Cel projektu
Celem projektu jest opracowanie i implementacja systemu do redukcji mocy szczytowych w podstacjach trakcyjnych zarządzanych przez PGE Energetyka Kolejowa S.A. Obiekty te charakteryzują się znaczną nierównomiernością obciążenia i dużymi wartościami mocy szczytowej. Powoduje to, że wymagają dużych wartości mocy umownych, co generuje znaczne koszty stałe. System, zbudowany w oparciu o zasobnik energii, instalowany po stronie DC za pośrednictwem dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego, umożliwić ma uzyskanie innowacji procesowej polegającej na zmniejszeniu zapotrzebowania na moc umowną a przez to redukcję kosztów stałych związanych ze świadczoną przez PGE Energetyka Kolejowa S.A. usługą dystrybucji energii do sieci trakcyjnych.
Dzięki zastosowaniu magazynu energii może to być zrealizowane bez ograniczania wielkości i parametrów dystrybuowanej energii. System poprawić ma także stabilność napięcia wyjściowego po stronie DC podstacji trakcyjnej, co umożliwić może także wzrost natężenia ruchu pojazdów trakcyjnych i w konsekwencji wzrost wolumenu dystrybuowanej energii bez konieczności zwiększania mocy przyłączeniowych. W rezultacie spodziewane jest również zmniejszenie oddziaływania poszczególnych stacji trakcyjnych na zasilające je sieci dystrybucyjne poprzez redukcję wahań mocy oraz mocy szczytowych. Właściwość ta planowana jest także do wykorzystania w ramach komercyjnych usług systemowych polegających na czasowym intencjonalnym, ograniczeniu mocy na żądanie. W obu przypadkach przyczynić się to może do redukcji strat mocy w liniach zasilających stacje trakcyjne a także redukcji strat obciążeniowych w transformatorach stacyjnych. Rezultatem Projektu będzie także opracowanie i weryfikacja metody doboru elementów systemu redukcji mocy w stacjach trakcyjnych, a także wymiarowania ich parametrów technicznych.
Trakcyjny magazyn energii PGE Energetyka Kolejowa S.A.
Najważniejszym efektem projektu jest największy trakcyjny magazyn energii w Europie. Prototypowa instalacja ma moc 5,5 MW i pojemność gwarantowaną po 10 latach na poziomie 1,2 MWh. Jej głównym celem jest redukcja szczytowego obciążenia sieci dystrybucyjnej wynikającej z obciążenia ruchem kolejowym. Pozwala to na obniżenie zamówionej mocy podstacji trakcyjnej. Magazyn umożliwia również poprawę jakości energii w sieci trakcyjnej.
Zaproponowane rozwiązanie jest unikalne na skalę światową w wielu aspektach. Jest jednym z pierwszych o tej funkcjonalności i wielkości, działających na świecie systemów magazynowania energii zabudowanych na sieci trakcyjnej. Wprawdzie znane są rozwiązania dotyczące implementacji systemów magazynowania energii na sieci trakcyjnej, jednak ich głównym zadaniem jest poprawa jakości napięcia w linii metra a co ważne rozwiązania te są wielokrotnie mniejszej mocy i pojemności. Po drugie ze względu na konieczność zapewnienia wymaganej niezawodności, układ przekształcania energii ma budowę modułową. Dzięki takiemu rozwiązaniu nawet w przypadku awarii jednego z modułów przekształtnikowych zapewniona jest ciągła praca systemu magazynowania z niezmienionymi parametrami. W przypadku awarii kolejnych modułów również zapewniona jest bezprzerwowa praca systemu, jednak tym razem z mniejszą mocą. Kolejnym unikalnym rozwiązaniem jest możliwość zapewnienia nieprzerwanej pracy systemu w sytuacji przekroczenia wartości granicznych modułów bateryjnych bądź wręcz w przypadku ich pożaru – gaszenie obejmuje jedynie wadliwe moduły. Poza tym układ został skonfigurowany w ten sposób, aby umożliwić dostosowywanie parametrów jego pracy np. do zmieniającego się ruchu pociągów (np. w sytuacji w której natężenie ruchu pociągów nasila się).
Schematyczny opis działania jest wskazany poniżej:
Zasada działania systemu jest stosunkowo prosta. W okresie, gdy nie ma ruchu pociągów na linii kolejowej, magazyn jest ładowany niską mocą z krajowej sieci dystrybucyjnej. Kiedy na torach zostanie wykryty pojazd, magazyn oddaje energię i zapewnia odpowiedni poziom mocy. Dzięki temu podczas ruchu pociągu pobierana jest o wiele mniejsza moc z krajowej sieci dystrybucyjnej, co pozwala na znaczące obniżenie zamówionej mocy szczytowej.
Magazyn energii składa się z dwóch głównych systemów - systemu bateryjnego oraz systemu przekształcania energii:
- System bateryjny stanowi serce całego systemu – to ponad 4 tysiące baterii litowo-jonowych, które magazynują przekazywaną energię. Każda bateria wyposażona jest we własny zestaw czujników, który pozwala na bieżąco monitorować jej podstawowe parametry: napięcie, prąd oraz temperaturę. Baterie mieszczą się w 4 specjalnie skonstruowanych kontenerach i są wyposażone w dedykowane układy chłodniczy i przeciwpożarowy.
- System przekształcania energii – jego główny element stanowi nowoczesny przekształtnik energoelektroniczny, którego zadaniem jest odpowiednie dostosowanie parametrów energii elektrycznej przesyłanej z magazynu do sieci trakcyjnej. Jest to jedno z pierwszych tego typu urządzeń w Polsce.
Nad pracą całej instalacji czuwa system sterowania, który dba o to, aby magazyn pracował optymalnie i zgodnie z zapotrzebowaniem sieci trakcyjnej, a także gromadził dane i parametry pracy układu. Wyniki uzyskane w trakcie realizacji prac badawczych pozwolą na wypracowanie odpowiednich standardów wdrożenia kolejnych magazynów energii w innych podstacjach należących do PGE Energetyka Kolejowa S.A.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020. Projekt realizowany w ramach konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju: nr 8 Programu sektorowego „PBSE”
