоци.

Традиционните измервателни уреди обикновено не са в състояние да осъществяват такъв вид комуникация. За тази цел са разработени нови, интелигентни измервателни уреди, които навлизат все по-масово и в класическите мрежи. Те могат да осигурят задълбочена комуникация между професионалните потребители и операторите на мрежата, осигурявайки цялата необходима информация за енергийните потоци. Това ще гарантира, че стойностите на всички услуги, предоставяни от производителите на фотоволтаични системи или изисквани от конкретните приложения, са правилно измерени. Съответните операции в мрежата ще могат да се провеждат поотделно или съвкупно в зависимост от ефективността на разходите. Според Директива 2009/72/ЕО до 2020 г. най-малко 80% от потребителите трябва да бъдат оборудвани с интелигентни измервателни уреди. Предварително условие за това е положителната икономическа оценка на всички дългосрочни разходи и ползи, чието изготвяне е задължение на всяка държава членка на съюза.

Освен данни за показанията на електромерите в интелигентните електроенергийни мрежи ще могат да се обменят и други видове данни - за формата на напрежението и тока на мрежата, от сензорите за състоянието на мрежата, команди за управление и съобщения и команди за задействане на устройства и за обработка на някои от предшестващите данни.

Съхраняване на енергията

Задължително условие за успешната интеграция на фотоволтаичните системи в интелигентните мрежи е наличието на възможности за съхраняване на произведената от тях излишна енергия. По този начин ще се осигури натрупване на енергия в периодите на надхвърлящо консумацията производство и отдаването й в мрежата при обратно съотношение.

Сред утвърдените днес технологии за съхранение на енергията от фотоволтаични централи и други ВЕИ системи са акумулаторните батерии и помпено-акумулиращите станции. Технологиите в процес на разработка и доусъвършенстване включват различни съоръжения за компресиран въздух и производство на водород, инсталации за термично съхранение, маховици, наноматериали, изработени на базата на графен, системи със свръхпроводими магнити и други иновативни разработки.

Постоянното развитие в технологиите за съхранение не позволява да се прогнозира коя от тях ще триумфира в дългосрочен план. За момента основни претенденти са батериите. Качествата им са доказани в течение на десетилетия и намират активно приложение в автономните фотоволтаични централи. Използването на помпено-акумулиращи станции е силно ограничено от топографските особености на региона, а технологията за съхранение с компресиран въздух изисква специфични и редки геоложки образувания, както и големи капиталови инвестиции.

Преобразуването на слънчевата енергия в химична (например с помощта на електрохимичното производство на водород) също е сред обещаващите нови технологии, но не предлага дългосрочно съхранение на енергията. Най-вероятният сценарий ще включва комбинация от малки, разпределени системи за краткотрайно съхранение и големи системи за сезонно складиране на енергията.

Интелигентните мрежови технологии се очаква да изиграят ключова роля за успешното интегриране на фотоволтаични системи в електрическите мрежи. Интелигентната комуникация в инфраструктурата на мрежата ще спомогне за адекватна реакция на вариациите в електрозахранването и за поддържане на стабилността. Интеграцията на нарастващия брой PV системи в интелигентните мрежи бележи нова ера за енергийния сектор, която би могла да насърчава иновативни бизнес модели, осигуряващи високи резултати за крайните потребители.