Αποθήκευση ηλιακής ενέργειας

Κατά τους τελευταίους μήνες, το αντικείμενο της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα από τα πλέον φλέγοντα θέματα συζήτησης στην ελληνική ενεργειακή κοινότητα, αλλά και διεθνώς, λόγω της απαίτησης ενσωμάτωσης στα ηλεκτρικά δίκτυα πολύ υψηλής διείσδυσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) τόσο σε ευρωπαϊκό επίπεδο όσο και παγκοσμίως.

Η απαίτηση για αλματώδη αύξηση της διείσδυσης ΑΠΕ πηγάζει από την ανάγκη να ελαχιστοποιηθεί η εξάρτηση της Ευρώπης από εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα, ιδίως μετά τις τελευταίες εξελίξεις σε ευρωπαϊκό επίπεδο ως συνέπεια του Ρωσο-ουκρανικού πολέμου, να περιοριστούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της ηλεκτροπαραγωγής, μέσω ελαχιστοποίησης της χρήσης ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και να επιτευχθεί η σταδιακή μετάβαση στην οικονομία του πράσινου υδρογόνου, κυρίως για χρήση στις μεταφορές και ενδεχομένως και στη βιομηχανία.

Η αποθήκευση είναι ο απαραίτητος συνδετικός κρίκος στην αλυσίδα για τη μεγιστοποίηση της διείσδυσης των ΑΠΕ στα ηλεκτρικά δίκτυα, και κυρίως της φωτοβολταϊκής (Φ/Β) παραγωγής, η οποία παρουσιάζει μέγιστη διακύμανση παραγωγής κατά τη διάρκεια της ημέρας. Με την αποθήκευση καθίσταται εφικτή η εξομάλυνση της καμπύλης παραγωγής των Φ/Β σταθμών, η εξισορρόπηση των πιθανών αποκλίσεων στην έγχυση ηλεκτρικής ενέργειας από όλες τις τεχνολογίες ΑΠΕ, η παροχή εφεδρειών και Ενέργειας Εξισορρόπησης σε πραγματικό χρόνο στο Σύστημα, καθώς και η διαχείριση της τάσης σε συγκεκριμένα σημεία του Συστήματος/Δικτύου (ειδικά σε υποσταθμούς (Υ/Σ) όπου παρατηρείται υψηλή διείσδυση Φ/Β πάρκων στις γραμμές του Δικτύου Διανομής ^[1]. Συνεπώς, οι σταθμοί αποθήκευσης κρίνονται απαραίτητοι για την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία του μελλοντικού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας με συνεχώς αυξανόμενη διείσδυση ΑΠΕ. Βάσει του αναθεωρημένου ΕΣΕΚ (Ιανουάριος 2023), προβλέπεται η εγκατάσταση και λειτουργία 2,5 GW υδραντλητικών σταθμών και 5,6 GW σταθμών αποθήκευσης με μπαταρίες έως το 2030 ^[2].

Βάσει των παραπάνω, τίθεται πλέον το ερώτημα: από άποψη συστήματος, ποια είναι η βέλτιστη τοποθεσία για την εγκατάσταση των σταθμών αποθήκευσης με μπαταρίες; Οι πιθανές τοποθεσίες / σημεία σύνδεσης είναι οι εξής:

• κοντά (σύνδεση με αποκλειστική γραμμή στους ζυγούς 33kV ή 20kV) σε νέους Υ/Σ ανύψωσης στην Υψηλή Τάση (δηλαδή Υ/Σ με μετασχηματιστές 150kV / 33kV ή 20kV) που κατασκευάζονται για τη σύνδεση αποκλειστικά νέων σταθμών ΑΠΕ,
• κοντά (σύνδεση με αποκλειστική γραμμή στους ζυγούς 33kV) σε νέους Υ/Σ ανύψωσης στην Υπερυψηλή Τάση (δηλαδή Υ/Σ με μετασχηματιστές 400kV / 33kV) που κατασκευάζονται για τη σύνδεση αποκλειστικά νέων σταθμών ΑΠΕ,
• κοντά (σύνδεση με αποκλειστική γραμμή στους ζυγούς 150 kV) σε υφιστάμενα Κέντρα Υπερυψηλής Τάσης (ΚΥΤ) του Συστήματος (δηλαδή με αυτομετασχηματιστές 400kV / 150kV), στα οποία συνδέονται γραμμές του Συστήματος Μεταφοράς, άλλοι μετασχηματιστές υποβιβασμού τάσης 150kV / 20kV με γραμμές του Δικτύου Διανομής με φορτία και ΑΠΕ,
• κοντά (σύνδεση με αποκλειστική γραμμή στους ζυγούς Μέσης Τάσης 20 kV) σε υφιστάμενους Υ/Σ του Συστήματος (δηλαδή Υ/Σ με μετασχηματιστές 150kV / 20kV), στους οποίους συνδέονται γραμμές του Δικτύου Διανομής με φορτία και ΑΠΕ, καθώς και πιθανώς άλλες αποκλειστικές γραμμές με ΑΠΕ,
• μακριά από Υ/Σ του Συστήματος, αλλά κοντά σε γραμμές μεταφοράς 150 kV που παρουσιάζουν συμφόρηση, οπότε γίνεται κατασκευή νέου Υ/Σ με μετασχηματιστή 150 kV / 20 kV ή 150 kV / 33 kV και σύνδεση του σταθμού αποθήκευσης στους ζυγούς Μέσης Τάσης (20 kV ή 33 kV),
• μακριά από Υ/Σ του συστήματος, αλλά κοντά σε γραμμές μεταφοράς 150 kV χωρίς συμφόρηση, οπότε και πάλι γίνεται κατασκευή νέου Υ/Σ με μετασχηματιστή 150 kV / 20 kV ή 150 kV / 33 kV και σύνδεση του σταθμού αποθήκευσης στους ζυγούς Μέσης Τάσης (20 kV ή 33 kV).

Το θέμα είναι καθαρά τεχνικό, καθότι εμπλέκονται διάφορες τεχνικές παράμετροι τόσο του Συστήματος Μεταφοράς όσο και του Δικτύου Διανομής. Στον ακόλουθο πίνακα γίνεται μία προσπάθεια να καταγραφούν τα ειδικά χαρακτηριστικά κάθε πιθανής λύσης, καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών, λαμβάνοντας φυσικά υπόψη τους περιορισμούς έγχυσης που αναμένεται να επιβάλουν ο Διαχειριστής του Συστήματος Μεταφοράς (ΑΔΜΗΕ) και ο Διαχειριστής του Δικτύου Διανομής (ΔΕΔΔΗΕ) στους σταθμούς αποθήκευσης με μπαταρίες που συνδέονται στο Σύστημα Μεταφοράς και το Δίκτυο Διανομής, αντίστοιχα.

Βάσει των παραπάνω, συνάγεται ότι η λύση τοποθέτησης των σταθμών αποθήκευσης με μπαταρίες που συγκεντρώνει τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα είναι η (Δ), δηλαδή μέσω αποκλειστικής γραμμής στους υφιστάμενους Υ/Σ του Συστήματος (Υ/Σ με μετασχηματιστές 150kV / 20kV), αρκεί να υπάρχει το σχετικό περιθώριο στάθμης βραχυκύκλωσης στους μετασχηματιστές του Υ/Σ, και φυσικός χώρος για νέα πύλη στους ζυγούς Μέσης Τάσης του Υ/Σ.

[1] Η μεγάλη διείσδυση Φ/Β πάρκων στις γραμμές του Δικτύου Διανομής, που πλέον λαμβάνει χώρα στους περισσότερους Υ/Σ στην Ελλάδα, λόγω των ειδικών τεχνικών χαρακτηριστικών του Δικτύου Διανομής, αυξάνει σημαντικά τις τάσεις στους Υ/Σ ανάντη του Δικτύου, και απαιτείται διαχείριση από τον Διαχειριστή του Συστήματος για τη μείωση των τάσεων στην πλευρά της Υψηλής Τάσης, προκειμένου να διατηρούνται τα επίπεδα τάσης στην πλευρά του Δικτύου Διανομής εντός των προβλεπόμενων ορίων. Ένας τρόπος διαχείρισης είναι η αποστολή εντολής απορρόφησης αέργου ισχύος προς τους σταθμούς αποθήκευσης που συνδέονται στους Υ/Σ του Συστήματος, προκειμένου να μειωθούν οι τάσεις σε επίπεδο 1.05 – 1.10 p.u. (δηλαδή σε επίπεδο 157.5 –  165 kV στην πλευρά της Υψηλής Τάσης, όχι παραπάνω).

[2] energypress.gr/sites/default/files/media/protasi-esek.pptx

[3] Η παροχή αυτόματης Εφεδρείας Αποκατάστασης Συχνότητας (αΕΑΣ) προϋποθέτει τη δυνατότητα λήψης των εντολών Αυτόματης Ρύθμισης Παραγωγής (Automatic Generation Control ή AGC) ή set-points που αποστέλλονται σε κατάλληλες απομακρυσμένες τερματικές μονάδες (Remote Terminal Units ή RTUs) από το σύστημα AGC του Εθνικού Κέντρου Ελέγχου Ενέργειας (ΕΚΕΕ) του ΑΔΜΗΕ. Η λήψη αυτών των εντολών μπορεί να γίνει:

• απευθείας από την RTU και μεταβίβαση με αναλογικό ή ψηφιακό τρόπο στον ελεγκτή (controller) του σταθμού αποθήκευσης με μπαταρίες, και στη συνέχεια στο Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας (Battery Management System, BMS) του σταθμού αποθήκευσης, σε περίπτωση σταθμών  με μεγαλύτερη ονομαστική ισχύ,
• μέσω Φορέων Σωρευτικής Εκπροσώπησης (ΦοΣΕ) σταθμών αποθήκευσης με μπαταρίες, σε περίπτωση σταθμών με μικρότερη ονομαστική ισχύ, οπότε το σύστημα AGC του ΕΚΕΕ του ΑΔΜΗΕ αποστέλλει το συνολικό set-point ανά 4-8 δευτερόλεπτα στον ΦοΣΕ, ο ΦοΣΕ κατανέμει και αποστέλλει τα επιμέρους set-points στα BMS των σταθμών αποθήκευσης που εκπροσωπεί, οι οποίοι έχουν εξ ορισμού τεχνική δυνατότητα να ακολουθήσουν αυτά τα set-points. Αυτή η λύση εφαρμόζεται ήδη με επιτυχία στις ΗΠΑ.

[4] Η υπηρεσία αυτή είναι πολύ σημαντική για το Σύστημα, καθότι ήδη σήμερα σε συνθήκες έντονης ηλιοφάνειας και χαμηλών φορτίων παρατηρούνται επίπεδα τάσης που ξεπερνούν την τεχνική δυνατότητα ρύθμισης του Διαχειριστή του Συστήματος, και οδηγούν σε αναγκαστικές περικοπές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από μονάδες ΑΠΕ λόγω υπέρβασης των ορίων τάσης.

Δείτε περισσότερα άρθρα σχετικά με την κλιματική αλλαγή στο www.clima21.gr