Skladování energie pro domácnost je stále nejlepším řešením problému solárního 'Duck Curve '

Nerovnováha výkonu způsobená růstem sluneční energie na střeše sníží poptávku po výkonu během dne. Když je počasí dobré a slunce zapadá, výroba energie na střeše se rychle sníží, což vyžaduje, aby tradiční generátor fosilních paliv rychle zvýšil výstupní výkon. V této době se objeví problém stability sítě napájecí sítě.

Problém je zhoršen nárůstem poptávky po elektřině v noci. Nejjednodušším řešením křivky kachny je přidání skladování energie baterie do jediné solární soustavy pro domácnost, aby se vyhladila křivka sítě.

Ačkoli výše uvedená řešení jsou veřejnosti známa, je k dispozici jen velmi málo informací k vyhodnocení alternativ. Proto v tomto článku budu diskutovat na základě „výsledků výzkumu při určování dopadu domácích baterií na výkonnost domácnosti a sítě “.

Obrázek 1 ukazuje problémy rodiny. 

Křivka (a) ukazuje denní křivku zatížení typické rodiny. Denní spotřeba elektřiny australských domácností je asi 20 kWh, s maximálním zatížením ráno a večer. Spotřeba elektřiny je nejméně během dne a pozdní noci.

Křivka (b) ukazuje výsledky výpočtu sluneční energie poskytované střešním poli střechy 4 kWP do domu za slunečného jarního dne v Perth v západní Austrálii. Sluneční energie dosáhla vrcholu v poledne, když byla dostupná elektřina téměř zbytečná.

Během tohoto slunečného dne rodina použila pouze 38% dostupné sluneční energie v důsledku nesouladu mezi křivkou zatížení a dodávky. Během dne bude zatížení přesahující předpoklad energie vstup do mřížky.

Křivka (c) ukazuje čistý tok napájení dovnitř a ven z domu (záporná hodnota je výstupní výkon). Je to kachní křivka rodiny. Sluneční výkon v poledne snižuje provozní poptávku po energetické mřížce.

Pokles sluneční energie na střeše a nárůst zatížení domácnosti začal odpoledne zvyšovat čistou elektřinu. Vzhledem k asynchronní nabídce a poptávce po energii domácnosti musí mřížka odpoledne poskytnout záložní sílu, aby splnil rostoucí zatížení.

Účinek přidání baterie 10kWh do proudu domácnosti je zobrazen v křivce (b) na obrázku 2.

Denní skladování energie snížilo výkon z 17,5 kWh na 7,5 kWh, což je pokles o více než 60%. Elektřina splňuje požadavek na noční zatížení a zvyšuje míru soběstačnosti sluneční energie z 38% na 82%.

Jak je uvedeno v křivce (c), přidání dalších 10kWh ukládání energie (celkem 20 kWh) může způsobit, že křivka zcela hladká a realizovat denní spotřebu energie. Kromě toho je v baterii pro přenos do mřížky v 20 hodin vyhrazeno 4KWH elektřiny.

Obrázek 3 ukazuje situaci, kdy je síla domácnosti znázorněna na obrázku 2 pod aktuálním pozadím Power Grid Western Australia. Obrázek 3 (a) ukazuje v provozu a základní křivce poptávky po elektřině za týden 20.-24. října 2020.

Křivka provozní poptávky zahrnuje všechny formy výroby energie s výjimkou střešní energie. Všechny dny jsou slunečné a špičková poptávka po energii je asi 2500 MW. Síťová sluneční energie může za slunečného dne poskytnout asi 1100 MW elektřiny v poledne, což odpovídá 45% špičkové poptávky.

Jak je znázorněno na obrázku 2, špičkový výstupní tok výkonu střešního pole 4 kWp v poledne je asi - 3 kW. Ve srovnání s úrovní výkonu mřížky se to zdá být velmi malé číslo.

Pokud se však počet západních australských domů, které mají střešní solární energii a jsou připojeny k mřížce, je přidán k napájení (KW), pak je toto číslo značné. V západní Austrálii je střešní solární energie největším zdrojem elektřiny mřížky.

Odhaduje se, že asi 33% z přibližně 1,1 milionu domů v západní Austrálii má sluneční energii na střeše. Pokud tyto domy vydávají napájení 3 kW na mřížku v poledne, může celkový výkon dosáhnout asi 1,1 GW, což je zcela v souladu s údaji AEMO.

Jak je znázorněno na obrázku 3 (a), dodávka sluneční energie střechy se odpoledne rychle vrací na nulu. Při splnění rostoucího maximálního zatížení v noci je nutné nahradit tuto ztrátu energie tím, že rychle zvýší dostupná naplánovatelná energie.

Obrázek 3 (b) ukazuje účinek přidání 10 kWh skladování sluneční energie na každou střechu. Ve srovnání s obrázkem 3 (a) je vidět, že po zvýšení skladování energie je napájecí zdroj střešní sluneční energie na mřížku snížen z 57,2 GWH na pouhých 7,5 GWH, s průměrným poklesem o 87% denně.

Elektřina je uložena tak, aby uspokojila poptávku ve večerním zatížení domácností po 15:00. Výsledkem je, že denní síťová energie potřebná ke splnění odpoledního zatížení se snížila z asi 1050 MW na přibližně 460MW, což je pokles o 56%. Po instalaci skladování energie 20 kWh je veškerá střešní výroba sluneční energie pro samostatné použití. K tomuto přenosu napájení dochází na straně uživatele.

V současné době strategie řešení nestability sítě napájecí mřížku způsobená přerušovanou střešní fotovoltaikou převážně přijímá metodu shora dolů a zaměřuje se na zlepšení stability sítě s omezením a ovládáním výroby střechy a užitečnosti.

Tyto metody zahrnují omezení výstupu solárních elektráren, snížení nebo dokonce zrušení ceny mřížky, omezení velikosti měničů domácnosti a pomocí velkých baterií. Bylo prokázáno, že přidání velkých baterií do napájecí sítě může vyřešit problém stability.

Téměř všechny velké nainstalované baterie nebo nainstalované baterie se používají k zajištění frekvenčního řízení nebo krátkodobých kolísání napětí. Tyto problémy způsobené snížením denní provozní poptávky by měly zmizet společně se vznikem skladování energie v domácnosti, aby se minimalizovala výstup domácnosti na poptávku po zatížení sítě a domácnosti.

Jednoduchý proces zdola nahoru přidávání domácích baterií do stávajících a nových střešních solárních systémů nejen výrazně zlepšuje míru využití solární energie, ale také minimalizuje náklady na přenos energie a infrastrukturu.

Protože je baterie nainstalována na straně uživatele, není nutná žádná další infrastruktura. Tato metoda by měla být implementována rychle. Na úrovni mřížky je zřejmé, že poptávka po energii domácnosti poklesne a stabilizuje se za jeden den.

Vzhledem k tomu, že problém 'Duck Curve ' pochází ze střechy jediné rodiny, je rozumné tento problém vyřešit na straně uživatele.

V současné době byly náklady na baterie pro domácnost nižší než náklady na velké baterie, zejména tak.