Tyrimo rezultatai rodo, kad geriausias sprendimas Baltijos šalims yra baterijų energijos kaupimo sistemos, kurios kompensuos inercijos trūkumą ir padės užtikrinti sklandų elektros tiekimą, kai iki 100 % elektros energijos yra pagaminama iš saulės, vėjo energijos ir kitų atsinaujinančių išteklių. Baterijų sistemų galia turi siekti 240–400 MW, priklausomai nuo to, ar baterijų valdymui pasirenkamas kintamosios srovės tinklo įtampos formavimo metodas (angl. Grid forming control), ar tinklo „sekimo“ arba srovės valdymo metodas (angl. Grid following control).
„Kaip energijos perdavimo sistemos operatorius mes nuolat žiūrime į priekį ir ieškome sprendimų problemoms, su kuriomis greičiausiai susidursime tik per ateinančius dešimtmečius – tai vienintelis būdas užtikrinti patikimą energijos perdavimą. Šis tyrimas mums yra ypač svarbus, nes jis nurodo aiškų kelią, kaip užtikrinti, kad 100 % Baltijos šalyse gaminamos energijos būtų iš atsinaujinančių energijos šaltinių. Lietuvoje pradėti baterijų energijos kaupimo projektai jau yra žingsnis šio tikslo link“, – teigia Rokas Masiulis, „Litgrid“ generalinis direktorius.
Pagrindinis tyrimo tikslas buvo sukurti ekonomiškai patikimą modelį ir nustatyti technines priemones, susijusias su Baltijos šalių galimybėmis subalansuoti gamybą ir vartojimą bei užtikrinti dažnio kontrolę. Tai reikalinga, nes iki 2050 metų 98–100 % aktyvios energijos kiekvienoje šalyje bus gaunama iš atsinaujinančių elektros energijos šaltinių. TEPCO analizavo sintetinės inercijos ir kintamosios srovės tinklo įtampos formavimo metodo pritaikymą išmaniai valdant nuolatinės srovės jungtis, naujas baterijų energijos kaupimo sistemas ir atsinaujinančiųjų energijos šaltinių elektrines, tokias kaip vėjo ir saulės.
Jungtinio tyrimo sutartis tarp Baltijos šalių perdavimo sistemų operatorių ir „TEPCO Power Grid Inc.“ buvo pasirašyta 2020 m. gegužės mėnesį.
Baltijos šalių energijos sistemos yra ruošiamos sinchronizacijai su kontinentinės Europos tinklais, kuri bus įgyvendinta 2025 metais. Taip pat visos trys Baltijos šalys planuoja ženkliai padidinti iš atsinaujinančių energijos šaltinių gaunamos energijos kiekį, kad iki 2050 metų jis pasiektų 98–100 %.
Japonijos perdavimo tinklų operatorius „TEPCO Power Grid Inc.“ turi didelę elektros energetikos sistemos valdymo ir vystymo patirtį, įskaitant sistemos darbą ekstremaliomis sąlygomis. Bendrovė taip pat atsakinga už mažų nutolusių salų elektros tiekimo patikimumą ir prisideda prie atsinaujinančių išteklių energetikos plėtros.
Išsamesnė informacija apie tyrimą:
TEPCO tyrimo komanda surinko reikalingą informaciją apie esamą situaciją ir Baltijos šalių galimybes keisti generavimą ir vartojimą bei valdyti dažnį, taip pat apie Baltijos šalių poreikius įgyti reikalingas technologijas ir kompetencijas užtikrinant balansavimo ir dažnio valdymo veiklas.
Tyrimo komanda sukūrė baterijų energijos kaupimo sistemos (BEKS) su sintetinės inercijos funkcija, taip pat aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) jungčių modelius, nes šios technologijos yra laikomos svarbiu įrankiu, siekiant užtikrinti inercinį atsaką ir dažnio kontrolę. Taip pat buvo sudaryti avarijų scenarijai, nustatyti įvertinimo kriterijai bei dinaminės simuliacijos metu apskaičiuotas reikalingas BEKS pajėgumas siekiant užtikrinti stabilų elektros sistemos veikimą.
Baterijų energijos kaupimo sistemų galia, reikalinga dažnio kitimo greičio ir amplitudės (angl. „RoCoF“ ir „Nadir“) nustatytų reikalavimų išlaikymui siekia 240 MW, jei taikomas kintamosios srovės tinklo įtampos formavimo metodas ir 400 MW jei taikomas tinklo „sekimo“ arba srovės valdymo metodas. Kadangi kintamosios srovės tinklo įtampos formavimo metodas yra efektyvesnis valdant dažnio kitimo greitį, TEPCO ekspertai Baltijos šalims rekomenduoja 240 MW įtampos formavimo metodo baterijų sistemas.
Modeliavimo rezultatai parodė, kad išmaniai valdant esamas HVDC jungtis panaudojant dažnio valdymo ir sintetinės inercijos funkcijas, galima užtikrinti leistinas „RoCoF“ ir „Nadir“ parametrų vertes nenaudojant baterijų energijos kaupimo sistemų. Tačiau nustatant HVDC keitiklių dažnio valdymo parametrus daroma įtaka kitos elektros sistemos, kurią jungia nuolatinės srovės jungtis, darbui. Todėl reikalingas susitarimas su kitos sistemos, sujungtos HVDC jungtimi, perdavimo sistemos operatoriumi, dėl tokio nuolatinės srovės jungties valdymo. Be to, iš anksto reikia apriboti jungties pralaidumą rinkai, kad būtų galima rezervuoti pakankamai HVDC galios dažnio atsako valdymui.
Kai HVDC jungtyje yra naudojama dažnio valdymo funkcija, būtina suderinti HVDC jungties ir baterijų energijos kaupimo sistemų veikimą, reaguojant į sistemos dažnio pokyčius. Kitu atveju galimas nekoordinuotas jungčių ir baterijų veikimas, o tai gali dar labiau pabloginti sistemos dažnio stabilumą avarijų metu.
Apskaičiuota, kad baterijų energijos kaupimo sistemų, kurios įrengiamos kartu su vėjo ir saulės elektrinėmis, siekiant tokio pačio sintetinės inercijos atsako t. y. vertinant 240 MW suminę baterijų galią, galia yra 2,8% nuo saulės ar vėjo elektrinės įrengiamos galios. Mažų galių saulės ir vėjo elektrinėms baterijų energijos kaupimo sistemų įrengimas gali būti ekonomiškai nenaudingas, todėl rekomenduojama įdiegti baterijų sistemas, tik didesnėms elektrinėms, kur baterijų galia atitiktų maždaug 5 % saulės ir vėjo elektrinių gamybos pajėgumų. Šis skaičius gali būti padidintas iki 10 %, jei nebus taikomos jokios kitos priemonės (pvz., sinchroniniai kompensatoriai). Todėl reikalingos papildomos studijos, siekiant tiksliau nustatyti ekonomiškai pagrįstas baterijų, įrengiamų kartu su saulės ir vėjo elektrinėmis, galias.
Atlikta išlaidų ir gautos naudos analizė (kai būtiną inertiškumą iš SGD dujomis varomų įrenginių pakeičia baterijų energijos kaupimo sistemos BEKS) atrodo taip: grynoji dabartinė vertė (angl. NPV) yra lygi 37,8 milijono eurų (nuo 2030 iki 2050), vidinė grąžos norma (angl. IRR) yra 11 %, o sąnaudų ir naudų santykis (angl. CBR) yra 1,3.
BEKS su sintetinės inercijos atsaku įdiegimas yra reikšmingas sprendžiant techninius iššūkius, kylančius siekiant ambicingų nacionalinių strategijų – padidinti Baltijos šalių sunaudojamos energijos iš atsinaujinančių energijos šaltinių kiekį. Studijos ataskaitoje siūlomas sistemos valdymo sprendimas pakeičiant energijos gamybą, kuriai naudojamas iškastinis kuras, pažangiomis BEKS, leistų sumažinti į aplinką išmetamo anglies dioksido kiekį bei prisidėtų prie mažiau anglies į aplinką išskiriančios visuomenės sukūrimo. Socio–ekonominė analizė rodo teigiamus rezultatus poveikio gamtai požiūriu, o bendra projekto nauda viršija būtinas investicijas ir įgyvendinimo sąnaudas.
