Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
iNNOWACYJNA GOSPODARKA BADANIA NAD OPRACOWANIEM WYTYCZNYCH, TECHNIK I TECHNOLOGII DLA SYSTEMÓW KOMPENSACJI MOCY BIERNEJ, INTELIGENTNEGO MONITORINGU WEWNĘTRZNYCH SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH ORAZ OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH DEDYKOWANYCH OBIEKTOM HYBRYDOWYM OPARTYM WYŁĄCZNIE O ŹRÓDŁA ODNAWIALNE EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013 
Priorytet 1 - Badania i rozwój nowoczesnych technologii, Poddziałanie 1.3.1 - Projekty Rozwojowe

SYSTEM MONITOROWANIA ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII
SYMOZE
KEiASPE
Wydział Elektrotechniki Automatyki Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
x

Opis sytemu

Elektrownia hybrydowa jako zbilansowane handlowo i/lub fizycznie źródło energii wspólnie przyłączane do systemu elektroenergetycznego, składa się zwykle z :
− generatora (-ów) wiatrowych. W zaleŜności od mocy instalacji moŜe to być maszyna podłączona bezpośrednio do sieci lub poprzez przekształtnik energoelektroniczny,
− panele PV (stacjonarne lub ruchome),
− generator wirujący (np. biomasa, biogaz lub mała elektrownia wodna),
− zasobnik energii.

Wszystkie wyszczególnione źródła oraz wybrane ich kombinacje, będą rozwaŜane na etapie badań symulacyjnych i laboratoryjnych. Prace badawcze będą dotyczyć elementów z obszaru kompensacji mocy biernej, jakości energii, fotowoltaiki i turbiny wiatrowej. Zostaną przeprowadzone prace z obszaru monitoringu pracy rzeczywistych źródeł w celu zdobycia nowej wiedzy oraz umiejętności dla opracowania nowych produktów planowanych do wytwarzania w ramach projektu. Zaplanowano budowę eksperymentalnych urządzeń i oprogramowania laboratoryjnego w tym równieŜ wytworzenie w ramach wkładu własnego przedsiębiorcy elementów do testów przemysłowych dla badania i potwierdzenie poprawności ich funkcjonowania w warunkach rzeczywistych. Obiekty testowe wykorzystywane w ramach prac badawczych będą przyłączone do sieci średniego napięcia zarówno w wariancie przyłączenia do linii napowietrznej 15kV za pośrednictwem niewielkich odcinków linii kablowej podziemnej oraz do pola 15kV w GPZ za pomocą wielokilometrowych odcinków linii kablowych podziemnych o zróŜnicowanych przekrojach. W ramach projektu zakłada się również budowę w ramach wkładu własnego przedsiębiorcy obiektu hybrydowego opartego o generator wiatrowy i ogniwa fotowoltaicznego z załoŜeniem podziału mocy w obiekcie na poziomie około 800 kVA dla turbiny wiatrowej i około 600 kWp dla ogniw fotowoltaicznych. Na bazie w/w i innych obiektów laboratoryjnych/testowych analizowana będzie praca/synchronizacja z publiczną siecią elektroenergetyczną oraz możliwość pracy wyspowej, w strukturze mikrogridu do zasilania wydzielonej grupy odbiorców.

Realizowany projekt budowy i zastosowania hybrydowej wiatrowo-słonecznej elektrowni generujący czystą energię elektryczną spełnia kryteria innowacyjności produktowej. Produkowana energia jest czystą ekologicznie, czyli nie oddziałująca na środowisko przyrodnicze ale równieŜ wysokiej jakości energią elektryczną. Dotyczy to w szczególności kompensacji mocy biernej i monitorowania wskaźników jakości napięcia i w punkcie przyłączenia elektrowni. Wykonany eksperymentalny układ kompensatora zainstalowany w obiekcie pracującym w warunkach rzeczywistych. będzie pracował w zamkniętym układzie regulacji gwarantując pożądany poziom mocy biernej/współczynnika mocy w przyłączu głównym elektrowni bez negatywnego wpływu na jakość napięcia. Stworzony nowy produkt rynkowy nie był stosowany w Polsce w połączeniu z róŜnymi źródłami energii. Innowacyjność tej propozycji dotyczy głównie rynku krajowego ze względu na ograniczenie w postaci duŜego zróŜnicowania systemów stosowanych w Europie głównie w zakresie mocy jednostkowej instalacji.

Innowacyjność produktowa przejawia się również w procesie zarzadzania elektrownią hybrydową obejmującą Monitorowanie i wizualizację pracy elektrowni i nadrzędne sterowanie elektrownią. W tym celu zostanie opracowany algorytm monitorowania i sterowania pracą elektrowni hybrydowej. Wykonany zostanie monitoring sprawności technicznej elektrowni i pełna wizualizacja jej pracy, Wytworzenie narzędzi umoŜliwiających prognozowanie wartości energii wytwarzanej przez elektrownie z wyprzedzeniem dobowym dla potrzeb grafikowania na rynku energii z uŜyciem adaptacyjnych metod sztucznej inteligencji. Wytworzenie systemu (hardware i software) do pozyskiwania danych źródłowych niezbędnych dla sterownia elektrownią hybrydową (niezaleŜnie od jej konfiguracji: np. wiatrowo-słoneczna, wiatrowo- gazowa, z magazynowaniem energii, bez magazynowania energii) stanowić będzie niewątpliwie innowację produktową. Wymiernym produktem tego obszaru projektu będzie autorski, rozproszony system akwizycji danych meteorologicznych dedykowany systemom zarządzania i sterowania obiektami hybrydowymi wykorzystującymi do produkcji źródła odnawialne. Zakłada się opracowanie modułów prognozowania moŜliwości wytwórczych poszczególnych źródeł energii w zadanym okresie przy uwzględnieniu warunków zewnętrznych oraz prognozowanie zapotrzebowania na potrzeby własne oraz zewnętrzne. Dla uzyskania poŜądanego efektu zaplanowano określenie kryteriów jakości sterowania (zysk sprzedaŜy energii, minimum kosztów działania systemu itp).

Kolejnym aspektem innowacyjności
będzie opracowany projekt obejmujący wszystkie elementy konstrukcyjne panelu PV oraz proces wytworzenia prototypu. Stworzony będzie model fizyczny realizujący przejście promieniowania słonecznego poprzez kolejne elementy ogniwa uwzględniający procesy odbicia i absorpcji światła oraz fotogeneracji w kolejnych elementach struktury panelu. Modelowany będzie równieŜ wpływ promieniowania rozproszonego i procesów termicznych na pracę panelu. Stworzony będzie model fizyczny realizujący transfer ciepła z warstwy grzewczej do wszystkich elementów panelu. Zostaną zoptymalizowane właściwości elektryczne i mechaniczne powłok grzewczych do zastosowania w celu uzyskania jak najkrótszego czasu wytopienia warstwy śniegu lub lodu oraz równomiernego rozkładu temperatury na całej powierzchni panelu PV i zmniejszenia strat ciepła w układzie i zapewnienia trwałości mechanicznej. Model będzie uwzględniał rzeczywiste warunki pogodowe na terenie Polski. Ponadto naleŜy podkreślić, Ŝe wytworzone w ramach prac badawczych warstwy antyrefleksyjne o zmodyfikowanej strukturze, pozwolą na znaczące podwyŜszenie transmisji światła dla duŜych kątów padania promieni słonecznych. Dzięki czemu uzyska się znaczny wzrost ilości energii produkowanej w godzinach porannych i popołudniowych. Dodatkowym elementem jest zaplanowane do zastosowania folii laminacyjnej nowej generacji oraz powłoki grzewczej w postaci cienkiej warstwy naniesionej na taflę szklaną o zmniejszonej grubości dla zdecydowanego odróŜnienia eksperymentalnego PV od produktów rynkowych jak i znaczącego podniesienia jego efektywności Istotą innowacji procesowej jest wprowadzenie do struktury komercyjnej nowatorskiego modelu prognozowania wartości energii wytwarzanej przez elektrownię z wyprzedzeniem dobowym dla potrzeb grafikowania na rynku energii. NaleŜy równieŜ podkreślić, Ŝe obecnie w Polsce dopiero od roku funkcjonuje jedyna farma fotowoltaiczna o skali komercyjnej, zatem w świetle dotychczasowych doświadczeń wszelkie rozwiązania dedykowane strukturom produkującym energię w oparciu o obiekty hybrydowe OZE stanowią same w sobie innowację. Zatem zarówno proces inwestycji budowy komercyjnej elektrowni hybrydowej z wykorzystaniem wyników prac badawczych jak i zakładane do uzyskania modele stanowią unikalność i niewątpliwą innowację w skali Europy. Równie istotnym czynnikiem świadczącym o nowatorskim rozwiązaniu jest wykorzystanie opracowania i wykorzystanie w ocenie efektywności przedsięwzięcia hybrydowej elektrowni wiatrowo słonecznej i inwestycyjnego opracowanych modeli rachunku ekonomicznego i modelu biznesowego. Wszystkie opracowane modele i narzędzia powstałe w sferze badawczej będą zaimplementowane przez Partnera Biznesowego w procesie projektowania budowy i eksploatacji elektrowni będącej przedmiotem projektu.

BOS&RYK v0.1