140 baterií Tesla v Belgii stabilizuje evropskou soustavu. Reagují 100× rychleji než klasické elektrárny

18,2 MW stabilizuje evropskou soustavu? Jestli to není malinko neskromné :-).

V reálu by to nebylo zajímavé tak to musí neznalý novonář trochu upravit.

Souhlas, neznalí novonáři jsou ze všech nejhorší ;-) a rozvoj bateriových úložišť poskytujících regulaci frekvence v Německu, Británii, Belgii je nereálné sci-fi https://oenergetice.cz/elektrina/akumulace-energie/200-mw-bateriich-ma-velke-britanii-usporit-200-milionu-liber/ nebo https://oenergetice.cz/elektrina/steag-nainstaluje-90-mw-baterii-pro-regulaci-frekvence-v-siti/ ... Nikdo netvrdí, že tato jedna konkrétní baterie zachrání celou evropskou soustavu... Jedná se však o zajímavý trend, který se v oblasti podpůrných služeb spolu s DSR rozvíjí nejen v Evropě.

Děkuji za reakce a přeji hezký den

TM

Na bateriích užívaných pro regulaci sítě je zajímavých několik fakt. Umí balancovat síť mnohem lépe (rychleji, přesněji) než "rotující hmota" ve velkých tepelných elektrárnách. Výstavba je rychlá, jednoduchá a libovolně škálovatelná (W až GW).

A taky narušují mono-, oligopoly velkých energetických firem. Například zmíněná baterie od Tesly: The Tesla big battery in South Australia has already taken a 55 per cent share in the state’s frequency and ancillary services market, and lowered prices in that market by 90 per cent, new data has shown.

Tak v tom jste právě mimo. Z fyzikálního principu nemůže být pro stabilizaci frekvence nic rychlejšího než moment setrvačnosti roztočených hmot synchronních generátorů. Ten totiž působí okamžitě (oběma směry) bez jakéhokoliv zpoždění. Baterie už musí být vybavena nějakým regulátorem, který napřed odchylku frekvence vyhodnotí, takže oproti synchronnímu generátoru vždy reaguje se zpožděním, byť minimálním.

Martin Hájek, vaší úvahou si nejsem tak jistý. Rotující hmota má podle Newtonových zákonů setrvačnost, tedy při změně frekvence reaguje sice okamžitě, ale současně dojde k většímu zatížení. Negativní zpětná vazba se tedy sice projeví okamžitě, ale otáčky začnou klesat. Než dojde ke zvýšení příkonu, nějakou dobu to bude trvat a k nějaké změně frekvence dojde. Když se nad tím zamýšlím, tak taková soustava bude tím pomalejší, čím bude hmotnější. Kromě toho, bude docházet při změnách otáček k přechodovým jevům a také uvedení soustavy do provozu a stablizace otáček bude několik minut trvat. Při nestabilní síti se může stát, že soustava nebude stíhat a pak naopak bude stav sítě zhoršovat.

Tak on nikdo nezpochybňuje, že baterie jsou zajímavý trend. Ale zatím jsme v Evropě v bodě nula u prvních pilotních projektů v průmyslovém měřítku. Nešlo mi o obsah článku, ale o poněkud přepjatý titulek. Kdybyste napsal, že 140 baterií pomáhá stabilizovat soustavy v Belgii, tak bych ani necek :-).

Přečtěte si to ještě jednou a pořádně. V článku se nic takového nepíše.

No právě! Ale v titulku ano.

Titulky článků bývají zjednodušující, protože mají omezený prostor (proto je to titulek). Stačí se začíst do článku a pak si odpustit jízlivou poznámku už je hračka.

Titulek je vždy zjednodušující, ale neměl by být úplně mimo obsah článku, to je potom zavádějící :-).

No co se týče stabilizace asi stabilizují, sice trošililičku , ale jo.

Co je nepravda je rychlost. Rotující generátor má zpoždění stabilizace 0. Není tedy nic rychlejšího, než rotující generátor.

Souhlasím. Dle principu solidarity máte pravdu Vy. V propojených soustavách se na pokrývání výkonové nerovnováhy v prvních sekundách po jejím vzniku podílejí všechny elektrárenské bloky zapojené do soustavy a pracující v režimu primární regulace frekvence. Nerovnováha je nejprve "kompenzována" elektromagnetickou energií akumulovanou v elektrických strojích. Během elektromechanického přechodného děje se nerovnováha hradí z mechanické energie roztočených setrvačných hmot. Následně dojde k vyrovnání frekvence v celé soustavě na hodnotě nižší nebo vyšší než 50 Hz. Na tuto odchylku frekvence pak reagují elektrárenské bloky zapojené do primární regulace frekvence. V této rychlosti reakce na odchylku frekvence jsou ovšem baterie rychlejší než klasické elektrárny, viz např. https://reneweconomy.com.au/tesla-big-battery-outsmarts-lumbering-coal-units-after-loy-yang-trips-70003/ a to je myšleno tou rychlostí reakce v nadpisu, jen se to nepovedlo vměstnat do titulku.

Dík za reakci a hezký den i Vám

TM

Opět nepřesně. V první sekundě se na pokrývání výkonové nerovnováhy podílejí úplně všechny bloky s točivým synchronním generátorem bez ohledu na to, jestli jsou nebo nejsou zapojené do režimu primární regulace frekvence. Jejich zapojení totiž vyplývá přímo z fyzikálního principu fungování těchto strojů. Ovšem s poklesem podílu těchto točivých strojů, který je již v některých oblastech v některých obdobích markantní, přichází elektrizační soustava o "setrvačnost", kterou je pak potřeba dodat "uměle" a také zaplatit. K tomu je možné využít i baterie, ale je zapotřebí mít na paměti, že tím řešíme problém vyvolaný výrobou elektřiny na bázi střídačů a jedná se fakticky o další nepřímou dotaci této technologie (nejčastěji fotovoltaických a větrných elektráren).

Opět ne moc přesně. FVE určitě žádnou rotující setrvačnost nemají. Vrtule asi nějakou ano, myslím, že dost značnou.

Dodat setrvačnost na střídači založeným elektrárnám nemusí být problém a není třeba k tomu separé baterií, dají se zaintegrovat přímo do FVE a nemusí být tak velké, ale je třeba počkat až cena ještě malinko klesne u obou technologií. V nejhorším případě se dá použít to co se použilo někdy v 50. v USA na jedné dlouhé přípojce k papírně, která pravidelně vyrážela pojistky v rozvodně, jednalo se o mohutný (asynchronní?) motor se setrvačníkem, při startu strojů a změnách frekvence se energie brala z něj. 4láek jsem četl někdy kolem roku 2011 a dohledávat se mi jej příliš nechce, asi bych jej ani nedohledal navíc.

Baterie mají podle mne výhodu ani ne tak z pohledu okamžité regulace, to se dá dělat i třeba úpravami FVE, VtE a dalších pomocí jejich vlastních baterií, provozu na cca 80% atp., ale jako zdroje při náhlých výpadcích výkonu, byť tyto malé toho moc nezvládnou, ale pokud jsou takové jako v Austrálii, pak mohou nahradit výpadek jednoho menšího elektrárenského bloku a jejich reakce je mnohem rychlejší než může svůj výkon změnit jakékoliv soustrojí s generátorem.

Existují střídavé elektrizační soustavy kde vůbec nemají rotační generátory a problémy se setrvačnými hmotami související.

Přes střídače a frekvenční měniče se už dnes připojuje snad vše od malé vody, prakticky všechny větrné elektrárny i některé kogenerace. A proč? Protože je to výhodnější jak provozně pro daný stroj, tak i pro síť a chtějí to i distributoři, protože jsou to oproti rotačním generátorům větší možnosti regulace a úpravy charakteristik. Více viz. PPDS příloha č. 4. např. P(U), P(f), Q(U), Q(P), LVFRT, Const. Cos φ, Const. Q Rel, Const. Q Abs, Ch Cos φ (P), nastavitelné gradienty atd.... a to bez prodlení a okamžitě bud dle příkazů z dispečingu nebo dle stavu místní místní sítě. U malé vody nebo kogenerace s asynchronním generátorem napřímo napojený bez frekvenčního měniče nenastavíte skoro nic, a mají i úlevy od distributorů a žádné regulační služby po nich nikdo nechce.

V PPDS jsou dokonce pro zdroje se střídači definovány určité prodlevy ( jako prodleva startu, gradient, atd...) aby se uměle zpomalila jejich reakce na chyby v síti, aby nelezli do kšeftu těm do to mají dělat za velké peníze, jinak by se vydržovaní VIP dodavatelé těchto služeb nemuseli dostal k lízu.

Milý energetiku, a mohl byste nějakou takovou propojenou soustavu, co existuje bez rotačních generátorů, jmenovat? Jinak samozřejmě pletete jablka s hruškami. Na úrovni distribučních soustav může být samozřejmě střídač výhodný zejména oproti třeba asynchronnímu motoru, ale distribuční soustavy se jaksi udržováním frekvence nezabývají. Ta se udržuje na úrovni systému jako celku a jsou pro to zcela nepostradatelné točivé stroje. Pokud jejich podíl poklesne pod kritickou mez, začnou problémy. Ty prodlevy jsou tam nastavené proto, aby ty střídače soustavu nerozkmitávaly, tj. mají reagovat až při větší změně frekvence. Ona totiž opožděná reakce těch střídačů v okolí 50 Hz vede k pulzacím, což je jev nežádoucí.

Martin Hájek

Off-Grid "distribuční soustava" (mikrosíť) se udržováním frekvence musí zabývat a nemá problém fungovat bez rotačních zdrojů. Pokud už jsou rotační zdroje použity tak často jako akumulátory energie a s frekvenčními měniči. To ale neznamená že v mikrosítích nelze použít rotační zdroje, lze je použít ale není to nutnost.

Mikrosítí je spousty (i v ČR brzy budou, ČEZ distribuce nám dala laskavé svolení ke stavbě i když se jí to vůbec netýkalo, ale stavební úřad v ČEZkém blbákově vyžaduje stanovisko distributora pro povolení off-grid mikrosítě a distributor si dal do podmínek předání dokumentace i s prohlídku hotového díla, protože to jejich techniky asi zaujalo) stačí zadat do vyhledávače.

V off-grid mikrosíti ovšem neexistují paralelně pracující tisíce zdrojů, to je dost velký rozdíl. Navíc je rozsahem velmi malá, takže se tam nemohou vyskytovat jevy, které se běžně vyskytují na úrovni přenosových soustav pokrývajících tisíce kilometrů.

Martin Hájek, Vinkler

Během 0 sekund dokážete na parní turbíně a rotačním generátoru přejít z 0W na například 18MW nebo jiný předem zandaný výkon bez překrmitů? A nebudou vám vtom vadit ty setrvačné hmoty než se roztočí? Nevěřím že to dáte i kdyby byla turbína udržována stále roztočená a synchronizovaná.

Martin Hájek, Vinkler

nebo dokážete rotačním generátorem dodávat pouze část sinusovky? Např, její špičku která je zdeformovaná a tak ji opravovat. Nebo mít neomezený trvalý pracovní rozsah Cos φ 0-1.

Milý energetiku, je potřeba vyhrabat učebnici fyziky ze základní školy a dovzdělat se ohledně momentu setrvačnosti. Ten generátor je samozřejmě ROZTOČENÝ na 3000 otáček za minutu. A pokud frekvence v soustavě klesá, tak se ten generátor brzdí a tudíž dodává do sítě dodatečnou energii na úkor svého momentu setrvačnosti. Naopak pokud frekvence v síti roste, tak se musí generátor roztáčet a tudíž dodává méně energie, protože část se jí spotřebuje na zvyšování momentu setrvačnosti. To vše se děje zcela samovolně a naprosto okamžitě, je to fyzika. Díky tomu jsou roztočené točivé stroje v elektrizační soustavě zásadním stabilizujícím prvkem. Ještě nějaké dotazy?

Pokud není změna směru (otáček) potom není ani žádná využitelná setrvačná energie. Ano je tam v roztočené hmotě dost energie ale jen když půjdeme s otáčkami až na nulu, ale to nelze využít, protože vám ochrany elektrárnu pod 2910 otáčkami odpojí od sítě. Takže je teoreticky využitelná energie při změně o cca 90 otáček. A tedy při změně frekvence 0,nic Hz si ze setrvačnosti turbíny vezmete 0,prd energie. A než přidáte páru a palivo do kotle tak se bavíme o minutách. Kdežto akumulátor vám bez problémů na 0,nic Hz zareaguje plným výkonem, žádné setrvačné hmoty ho neomezují.

Navíc není problém vyrobit a nastavit střídač aby se choval jako synchronní generátor a vytvářel ideální sinusovku synchronizovanou v 0, když na to bude poptávka. Potom když v kterémkoliv bodě sinusovky bude v síti pokles napětí (zub), potom pouze do tohoto bodu sinusovky bude přenesen maximální výkon akumulátoru a zub vyrovnán.

Ty vaše točivé stroje s malým pracovním rozsahem a tedy využitelnou setrvačnou energí jsou již nahraditelné lepšími točivými stroji jako jsou setrvačníkové akumulátory a UPSky které využívají díky střídači celý rozsah otáček až do 0. Je to jen o ceně a životnosti, jestli superkapacitor, chemický akumulátor nebo rotační akumulátor.

Je třeba rozlišovat dva stavy. Točivý stroj je nebo neni připojen k síti. Pokud je generátor odpojen od sítě je vždy v regulaci otáček bez ohledu na otáčky sítě. Pokud je generátor připojen k síti přepíná se regulace do "výkonu" s korekcí frekvence. Výkon je vždy definován nastavením středních otáček. Odchylka od těchto středních otáček dává signál přes měnič nerovnoměrnosti který je zpravidla nastaven na 5% na výsledná výkon. Otáčková regulace je ve funkci při sjetí na vlastní spotřebu nebo při najíždění stroje. Při odpojení vzdáleným vypínačem kdy do řídícího systému není přiveden signál o odpojení vyhodnocuje řídící systém rychlost změny otáček (přeběhový regulátor) který který vyhodnotí zdaje nebo není možno dál zařízení provozovat. Zatím není poptávka po takových měničích které by uvedené podmínky dokázaly splnit. Jedině přes frekvenci je možné definovat výkonový požadavek sítě. Nikdo není schopen v reálném čase vyhodnotit skutečný výkon sítě a stanovit zdrojům požadavek na jejich výkon. Výkon se mění v čase velmi rychle a odezva musí zajistit rovnováhu.

Milý energetiku, ona když je v síti drobná odchylka frekvence, tak zase k jejímu vyrovnání není potřeba velké množství energie. Vy ale pořád nechápete to základní, a sice že tu setrvačnou hmotu mohou střídače nahradit jen teoreticky, ale v praxi velmi obtížně, protože zapomínáte, že jde o spolupráci velkého množství malých zařízení, která není možné uřídit, zatímco ty točivé generátory právě oblasti malých odchylek frekvence fungují okamžitě, automaticky a naprosto spolehlivě. Samozřejmě jsou plně nahraditelné setrvačníky, ale ty bude muset někdo zaplatit.

Pane Hájku,

a kolik, odhadem by mohly stát takové setrvačníkové stanice? Bylo by zajímavé znát kolik MW/GW je na ČR třeba k tomu aby síť stabilizovaly, pak to zahrnout do úvah. Celkem zajímavé by bylo zjistit jestli náhodou se už dnes síť s měniči a tímto "hloupým" zařízením neblíží nákladově síti s velkými parními elektrárnami. Pokud nebudou setrvačníky nějaké exotické formy na magnetických ložiscích a desítkách tisíc otáček za minutu, ale bude to něco podobného jako známe z muzeí, extra drahé by to být nemuselo. Jen je třeba znát potřebnou v nich uloženou energii a z toho plynoucí výkon motoru/generátoru a vhodnou technologii pro tento.