Перша ізольована в Канаді розумна мікромережа Хартлі-Бей, до н.е.

Вступ

Інтеграція відновлюваних ресурсів: старий та новий підходи

Протягом останнього десятиліття CanmetENERGY разом зі своїми національними та регіональними партнерами працювали над покращенням роботи ізольованих мікромереж та зменшенням їх залежності від дизельного палива для виробництва електроенергії. Старий підхід, що застосовувався для інтеграції відновлюваних ресурсів в ізольованих громадах, включав проведення енергетичного аудиту перед розміром та інтеграцією відновлюваних ресурсів (найчастіше низькорослих); моніторинг продуктивності системи (переважно відновлюваних джерел та дизельних генераторів) з наступною оцінкою продуктивності відновлюваних джерел та дизельного палива; нарешті, розслідування та інтеграція заходів з енергозбереження. Такий підхід, як правило, призвів до обмеженого покращення продуктивності системи.

канаді

Фігура 1: Порівняння старого та нового підходів

ІНТЕГРАЦІЯ ВІДНОВЛЮВАНИХ РЕСУРСІВ: СТАРИЙ ТА НОВИЙ ПІДХІД

Старий підхід до інтеграції відновлюваних ресурсів у відокремлених громадах полягав у додаванні відновлюваних джерел, моніторингу ефективності роботи дизельного та відновлюваного джерел енергії, оцінці ефективності використання дизельного та відновлюваного джерел енергії та включенні заходів щодо збереження відповідної енергії. Такий підхід призвів до обмеженого підвищення продуктивності. Новий підхід до інтеграції відновлюваних ресурсів полягає у встановленні розумних лічильників, оцінці продуктивності системи та відновлюваних ресурсів, перегляді та інтеграції відповідних інтелектуальних контролерів та пристроїв управління попитом, інтеграції відновлюваної енергії та накопичувача та оцінці ефективності роботи всього система. Цей новий підхід призводить до оптимального підвищення продуктивності.

Недоліки старого підходу були визначені наступним чином:

  • неефективність/відсутність систем управління в ізольованих мережах;
  • • поганий баланс попиту та пропозиції, що впливає на якість енергії;
  • • зменшення споживання палива нижче очікуваного після інтеграції відновлюваних ресурсів через неточне розміщення відновлюваних джерел енергії або відсутність енергоресурсів та потужностей для зберігання.

Очікується, що точна оцінка продуктивності системи для ізольованих мереж із використанням даних, зібраних у реальному часі, матиме численні переваги, а саме:

  • впровадження ефективних заходів щодо енергозбереження, спрямованих на належне управління безпосереднім контролем навантаження та роботою дизель-генератора, що призведе до значних поліпшень (скорочень) споживання палива;.
  • розробка ефективних стратегій щодо розподілу дизеля та контролю навантаження;
  • оптимальний вибір та розмір відновлюваних джерел енергії та технологій зберігання, що сприятиме високому проникненню від відновлюваних ресурсів до ізольованих мереж.

Запропоновано новий підхід для підвищення ефективності ізольованих систем мікромереж та інтеграції відновлюваних ресурсів, включаючи встановлення розумних лічильників; моніторинг систем у режимі реального часу та збір даних (бажано принаймні протягом одного року); оцінка продуктивності системи та відновлюваних ресурсів з наступним вивченням та інтеграцією інтелектуальних контролерів та відповідного обладнання GD; вибір та інтеграція технологій, придатних для використання відновлюваних джерел енергії та їх зберігання (де це можливо); нарешті, аналіз продуктивності всієї системи.

Приклад: Віддалене розумне співтовариство Хартлі-Бей

Про затоку Хартлі

Село Хартлі-Бей, розташоване приблизно за 650 кілометрів на північний захід від Ванкувера (до нашої ери), є ізольованою, поза мережею прибережною громадою в межах нації Гітґаат. У громаді проживає 170 жителів, які проживають у 82 будинках, 62 житлових та 20 комерційних або змішаних. Електроенергію для затоки Хартлі забезпечують три генератори: два потужністю 420 кВт і один потужністю 210 кВт. Система складається з шини 600 В, яка посилена до 25 кВ для розподілу (приблизно 2 км ліній) і зменшена до потужності 120/240/208 В для житлових та комерційних однофазних та трифазних навантажень при 25 трансформатори кВА та 50 кВА. Раніше громада споживала до 2 ГВт-год електроенергії щорічно за зниженою середньою вартістю 0,67 дол. США за кВт-год. Нинішні виробничі потужності коштували йому більше 500 000 доларів на рік. Зараз громада працює з розумною системою мікромереж і зацікавлена ​​в пошуку інших інноваційних шляхів для підвищення ефективності своєї виробничої системи, що, в свою чергу, зменшить попит на електроенергію, споживання енергії, викиди парникових газів (ПГ) та витрати громади.

Малюнок 2: Спільнота Хартлі-Бей, будинок Першої нації Гітгаат у Британській Колумбії (кредит: Pulse Energy, ліворуч) та місце розташування села Хартлі-Бей (праворуч)

Про затоку Хартлі

Зліва це фотографія, зроблена з неба громади затоки Хартлі, будинку першої нації Гітґаат у Британській Колумбії. Ми бачимо гори на задньому плані і село біля річки. Праворуч зірка вказує місце розташування села Хартлі-Бей на карті Західної Канади.

Моніторинг та оцінка роботи ізольованих мережевих систем

Починаючи з 2008 року, Хартлі-Бей дотримується ініціативи з управління енергією, спрямованої на зменшення викидів парникових газів. Однією з цілей цієї ініціативи є управління всіма аспектами електричної мережі, включаючи виробництво, розподіл та попит. Було реалізовано кілька ініціатив з управління енергією, включаючи встановлення мережі бездротових розумних лічильників; моніторинг споживання енергії в реальному часі за допомогою інформаційної системи управління енергією (EMIS); модернізація освітлення, опалення та кондиціонування; а також наймання місцевих енергетичних координаторів для управління проектами та мобілізації громади.

Малюнок 3: Оптимізація відвантаження дизельного палива для генераторної установки Хартлі-Бей (кредит: Pulse Energy)

Моніторинг та оцінка роботи ізольованих мережевих систем

Це зображення являє собою графік, що показує підрахунок потужності та гістерезис розподілу за хвилину для затоки Хартлі. Ліва вісь представлена ​​в тисячах операційних хвилин і корелює з двома вертикальними смугами розподілу. Червоні смуги відображають попит на електроенергію на період з квітня по вересень, тоді як сині - попит на електроенергію на період з жовтня по березень. Права вісь пов'язана з розподільними лініями генератора і відображається в кіловатах. Пунктирні лінії представляють вихідний розподіл генераторів, а суцільні - нові лінії розподілу, запрограмовані в контролері генератора. Червоні лінії представляють зменшення попиту, тобто розподіл генератора в міру зменшення попиту до нижчих рівнів. Сині лінії являють собою зростаючий попит, тобто розподіл генератора в міру збільшення попиту на вищі рівні.

Оскільки генератор потужністю 210 кіловат виявився найменш ефективним, основною метою було зменшення тривалості роботи генератора. Отже, до параметрів розподілу внесені наступні зміни: розподіл генераторів 210 кВт та 420 кВт зменшено з 160 кВт до 120 кВт для пускової напруги генератора 420 кВт, а також зменшено на 145 кВт до 105 кВт для знеструмлюючої напруги генератора 420 кВт. Спільна пускова напруга генераторів 420 кВт і 210 кВт збільшена з 340 кВт до 360 кВт, тоді як напруга знеструмлення збільшена з 295 кВт до 325 кВт.

У жовтні 2009 року на всіх трьох генераторах були встановлені датчики витрати палива та визначена їх ефективність, яка визначається як літри споживаного палива на кВт-год виробленої електроенергії. Генератори потужністю 420 кВт мали вищий коефіцієнт корисної дії (0,27 л/кВт-год або 34%), тоді як генератори потужністю 210 кВт мали менший коефіцієнт корисної дії (0,49 л/кВт-год або в середньому 19%). Було зроблено висновок, що для того, щоб максимізувати ефективність виробничої системи та зменшити споживання палива, генератор потужністю 210 кВт слід використовувати якомога менше. Одним із способів досягти цього є зміна налаштування часу дизеля, як показано на малюнку 3.

Система управління попитом (GD)

Запропонована система GD для зменшення навантажень громади в пікові періоди, щоб утримати споживання нижче 360 кВт і таким чином уникнути розподілу генератора 210 кВт. Навесні 2010 року в декількох комерційних будівлях громади була встановлена ​​система GD, що складається з двадцяти змінних термостатів та дванадцяти контролерів заряду на 30 ампер. Аудит об'єкта встановив, що найбільш енергоємними навантаженнями та найменшим ризиком заважати мешканцям є нагрівачі плінтуса, водонагрівачі та системи опалення та вентиляції. Для подальшого зниження ризику турбот пасажирів також було встановлено ручне управління GD. Поточна установка GD у затоці Хартлі дозволяє як автоматично, так і вручну приймати рішення. Система GD здатна розвантажувати до 15% (61,3 кВт) пікової потреби за допомогою регулювання бездротових змінних термостатів, контролерів заряду на водонагрівачах та вентиляційних системах у комерційних будівлях. Показано, що система ефективно знижує споживання до максимум 35 кВт протягом періоду події GD.

Малюнок 4: Вивіска антенної вежі (кредит: Pulse Energy)

Система управління попитом (GD)

Портативну антенну вежу можна побачити поруч із комерційною будівлею в селі Хартлі-Бей.

Переваги та вивчені уроки

  • Реконфігурація встановлених показників розподілу дизельного палива призвела до економії 77 000 літрів дизельного палива на рік (77 000 дол. США на рік)
  • Передбачається, що в громаді Гартлі-Бей розкриття потенціалу майбутніх програм GD може призвести до подальшої щорічної економії пального до 27000 безкоштовно, або 5% від загального споживання.
  • Аномальні операційні проблеми можна виявити ефективніше, використовуючи вимірювання в реальному часі, а не звичайні системні перевірки.
  • Присутність місцевого чемпіона проекту у громаді, який здатний повідомити про важливість проекту для мешканців, є критичним для успіху проекту.
  • Орієнтуючись на найбільш енергоємні будівлі, є більше шансів на підвищення ефективності.

Малюнок 5: Компоненти системи DR (кредит: Pulse Energy)

Компоненти системи DR (кредит: Pulse Energy)

На цьому малюнку показано серію фотографій, що ілюструють компоненти системи управління попитом. На першій фотографії показано два контролери заряду 30 А. Далі ми бачимо систему автоматизації будівлі та електронний термостат. Наступні дві фотографії демонструють сервер розумного лічильника та систему підкачки. На останніх двох фотографіях зображена зовнішня пейджингова антена (пейджер та GPS), а також пейджингова система та передавач.

Малюнок 6: Оцінка економії витрат дизельного палива (літри на рік, зліва) та викидів ПГ (тонн на рік, праворуч)

Оцінка економії витрат дизельного палива (літри на рік, зліва) та викидів ПГ (тонн на рік, праворуч)

Орієнтовна економія споживання дизельного палива становить 27 000 літрів на рік для системи управління попитом/управління попитом та 77 000 літрів на рік для дизельної диспетчерської служби. Крім того, оцінки скорочення викидів парникових газів становлять 73 тонни на рік для системи управління попитом/управління попитом та 207 тонн на рік для розподілу дизельного палива.

Команда проекту

CanmetENERGY: Тарек Ель-Фоулі (керівник проекту), Ліза Дігнар-Бейлі та Стівен Вонг
Село Хартлі-Бей (Британська Колумбія): Девід Бентон (місцевий чемпіон проекту)
Енергія імпульсу (C-B): Брюс Каллен, Грег Денніс та Майкл Врінч
Уряд БК: Крістіна Янічніелло та Ендрю Папе-Салмон