Na pierwszy rzut oka obiekt przypomina nieco zbiorowisko blaszanych kontenerów pracowniczych. Tymczasem to od niedawna największy w Polsce i najnowocześniejszy w Europie bateryjny magazyn energii w technologii Li-ion uruchomiony w zakładzie Elemental Strategic Metals w Zawierciu. Chociaż jego parametry techniczne takie jak pojemność 14 MWh i moc 7 MW docenią głównie specjaliści, to oszczędności od 2 do ponad 5 mln zł rocznie powinny być argumentem przemawiającym do każdego managera.

Powstały w Zawierciu BESS (Battery Energy Storage Systems) został zaprojektowany i wykonany w technologii kontenerowej. Magazyn jest podłączony do sieci średniego napięcia zakładu. W skład systemu wchodzi siedem kontenerów zawierających baterie litowo-jonowe wyprodukowane w technologii LFP (Lithium Iron Phosphate – LiFePO4). Każdy z nich zawiera ogniwa o pojemności 2 MWh i mocy 1 MW.

Te ostatnie nadzorowane są przez BMS (Battery Management System). BMS odpowiada za monitorowanie stanu i bezpieczeństwa poszczególnych elementów składowych i kontroluje między innymi takie parametry jak napięcie, temperatura, SoC (State of Charge), SoH (State of Health) oraz prąd ładowania i rozładowania akumulatorów. System BMS komunikuje się z nadrzędnym systemem EMS (Energy Management System) magazynu, który odpowiada za zarządzanie pracą tej placówki oraz instalacji PV o mocy 12M Wp, kontrolując przepływ energii pomiędzy siecią, instalacją PV a odbiornikami fabryki zgodnie z ustawionymi scenariuszami pracy.

BESS Zawiercie zaprojektowano z wykorzystaniem linii produktowej Luna 2000 firmy Huawei. W ramach kontraktu firma dostarczyła takie elementy jak kontenery bateryjne, inwertery PCS (Power Conversion System), transformatory oraz system BMS wraz z wewnętrznym systemem kontroli pracy poszczególnych elementów. Modułowa konstrukcja magazynu pozwoliła na jego funkcjonalny podział jako trzy, pracujące równolegle, niezależne elementy MBME (Moduł Bateryjnego Magazynu Energii). Każdy MBME wchodzący w skład systemu może funkcjonować samodzielnie i składa się z: kontenerów bateryjnych z systemem BMS, grupy przekształtników PCS, systemu zasilania potrzeb własnych oraz stacji transformatorowych STS.

Nieoceniona rola Zenona

Nadrzędny system EMS odpowiadający między innymi za kontrolę przepływu energii pomiędzy siecią, zakładem a instalacją PV został zaprojektowany na podstawie platformy programowej Zenon firmy Copa-Data zapewniając zarządzanie operacjami za pomocą intuicyjnego interfejsu HMI. Układ kontroluje, monitoruje i optymalizuje działanie EMS, komunikując się z systemem energetycznym zakładu. Poza licznymi i łatwo skalowalnymi funkcjami Zenon zapewnia wiele funkcji cyberbezpieczeństwa pozwalające na obsługę i ochronę architektury, co umożliwia integrację z dowolnym i bezpiecznym środowiskiem programistycznym.

Ze względu na warunki przyłączeniowe aktualnie instalacja pracuje tylko na potrzeby zakładu w trybie „zero export”, co oznacza, że energia z magazynu i instalacji PV nie jest oddawana do sieci. Mimo tego magazyn posiada pełną funkcjonalność i oprócz pracy on-grid może pracować również w trybie off-grid oraz realizować między innymi funkcje takie jak: redukcja mocy szczytowej (peak shaving), przenoszenie obciążenia z okresów wysokiego zapotrzebowania na energię na okresy pozaszczytowe (load shifting), przenoszenie czasowe obciążenia (time shifting), optymalizacja lokalnie produkowanej energii z instalacji PV, czy kompensacja mocy biernej.

Magazyn może pracować w trybie pełnej automatyki praktycznie bezobsługowo, jak również w trybie manualnym zarządzanym z pulpitu operatora. Jest to bardzo ważny aspekt w kontekście minimalizacji liczby osób odpowiadających za utrzymanie ruchu w zakładzie.

Po pierwsze, oszczędności

Już pierwsze tygodnie funkcjonowania magazynu przyniosły korzyści w postaci ograniczenia zużycia mocy średnio o ponad 20MWh dziennie nie wspominając o oszczędnościach wynikających z kompensacji mocy biernej pieców indukcyjnych zainstalowanych w zakładzie. Przy panujących warunkach pogodowych i profilu obciążenia zakładu profil poboru mocy z sieci został wypłaszczony na maksymalnie minimalnym poziomie co widać na Rys.3. Można szacować, że w zależności od zapotrzebowania zakładu na energię, jej cen na TGE (Towarowej Giełdzie Energii) i warunków pogodowych opisywana instalacja może przynosić oszczędności od 2 do ponad 5 mln zł rocznie.

Decyzja o inwestycji w bateryjny magazyn energii zależy od indywidualnych celów inwestora, jego zdolności finansowania inwestycji, profilu poboru i wytwarzania energii elektrycznej. Projektując magazyn do własnych potrzeb oprócz jego głównych parametrów takich jak technologia zastosowanych baterii, jego pojemność znamionowa i użytkowa, projektowana żywotność w latach i cyklach pracy, bezpieczeństwo użytkowania czy łatwość serwisowania, należy wziąć pod uwagę również możliwości pełnej integracji z systemem energetycznym. Przez to rozumie się nie tylko spełnienie wymogów warunków przyłączeniowych OSD, ale również integrację np. z wewnętrznym systemem energetycznym fabryki. Wszystkie te czynniki mają ostatecznie wpływ na TCO (Total Cost of Ownership) i decydują o ekonomii projektu.

Konieczność ścisłej koordynacji działań

Poza sprawdzonymi technologiami bardzo ważnym elementem jest wybór doświadczonego integratora systemów. W opisywanym projekcie wymagana była ścisła współpraca wielu firm odpowiadających za swoje dostawy i jednoczesne prowadzenie wspólnych uzgodnień z operatorem OSD. Procesy te są zazwyczaj czasochłonne i determinują czas trwania całego projektu. Opisywany magazyn został zaprojektowany i uruchomiony w niespełna dziesięć miesięcy, co jest bardzo dobrym wynikiem biorąc pod uwagę ciągle niejasny stan regulacji prawnych dotyczących instalacji bateryjnych magazynów energii. Elementem spowalniającym jest także brak doświadczenia na polskim rynku w funkcjonowaniu tego typu instalacji o takiej skali. Mówimy tu o doświadczeniu zarówno po stronie klientów, instalatorów, ale też służb OSD.

Biorąc powyższe pod uwagę warto skonsultować konfigurację systemu z ekspertami zajmującymi się doborem i instalacją magazynów energii. Rachunek ekonomiczny inwestycji będzie zależał od wielu czynników, a z punktu widzenia funkcjonalności magazynu, od umiejętności ich łączenia i dopasowania scenariuszy pracy do aktualnych potrzeb klienta/odbiorcy energii z sieci i odnawialnych źródeł energii (OZE).

Podsumowując, bateryjne magazyny energii stanowią ważny element budowy zrównoważonych i efektywnych systemów energetycznych przyszłości. Oprócz wspomnianych już zalet związanych z optymalizacją kosztów energii magazyny mogą stabilizować parametry sieci, zwiększać niezawodność od strony zasilania oraz współpracować z odnawialnymi źródłami energii (OZE), jak w opisywanym przykładzie.

Moc OZE

Największy na świecie akumulator korzystający z OZE powstał w 2020 roku w Moss Landing w Kalifornii. Okazał się on być prawdziwie zbawienny dla tego o ponad 100 tys. km. kw. rozleglejszego od Polski stanu Ameryki. Od 3 lat inwestycja w Moss Landing pomaga wypełniać wielką lukę, magazynując nadwyżki energii w ciągu dnia i oddając je do sieci, kiedy jest najbardziej potrzebna. A trzeba pamiętać, że i my mamy z czego czerpać w ramach OZE. Według niektórych szacunków, w 2023 r. moc odnawialnych źródeł energii w Polsce przekroczyła liczbę 25 GW. Oczywiście jest to wynik łączny różnych technologii wytwórczych: elektrowni wiatrowych, wodnych, fotowoltaicznych czy też instalacji hybrydowych.

Rys. 1 Nowo wybudowany zakład recyklingu baterii litowo-jonowych
w Zawierciu należący do Grupy Elemental.

Rys. 2 Zdjęcie kontenerowej zabudowy Bateryjnego Magazynu Energii o pojemności 14MWh
i mocy 7MW zlokalizowanego na terenie fabryki Elemental w Zawierciu.

Rys. 3 Zrzut z pulpitu operatora systemu EMS pokazujący stan pracy magazynu i farmy PV.

autor: Ireneusz Konarski, Ekspert ds. systemów zasilania gwarantowanego
i bateryjnych magazynów energii w Elemental Strategic Metals Sp. Z o.o.

źródło: Elemental Strategic Metals