Magazyn energii dla przemysłu - jak działa system BESS i do czego może być wykorzystywany?

Przemysłowy magazyn energii BESS gromadzi energię elektryczną i oddaje ją wtedy, gdy jest potrzebna w zakładzie lub systemie energetycznym. Może wspierać ograniczanie szczytów poboru mocy, zwiększać wykorzystanie energii z fotowoltaiki, pełnić funkcję zasilania rezerwowego oraz stabilizować pracę instalacji OZE.

Rosnące zapotrzebowanie na energię, rozwój odnawialnych źródeł energii oraz zmienność profilu zużycia sprawiają, że magazynowanie energii znajduje coraz więcej zastosowań także poza gospodarstwami domowymi.

W zakładach przemysłowych magazyn energii to system, którego parametry i sposób pracy powinny odpowiadać konkretnemu profilowi energetycznemu obiektu. 

Elektrometal rozwija ten obszar w ramach segmentu Future Energy, obejmującego rozwiązania związane z magazynowaniem energii oraz infrastrukturą ładowania pojazdów elektrycznych.

Co to jest BESS?

BESS (Battery Energy Storage System) to bateryjny system magazynowania energii, który pozwala pobierać energię, przechowywać ją w akumulatorach i oddawać w późniejszym czasie. System obejmuje nie tylko baterie, lecz również rozwiązania odpowiedzialne za sterowanie, monitorowanie, zabezpieczenie oraz zarządzanie pracą magazynu.

W praktyce BESS może ładować się np. wtedy, gdy instalacja fotowoltaiczna produkuje więcej energii, niż zakład aktualnie zużywa, a następnie wykorzystać zgromadzoną energię w godzinach większego zapotrzebowania. Międzynarodowa Agencja Energetyczna wskazuje, że bateryjne magazyny energii są szczególnie przydatne jako źródło krótkoterminowej elastyczności systemu elektroenergetycznego - m.in. dzięki szybkiej reakcji, możliwości przesuwania energii w czasie i współpracy ze źródłami odnawialnymi.

Z czego składa się przemysłowy magazyn energii?

W zależności od rozwiązania architektura systemu może się różnić, jednak typowy BESS obejmuje przede wszystkim:

To właśnie współpraca tych elementów decyduje o tym, czy energia zostanie wykorzystana w odpowiednim momencie, a system będzie pracował zgodnie z założonym scenariuszem.

Do czego wykorzystuje się magazyn energii w przemyśle?

Przemysłowy BESS może realizować kilka funkcji jednocześnie. Najczęstsze zastosowania to ograniczanie szczytowego poboru mocy, przesuwanie zużycia energii w czasie, zwiększanie autokonsumpcji z OZE, zasilanie rezerwowe oraz stabilizacja pracy instalacji energetycznej.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych (U.S. Department of Energy) wymienia wśród zastosowań systemów magazynowania m.in. energy shifting, peak shaving, integrację OZE, zasilanie rezerwowe i wsparcie jakości energii.

1. Peak shaving - ograniczanie szczytów poboru mocy

Peak shaving polega na wykorzystaniu energii z magazynu w okresach najwyższego zapotrzebowania zakładu. BESS pokrywa część chwilowego poboru, dzięki czemu zmniejsza wielkość szczytu widzianego od strony sieci elektroenergetycznej.

Przykładowo zakład może przez większość dnia pobierać moc na stosunkowo stabilnym poziomie, ale po jednoczesnym uruchomieniu kilku energochłonnych urządzeń występuje krótki, wysoki pik. Zamiast pokrywać cały wzrost poborem z sieci, część wymaganej mocy może w tym momencie dostarczyć magazyn.

U.S. Department of Energy definiuje peak shaving właśnie jako wykorzystanie magazynu do ograniczenia maksymalnego zapotrzebowania na moc.

2. Zwiększenie autokonsumpcji energii z fotowoltaiki

Magazyn energii umożliwia zachowanie części nadwyżki wyprodukowanej przez instalację PV i wykorzystanie jej później, gdy zapotrzebowanie zakładu przewyższa bieżącą produkcję fotowoltaiki. Pozwala to lepiej dopasować lokalną produkcję energii do rzeczywistego profilu jej zużycia.

Bez magazynu moment produkcji i moment zapotrzebowania muszą w większym stopniu pokrywać się w czasie. BESS pozwala rozdzielić te dwa momenty: energia może zostać zmagazynowana w okresie nadwyżki, a następnie wykorzystana później. Takie zastosowanie jest istotne zwłaszcza w obiektach, w których profil produkcji PV nie odpowiada bezpośrednio profilowi pracy maszyn lub procesów technologicznych.

Więcej rozwiązań związanych z gospodarką energią znajduje się w obszarze Future Energy Elektrometal.

3. Zasilanie rezerwowe

Odpowiednio zaprojektowany BESS może również pełnić funkcję źródła energii dla określonych odbiorów podczas problemów z podstawowym zasilaniem. Nie oznacza to jednak automatycznie, że każdy magazyn zapewnia pełne zasilanie awaryjne całego zakładu - taki scenariusz musi zostać uwzględniony już podczas projektowania systemu.

Znaczenie mają m.in.:

• moc odbiorników, które mają być podtrzymywane,
• wymagana długość podtrzymania,
• pojemność dostępna w momencie awarii,
• sposób współpracy magazynu z instalacją zakładu,
• zastosowane układy sterowania i zabezpieczeń.

Dlatego określenie „magazyn 400 kWh” samo w sobie nie odpowiada jeszcze na pytanie, jak długo będzie on w stanie zasilać konkretną instalację.

4. Stabilizacja pracy instalacji OZE

Produkcja energii z fotowoltaiki i energetyki wiatrowej jest zmienna. Magazyn energii może przyjmować nadwyżkę mocy w jednym momencie i oddawać ją później, ograniczając wahania pomiędzy bieżącą produkcją i zapotrzebowaniem.

IRENA (International Renewable Energy Agency) wskazuje magazyny bateryjne jako jedno z narzędzi zwiększających elastyczność systemów z rosnącym udziałem zmiennych źródeł odnawialnych. W praktyce sposób wykorzystania BESS zależy jednak od całej instalacji oraz przyjętej strategii sterowania.

kW a kWh - jaka jest różnica przy magazynie energii?

kW określa moc magazynu, czyli jak dużą moc może on w danym momencie pobierać lub dostarczać, natomiast kWh określa ilość energii, którą może przechować. Przy doborze przemysłowego BESS oba parametry trzeba analizować równocześnie.

To jedna z najważniejszych różnic przy porównywaniu magazynów energii:

Przykładowo magazyn o dużej pojemności, ale niewystarczającej mocy może przechowywać znaczną ilość energii, lecz niekoniecznie będzie w stanie pokryć bardzo wysoki, krótkotrwały szczyt zapotrzebowania. Z kolei system o wysokiej mocy i małej pojemności może szybko dostarczyć energię, ale przez stosunkowo krótki czas. Dlatego przemysłowego magazynu energii nie powinno się dobierać wyłącznie na podstawie liczby kWh.

Jak dobrać magazyn energii dla zakładu przemysłowego?

Dobór BESS powinien rozpocząć się od określenia celu instalacji oraz analizy rzeczywistego profilu poboru i produkcji energii. Dopiero na tej podstawie można określić wymaganą moc, pojemność, strategię pracy oraz sposób integracji magazynu z istniejącą infrastrukturą.

W praktyce warto przeanalizować przede wszystkim:

1. profil zużycia energii - kiedy i jak długo występuje najwyższe zapotrzebowanie,
2. maksymalną moc pobieraną przez obiekt,
3. produkcję z własnych źródeł OZE, jeżeli są obecne,
4. główny cel magazynu - np. peak shaving, autokonsumpcja lub backup,
5. wymagany czas pracy przy określonej mocy,
6. warunki środowiskowe i miejsce instalacji,
7. możliwości przyszłej rozbudowy systemu,
8. sposób komunikacji, monitorowania i zarządzania energią.

Dopiero połączenie tych informacji pozwala określić parametry systemu. Nie istnieje więc jedna uniwersalna odpowiedź na pytanie, jaki magazyn energii będzie odpowiedni dla zakładu przemysłowego.

Przemysłowe magazyny energii w ofercie Elektrometal

Oferta Future Energy Elektrometal obejmuje obecnie partnerskie rozwiązania POMEGA przeznaczone dla zastosowań przemysłowych i energetycznych: zewnętrzny magazyn POD-L400 PRO o nominalnej pojemności 404,68 kWh oraz kontenerowy PBQ20-416-1C o pojemności 4046 kWh.

* zgodnie z warunkami określonymi w dokumentacji producenta.

Mniejsze rozwiązanie POMEGA POD-L400 PRO - magazyn energii 400 kWh może być skalowane do maksymalnie 10 jednostek pracujących równolegle. Dla instalacji wymagających znacznie większej pojemności dostępny jest POMEGA PBQ20-416-1C - kontenerowy magazyn energii 4 MWh. Konstrukcja wykorzystuje ogniwa LiFePO₄, chłodzenie cieczą oraz system BMS monitorujący m.in. napięcie, prąd i temperaturę.

Pełną grupę produktową można znaleźć w kategorii magazyny energii Elektrometal.

Magazyn energii a infrastruktura ładowania pojazdów elektrycznych

BESS może być również elementem szerszej infrastruktury energetycznej przedsiębiorstwa, w której jednocześnie funkcjonują OZE, odbiorniki przemysłowe i stacje ładowania pojazdów elektrycznych. W takim układzie kluczowe znaczenie ma zarządzanie przepływem energii pomiędzy poszczególnymi elementami instalacji.

Elektrometal rozwija w ramach Future Energy również rozwiązania dla elektromobilności, w tym ładowarkę pojazdów elektrycznych EM-EVDC2 dostępną w wariantach o maksymalnej mocy ładowania 40, 80 i 120 kW. Połączenie magazynowania, lokalnej produkcji energii i kontrolowanego ładowania pojazdów może tworzyć jeden system zarządzania energią, ale jego konfiguracja zawsze powinna wynikać z rzeczywistego bilansu mocy i energii w obiekcie.

Bezpieczeństwo przemysłowego magazynu energii

Bezpieczeństwo BESS zależy nie tylko od zastosowanej chemii ogniw, ale od całej architektury systemu: BMS, zabezpieczeń elektrycznych, monitorowania temperatury, chłodzenia, ochrony przeciwpożarowej oraz właściwego miejsca instalacji. Dlatego parametry bezpieczeństwa powinny być analizowane już podczas doboru rozwiązania.

W rozwiązaniach POMEGA znajdujących się w ofercie Elektrometalu wykorzystano ogniwa LiFePO₄ oraz automatyczne systemy ochrony przeciwpożarowej. Kontenerowy PBQ20-416-1C posiada m.in. system gaszenia aerozolowego i mgły wodnej, natomiast POD-L400 PRO - automatyczny system gaśniczy wykorzystujący aerozol.

Istotne są również warunki otoczenia. Jeżeli infrastruktura elektryczna ma być instalowana w obszarze, w którym występuje ryzyko powstania atmosfery wybuchowej, konieczna jest odrębna analiza wymagań dla konkretnej lokalizacji. Wyjaśniamy je szerzej w artykułach:

• Co to jest strefa EX?
• Jak dobrać urządzenia do strefy EX - przewodnik dla przemysłu
• Czym jest ATEX?

Nie oznacza to, że standardowy magazyn energii jest urządzeniem przeznaczonym do strefy EX - klasyfikacja miejsca instalacji i wymagania dla poszczególnych urządzeń powinny być rozpatrywane indywidualnie.

Kiedy przemysłowy magazyn energii ma sens?

BESS warto rozważyć przede wszystkim wtedy, gdy przedsiębiorstwo ma zmienny profil poboru mocy, własną produkcję energii z OZE, potrzebę czasowego podtrzymania wybranych odbiorów lub chce aktywnie zarządzać przepływem energii w zakładzie. Sama obecność instalacji PV nie oznacza jednak automatycznie, że magazyn będzie optymalnym rozwiązaniem.

Decyzja powinna wynikać z danych. W przypadku przedsiębiorstwa szczególnie istotne są pomiary zużycia energii w czasie, maksymalne wartości pobieranej mocy, charakter procesów technologicznych oraz ewentualna produkcja własna. Na tej podstawie można odpowiedzieć na najważniejsze pytanie: jaką konkretnie funkcję ma pełnić magazyn i jakie parametry są potrzebne, aby tę funkcję rzeczywiście realizował?

FAQ - magazyny energii dla przemysłu

Co oznacza skrót BESS?

BESS oznacza Battery Energy Storage System, czyli bateryjny system magazynowania energii. Obejmuje baterie oraz urządzenia i systemy odpowiedzialne za ich kontrolę, zabezpieczenie i zarządzanie przepływem energii.

Po co magazyn energii w zakładzie?

M.in. do peak shavingu, zwiększenia autokonsumpcji, zasilania rezerwowego i współpracy z OZE.

Co to jest peak shaving?

Peak shaving to ograniczanie szczytowego zapotrzebowania na moc poprzez wykorzystanie energii zgromadzonej w magazynie. BESS rozładowuje się w czasie wystąpienia wysokiego poboru i pokrywa jego część.

Jak dobrać pojemność przemysłowego magazynu energii?

Pojemność powinna wynikać z ilości energii potrzebnej do realizacji określonego zadania oraz wymaganego czasu pracy. Nie należy dobierać magazynu wyłącznie na podstawie mocy instalacji fotowoltaicznej lub maksymalnego poboru zakładu.

Czy magazyn energii może zasilać zakład podczas awarii sieci?

Może, jeżeli instalacja została zaprojektowana do pracy w takim trybie. Sama obecność magazynu energii nie oznacza automatycznie możliwości awaryjnego zasilania całego obiektu.