Projekt obejmował wdrożenie systemu SPS (Special Protection Scheme) oraz budowę hybrydowego magazynu energii elektrycznej (BESS) na terenie farmy wiatrowej Bystra w pobliżu Gdańska. Realizacja projektu była możliwa dzięki porozumieniu zawartemu w marcu 2017 roku przez japońską organizację rządową NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) i polskie Ministerstwo Energii (obecnie Ministerstwo Klimatu i Środowiska). Projekt realizowany był przy współpracy polskich i japońskich spółek: Polskich Sieci Elektroenergetycznych S.A. (PSE), ENERGA-OPERATOR S.A. (EOP), Energa OZE S.A. (EOZE), Hitachi, Ltd. (HTC), Hitachi Chemical Co, Ltd (HC) – obecnie Showa Denko Materials (SDM) oraz Sumitomo Mitsui Banking Corporation (SMBC).

W ramach przedsięwzięcia spółka Hitachi zaprojektowała i wdrożyła w Polskich Sieciach Elektroenergetycznych system SPS. Prace obejmowały dostarczenie urządzeń oraz oprogramowania i zakończyły się we wrześniu 2019 roku. 30 września 2020 r. dobiegł końca okres demonstracyjny systemu SPS i system został przekazany do eksploatacji. Równolegle spółki Hitachi i Hitachi Chemical (obecnie SDM) zaprojektowały i dostarczyły wyposażenie do bateryjnego magazynu energii BESS, który jest zlokalizowany przy farmie wiatrowej Bystra należącej do spółki Energa OZE. Energa OZE przy współpracy japońskich spółek Hitachi i Showa Denko Materials (wcześniej Hitachi Chemical) zrealizowała proces inwestycyjny, łącznie z budową obiektu i instalacją urządzeń oraz uruchomieniem magazynu energii. Prace obejmowały z jednej strony dostarczenie urządzeń oraz oprogramowania systemu, a z drugiej kompletny montaż, uruchomienie i testowanie wszystkich funkcji dostarczanych przez infrastrukturę magazynu. Okres monitorowania działania bateryjnego magazynu energii elektrycznej trwał od 22 czerwca 2020 r. do 31 marca 2021 r., a z początkiem kwietnia 2021 r. magazyn został przekazany do eksploatacji.

Projekt miał charakter demonstracyjny i obejmował swoim zasięgiem wyodrębnioną część KSE. W dłuższym horyzoncie czasowym umożliwi on ocenę wpływu systemu SPS na poprawę bezpieczeństwa pracy systemu elektroenergetycznego oraz ocenę efektywności modelu biznesowego dla magazynu energii elektrycznej w warunkach rynkowych. Okresy demonstracyjne obu systemów potwierdziły ich zdolności techniczne do realizacji planowanych funkcjonalności. Dostawę urządzeń i oprogramowania systemów SPS oraz magazynu energii elektrycznej wspierała finansowo agenda rządu japońskiego NEDO. Zgodnie z założeniami, wraz z zakończeniem projektu demonstracyjnego własność składników majątku składających się z SPS i BESS została nieodpłatnie przekazana przez NEDO stronie polskiej, co pozwoli na dalsze korzystanie z systemów oraz ich rozwój.

 

Wzrastający udział niesterowalnych źródeł w miksie energetycznym stanowi duże wyzwanie dla operatora systemu przesyłowego, dlatego PSE szukają rozwiązań, które zwiększą bezpieczeństwo krajowego systemu elektroenergetycznego. System SPS wraz z magazynem energii BESS usprawniają zarządzanie KSE w warunkach wysokiej generacji wiatrowej, dlatego cieszę się, że PSE mogły uczestniczyć w tym projekcie i być jedną z pierwszych firm w Europie, które wdrożyły system posiadający funkcjonalności sieci inteligentnych – mówi Eryk Kłossowski, prezes zarządu Polskich Sieci Elektroenergetycznych.

Grupa Energa, należąca do Grupy ORLEN, będąc krajowym liderem rozwoju odnawialnych źródeł energii i dostrzegając wyzwania techniczne związane z ich udziałem w rynku, podejmuje działania w celu dostarczania naszym odbiorcom energii elektrycznej spełniającej wszelkie standardy jakościowe, z zapewnieniem pewności zasilania. Chcemy to realizować m.in. właśnie poprzez rozwój nowoczesnej infrastruktury dla potrzeb magazynowania energii. Z tego wynika nasze zainteresowanie i aktywny udział w projekcie oraz istotne zaangażowanie spółek z Grupy Energa niemal na każdym  etapie jego rozwoju. Pozwoliło to na zdobycie i rozwój know-how w oparciu o najlepsze światowe rozwiązania technologiczne oraz pozyskanie unikalnych kompetencji w tym zakresie. Dzięki temu, że uruchomiliśmy kolejny, bardzo nowoczesny magazyn energii elektrycznej i posiadamy szerokie doświadczenie w zakresie tego typu inwestycji, w „zielonych barwach” rysują się dalsze możliwości rozwojowe, co powinno być korzystne dla całej polskiej energetyki i szerzej dla polskiego przemysłu – wskazuje Piotr Meler, prezes zarządu Energa OZE SA.

 

Szczegóły dotyczące wdrożonych systemów SPS oraz BESS:

 

System SPS składa się z dwóch komponentów:

1. RAS-Engine oraz

2. RAS-Agent,

które zostały zainstalowane w siedzibie PSE w Konstancinie-Jeziornie. W celu zapewnienia ciągłości działania systemu SPS wszystkie krytyczne elementy systemu SPS są redundantne.

System SPS przeprowadza cykliczne analizy na podstawie danych pozyskiwanych w czasie rzeczywistym, online z systemu SCADA PSE, a eliminowanie przeciążeń, które mogą wystąpić w sieci, jest realizowane poprzez wprowadzanie optymalnych ograniczeń w generacji mocy farm wiatrowych. Powyższe rozwiązanie może zredukować potrzebę wprowadzania ograniczeń prewencyjnych.

Hybrydowy, bateryjny magazyn energii elektrycznej (BESS) został przyłączony do wewnętrznej sieci farmy wiatrowej Bystra. Magazyn energii elektrycznej składa się z pięciu modułów baterii kwasowo-ołowiowych (LAB, ang. Lead-Acid Battery), każda o mocy zainstalowanej równej 1 MW, oraz jednego modułu baterii litowo-jonowych (LiB, ang. Lithium-Ion Battery) o mocy zainstalowanej 1 MW. Całkowita moc zainstalowana hybrydowego magazynu energii elektrycznej wynosi 6 MW, a pojemność 26,9 MWh (LAB) oraz 0,47 MWh (LiB).

Systemy SPS oraz BESS posiadają m.in. zdolność do optymalnego zarządzania generacją wiatrową, do eliminacji lub zmniejszania przeciążeń powstałych wskutek zakłóceń oraz do wspierania KSE w zakresie regulacji częstotliwości.

Funkcjonalności systemu SPS oraz magazynu energii elektrycznej BESS obejmują:

1. eliminację przeciążeń w sieci przesyłowej (NN, 220 kV i 400 kV) oraz dystrybucyjnej wysokiego napięcia (WN, 110 kV) powstających wskutek zakłóceń, poprzez ograniczanie generacji mocy czynnej farm wiatrowych przyłączonych do sieci wysokiego i najwyższego napięcia na terenie obszaru projektu demonstracyjnego (funkcjonalność systemu SPS);

2. generowanie dla służb dyspozytorskich podpowiedzi w zakresie środków zaradczych (DSS – Decision Support System, funkcjonalność systemu SPS);

3. regulację wtórną częstotliwości (funkcjonalność BESS realizowana na podstawie poleceń z systemu Load Frequency Control [LFC] przekazywanych za pośrednictwem systemu SPS);

4. rezerwę mocy (funkcjonalność BESS realizowana na podstawie poleceń dyspozytorów OSP przekazywanych za pośrednictwem systemu SPS);

5. wygładzanie krótkoterminowych wahań mocy czynnej generowanej przez farmę wiatrową Bystra (funkcjonalność realizowana przez BESS);

6. arbitraż cenowy (ładowanie BESS w czasie, gdy ceny energii elektrycznej są niskie, oraz rozładowywanie w czasie, gdy ceny energii elektrycznej są wysokie).

 

PODSUMOWANIE PROJEKTU

 

Duży udział energetyki wiatrowej w całkowitym bilansie mocy zainstalowanej w krajowym systemie elektroenergetycznym oraz coraz większe wyzwania z tym związane mobilizują PSE do wdrażania innowacyjnych rozwiązań, takich jak system SPS, czyli automatyki eliminującej przeciążenia. Zastosowane w systemie SPS rozwiązania pozwalają na wprowadzanie optymalnych ograniczeń w generacji mocy farm wiatrowych, co może zredukować potencjalną potrzebę wprowadzania w generacji farm wiatrowych ograniczeń prewencyjnych. Innowacyjny charakter ma również projekt magazynu BESS. Hybrydowe połączenie LAB i LiB oraz zastosowanie ich w magazynie rozszerza wachlarz jego zastosowań ze względu na ich odmienną charakterystykę eksploatacyjną i parametry techniczne charakteryzujące ich współpracę z siecią elektroenergetyczną, a także pozwala na realizację wielu zaawansowanych funkcji przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów inwestycji i eksploatacji.

 

O uczestnikach projektu:

 

1. NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) – agenda rządu japońskiego, która nadzorowała oraz w znaczącej części sfinansowała projekt.
2. Ministerstwo Klimatu i Środowiska (wcześniej Ministerstwo Energii) – patronowało polsko-japońskiej inicjatywie wyrażając swoje poparcie poprzez podpisanie memorandum o współpracy (MoU) z New Energy and Industrial Technology Development (NEDO) w celu realizacji przedmiotowego projektu.
3. Polskie Sieci Elektroenergetyczne (PSE) – operator systemu przesyłowego w Polsce. PSE były liderem projektu i odpowiadały za koordynację prac. PSE są użytkownikiem oraz właścicielem systemu SPS.
4. Energa Operator (EOP) – operator systemu dystrybucyjnego w północnej części Polski, odpowiedzialna głównie za zapewnienie technicznych zdolności do ograniczania przez system SPS farm wiatrowych przyłączonych do sieci dystrybucyjnej 110 kV EOP.
5. Energa OZE (EOZE) – właściciel farmy wiatrowej Bystra. Do sieci wewnętrznej FW Bystra został przyłączony magazyn energii elektrycznej. EOZE była odpowiedzialna za budowę i uruchomienie magazynu energii oraz za przeprowadzenie programu prób funkcjonalnych dla wszystkich funkcjonalności BESS we współpracy z partnerami projektu. EOZE jest obecnie właścicielem magazynu energii elektrycznej.
6. Hitachi, Ltd. i Showa Denko Materials Co. Ltd. – podmioty odpowiedzialne za zaprojektowanie, wyprodukowanie oraz wdrożenie systemu SPS oraz bateryjnego magazynu energii elektrycznej (BESS).
7. Sumitomo Mitsui Banking Corporation (SMBC) – japoński bank komercyjny. SMBC badał modele biznesowe wdrożenia SPS i BESS oraz programy ich finansowania.  Jako międzynarodowa firma, SMBC wraz z partnerami projektu przyczyni się do rozwoju zrównoważonego społeczeństwa.