Как да планирате BESS още преди изграждането на фотоволтаичния парк

Добавянето на BESS към вече изградена фотоволтаична централа е възможно, но невинаги е най-ефективният подход. Ако още при проектирането на ФЕЦ е вероятно в бъдеще към нея да бъде интегрирана система за съхранение на енергия, това трябва да бъде отчетено в електрическата инфраструктура, присъединяването, трасетата, измерването и управлението на централата.

Причината е проста: BESS не е самостоятелен контейнер, който впоследствие просто се поставя до фотоволтаичния парк. Той променя начина, по който целият енергиен обект работи.

Мощността и капацитетът на батерията, точката на присъединяване, трансформаторите, кабелните трасета, защитите, измерването, EMS и бъдещите режими на работа са взаимно свързани. Ако тези зависимости бъдат разгледани още при проектирането на ФЕЦ, инвеститорът запазва значително повече възможности за бъдещо развитие на актива.

Първият въпрос не е колко MWh батерия са необходими

При планиране на BESS разговорът често започва с мощност и капацитет: например 10 MW / 20 MWh или 20 MW / 40 MWh.

Това обаче не трябва да бъде първото решение.

Преди да се оразмери системата, трябва да е ясно каква функция ще изпълнява тя.

BESS може да бъде използван за преместване на произведена от ФЕЦ електроенергия към часове с по-благоприятни пазарни условия, ограничаване на пикове, управление на ограниченията в точката на присъединяване, участие в различни пазарни механизми или комбинация от режими.

Всеки от тези сценарии поставя различни изисквания към:

• мощността на BESS в MW;
• енергийния капацитет в MWh;
• продължителността на разреждане;
• допустимата дълбочина и честота на циклите;
• PCS и инверторното оборудване;
• системите за управление;
• измерването и комуникацията;
• точката на интеграция към ФЕЦ.

Затова правилната последователност е бизнес модел → режими на работа → техническа концепция → конкретно оборудване, а не обратното.

1. ФЕЦ и BESS трябва да се разглеждат като една енергийна система

Когато BESS е част от инвестиционната стратегия още от началото, ФЕЦ и батерията трябва да бъдат разглеждани като един общ енергиен обект.

Това не означава непременно двете системи да бъдат изградени едновременно. Възможно е първо да бъде реализирана фотоволтаичната централа, а BESS да бъде добавен на следващ етап.

Разликата е в друго: инфраструктурата на ФЕЦ трябва да бъде проектирана така, че бъдещата батерия да може да бъде интегрирана без ненужно преустройство на вече работещия обект.

На практика още в началния проект трябва да бъдат разгледани бъдещите потоци на енергия между фотоволтаичните инвертори, BESS, трансформаторите, разпределителните уредби и точката на присъединяване.

2. Точката на присъединяване може да определи възможностите на BESS

Един от най-важните въпроси е каква мощност може да преминава през точката на присъединяване и при какви условия.

Да разгледаме опростен пример. Фотоволтаичният парк е с инсталирана мощност 20 MW, а бъдещият BESS е 10 MW. Това не означава автоматично, че към мрежата могат едновременно да бъдат подадени 30 MW.

Ако допустимата мощност в точката на присъединяване е 20 MW, управлението на централата трябва да гарантира спазването на това ограничение.

Точно тук BESS може да бъде част от стратегията за управление на актива: например батерията да се зарежда в периоди на високо производство от ФЕЦ и да отдава енергия в други часове.

Но за да бъде това възможно, ограниченията на присъединяването и бъдещите режими на работа трябва да бъдат известни още при проектирането.

3. Трансформаторите не трябва да се оразмеряват само за ФЕЦ

Добавянето на BESS променя натоварването на електрическата инфраструктура. Трансформатор, избран единствено спрямо параметрите на фотоволтаичната централа, може впоследствие да се окаже ограничение при интегрирането на батерия.

Трябва да бъдат анализирани не само номиналните мощности, а реалните режими:

• ФЕЦ произвежда, а BESS се зарежда;
• ФЕЦ и BESS отдават енергия;
• ФЕЦ не произвежда, а BESS се зарежда от мрежата, ако избраният модел и условията позволяват това;
• BESS отдава енергия при минимално или нулево производство от ФЕЦ.

Тези режими водят до различни потоци през трансформаторите и разпределителните съоръжения.

Затова резервът не трябва да бъде произволен процент „за всеки случай“. Той трябва да произтича от предварително определените режими на работа и стратегията за бъдещо развитие.

4. Кабелните трасета се планират преди да са необходими

Един от сравнително лесните за предвиждане, но скъпи за коригиране впоследствие елементи са кабелните трасета.

Ако площадката за бъдещ BESS е известна още при изграждането на фотоволтаичния парк, могат да бъдат предвидени необходимите проходи, тръбни системи, кабелни скари, канали и връзки към съответните разпределителни съоръжения. Това важи както за силовите кабели, така и за комуникационната инфраструктура.

При липса на подобно планиране добавянето на BESS след няколко години може да означава нови изкопи, пресичане на вече изградена инфраструктура, промяна на трасета и работа в действаща електроцентрала.

На проектен етап това е линия върху чертежа. След въвеждането на ФЕЦ в експлоатация може да се превърне в сериозна строителна задача.

5. Мястото за BESS е инженерно решение

При бъдеща система за съхранение трябва да бъде предвидена подходяща площадка, но въпросът не се изчерпва с наличието на свободни квадратни метри.

Разположението трябва да бъде координирано с електрическата схема и останалата инфраструктура на обекта. Значение имат достъпът за монтаж и сервиз, бъдещите кабелни връзки, разстоянията до трансформатори и разпределителни съоръжения, отводняването, пожарната безопасност и възможността за евентуално разширение.

При големи BESS проекти разположението на контейнерите, PCS, трансформаторите и обслужващата инфраструктура влияе директно върху дължината на кабелите, загубите, организацията на монтажа и бъдещата експлоатация.

Затова площадката за батерията трябва да бъде част от генералния план на обекта, а не пространство, което се търси след построяването на ФЕЦ.

6. Защитите трябва да предвиждат двупосочни потоци

Фотоволтаичната централа основно произвежда електроенергия. BESS обаче може както да отдава, така и да приема енергия. Това променя логиката на електрическата система.

При проектирането трябва да бъдат анализирани възможните посоки на енергийния поток, нивата на късо съединение, селективността на защитите, режимите на изключване и взаимодействието между отделните съоръжения.

Ако бъдещ BESS е част от стратегията на инвеститора, това трябва да бъде отчетено още при разработването на концепцията за защити и автоматика на ФЕЦ.

7. Измерването трябва да следва бъдещия бизнес модел

При комбиниран актив ФЕЦ + BESS измерването има много по-голяма роля от обикновеното отчитане на общото производство.

Системата трябва да позволява ясно да се проследяват енергийните потоци: колко произвежда ФЕЦ, колко енергия постъпва към батерията, колко се връща от нея, какво се подава към мрежата и какви са загубите в отделните участъци.

Конкретната архитектура зависи от начина на присъединяване и бъдещия модел на експлоатация, но принципът е един: ако данните ще бъдат необходими за управление и пазарна реализация на актива, точките за измерване трябва да бъдат част от проекта. Добавянето им впоследствие невинаги е просто.

8. EMS трябва да управлява целия актив, не само батерията

При BESS софтуерът и комуникацията са част от електрическата инфраструктура. Battery Management System (BMS) управлява процесите на ниво батерия, докато Energy Management System (EMS) определя как системата да работи спрямо зададените цели и ограничения.

При хибриден актив EMS трябва да получава информация от ФЕЦ, BESS, измервателните устройства и точката на присъединяване и да управлява системата според конкретната стратегия. Например: ФЕЦ произвежда 18 MW + BESS може да отдаде 10 MW ≠ 28 MW към мрежата, ако ограничението в точката на присъединяване е 20 MW.

Управлението трябва да знае това ограничение и да координира работата на двата източника.

Затова комуникационната архитектура, протоколите, измерването и възможността за обмен на данни между отделните системи трябва да бъдат част от инженерната концепция още преди избора на конкретен BESS доставчик.

9. Не проектирайте BESS само за днешния пазар

Батерийната система е дългосрочен актив, докато правилата и пазарните механизми се развиват значително по-бързо.

Ако BESS бъде проектиран около един-единствен режим на работа, например ценови арбитраж, техническата архитектура може да ограничи бъдещите му приложения. Затова още на проектен етап има смисъл да бъдат разгледани различни сценарии за експлоатация и възможността системата да участва в повече от един пазарен сегмент.

Това поставя изисквания не само към самите батерии, но и към PCS, EMS, измерването, комуникацията и възможностите за управление на State of Charge.

Целта не е да се предвиди с абсолютна точност как ще изглежда енергийният пазар след години. Целта е инфраструктурата да не затваря ненужно бъдещи възможности.

10. AC или DC интеграция трябва да се реши на проектен етап

Една от основните архитектурни концепции при комбиниране на ФЕЦ и BESS е начинът, по който двете системи ще бъдат свързани.

При AC-coupled конфигурация фотоволтаичната централа и батерийната система разполагат със собствена преобразувателна инфраструктура и се свързват от страната на променливия ток.

При DC-coupled конфигурация интеграцията се извършва от страната на постоянния ток и архитектурата на преобразуване е различна.

Няма универсално решение, което да е правилно за всеки проект. Изборът зависи от конфигурацията на ФЕЦ, целите на BESS, ограниченията на присъединяването, очакваните режими на работа, загубите и избраното оборудване.

Но този избор влияе върху значителна част от останалия проект. Затова е много по-разумно да бъде анализиран преди изграждането на фотоволтаичната централа, отколкото след него.

Какво трябва да е известно преди първата копка? Инвеститорът не е необходимо да е избрал конкретния производител на батерии още преди изграждането на ФЕЦ. Трябва обаче да има концепция за бъдещата система.

Минимумът е да бъдат определени ориентировъчните MW и MWh, основните режими на работа, предпочитаната архитектура на интеграция, ограниченията в точката на присъединяване, необходимата площадка, трасетата, резервите в електрическата инфраструктура, принципът на измерване и комуникационната архитектура.

Това е достатъчно, за да може фотоволтаичният парк да бъде проектиран като BESS-ready, без задължително батерията да бъде закупена и изградена още в първия етап.

Колко струва липсата на предварително планиране? Проблемът при добавянето на BESS към вече изградена ФЕЦ рядко е само цената на самата батерия.

Допълнителните разходи могат да дойдат от необходимостта да се изградят нови кабелни трасета, да се променят разпределителни уредби, да се добавят или заменят трансформатори, да се преработят защити и измерване или да се намери компромисно място за оборудването.

Към това трябва да се добави и един по-малко видим разход — ограничаването на възможните режими на работа на BESS заради решения, взети години по-рано при изграждането на ФЕЦ.

Затова предварителното планиране не означава непременно по-голяма инвестиция в първия етап. В много случаи означава просто правилните решения да бъдат взети навреме.

Фотоволтаичният парк трябва да бъде проектиран и за следващия етап

При инвестиция във ФЕЦ въпросът вече не е само как централата ще произвежда електроенергия от първия ден. Все по-важно е как този актив ще може да бъде управляван и развиван през следващите години.

Ако BESS е реалистична част от бъдещата стратегия, подготовката за него трябва да започне още при проектирането на фотоволтаичния парк. Не е необходимо всички съоръжения да бъдат изградени предварително. Необходимо е обаче архитектурата да позволява тяхното добавяне.

Подходът на Alexander Electric В Alexander Electric работим по електроизграждането на фотоволтаични централи, BESS и комбинирани енергийни обекти. При планирането разглеждаме не само оборудването, което трябва да бъде монтирано днес, а и начина, по който отделните системи ще взаимодействат при бъдещата експлоатация.

При проект, в който BESS е предвиден като следващ етап, това означава навреме да бъдат анализирани точката на присъединяване, електрическата архитектура, трансформаторите, трасетата, защитите, измерването и управлението.

Добре подготвеният за BESS фотоволтаичен парк не е този, в който всичко е изградено предварително. Той е този, при който бъдещото добавяне на система за съхранение е част от инженерната логика още от първия проект.