Power Plant Management, czyli zarządzanie farmą fotowoltaiczną

Rozwój rynku fotowoltaiki w Polsce nabiera tempa. Powstają nowe źródła energii o rozproszonym charakterze i różnych mocach. Kolejne firmy i prywatni inwestorzy zamieniają kapitał pieniężny na aktywa w postaci paneli fotowoltaicznych. Ważnym elementem stają się zainstalowane na panelach urządzenia, które służą do przetwarzania energii elektrycznej. Pozwalają wytworzone kilowatogodziny przesyłać do sieci elektroenergetycznej, a dalej do odbiorców komunalnych i przemysłowych.

Odpowiadając na potrzeby nowego rynku i chcąc zapewnić swoim klientom wysokie standardy obsługi i zwrotu zainwestowanego kapitału, Grupa Apator przygotowała kompleksowe rozwiązania dla OZE.

1. System EKTIN PV do nadzoru i zarządzania farmami fotowoltaicznymi

REKLAMA

Obszarem, o którym często zapomina się na etapie inwestycji lub nie docenia się jego wartości, a który odpowiada za sprawne i efektywne działanie instalacji jest narzędzie do bieżącego monitorowania pracy obiektu lub grupy obiektów fotowoltaiki. Często odpowiadają one za rentowność biznesu związanego z OZE. Automatyzacja procesów, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej jest doskonale znana w spółkach zawodowo zajmujących się energią elektryczną, ale nie od razu była tam obecna. Pojawiała się stopniowo po to, aby optymalizować proces zarządzania siecią elektroenergetyczną, pomagać w podejmowaniu decyzji serwisowych i inwestycyjnych. Podobną rolę mają dziś spełniać systemy zabezpieczeń, sterowania i nadzoru oferowane do obsługi farm fotowoltaicznych. Tak, jak w przypadku energetyki zawodowej, systemy tego typu często zaczynają być dostrzegane jako potrzebne dopiero po uruchomieniu obiektu i stanowią doposażenie pracującej farmy fotowoltaicznej.

Skuteczne realizowanie podstawowych funkcji wymaganych od inteligentnych rozwiązań, jakimi są systemy sterowania i nadzoru dla farm PV, pozwala na:

• maksymalizację przychodów poprzez możliwość wczesnego reagowania na sytuacje wskazujące na odchylenie od standardowych parametrów pracy instalacji, wynikających z warunków technicznych, jak i zobowiązań w oparciu o umowy zawarte z odbiorcą energii elektrycznej (wyliczanie i bieżąca analiza wskaźników eksploatacyjnych) takich jak:
• PR (Performance Ratio), który jest miarą jakości farmy fotowoltaicznej. Jest niezależny od lokalizacji i opisuje wydajność pracy farmy w stosunku do jej wydajności osiągalnej w określonych warunkach znamionowych,
• PBA (Production Based Availability), który odnosi się do pracy farmy w określonej lokalizacji i warunkach nasłonecznienia. Bazuje na odchyleniach od spodziewanych efektów pracy instalacji;
• optymalizację kosztów eksploatacyjnych poprzez dostosowanie częstotliwości i planu wizyt obsługi technicznej na zarządzanych farmach PV, lepsze planowanie wymian uszkodzonych elementów instalacji fotowoltaicznej;
• optymalizację kosztów inwestycyjnych poprzez długoterminowe (wieloletnie) gromadzenie danych historycznych świadczących o tempie starzenia się paneli lub falowników. Ocena jakości zastosowanej aparatury i wspomaganie decyzji inwestycyjnych w przyszłości w oparciu o dane historyczne.

System sterowania i nadzoru EKTIN PV zapewnia skalowalność, co pozwala na wykorzystanie go do  nadzoru pojedynczych farm fotowoltaicznych lub większej liczby obiektów, które są zarządzane przez jednego operatora (jest to oferta skierowana do inwestorów lub firm specjalizujących się
w świadczeniu usług w profesjonalnym zarządzaniu pakietami farm).

Dopuszczalne są również dopasowane do potrzeb sposoby dostępu do narzędzi oferowanych przez system EKTIN PV – poprzez serwer, który stanowi własność inwestora lub poprzez chmurę internetową. Wówczas serwery pozostają własnością/pod nadzorem dostawcy rozwiązania.

Widok systemu EKTIN PV:

Rys 1. Widok jednego z okien systemu EKTIN. Panel inwestora prezentuje podstawowe informacje dotyczące pracy siłowni fotowoltaicznej w zakresie parametrów elektrycznych (wyprodukowana energia elektryczna), finansowych (przychody) i eksploatacyjnych (PBA, ilość pracujących falowników, itd.)

2. Komunikacja, konieczne urządzenia i prace inżynierskie

Opisany wcześniej system EKTIN PV stanowi niezależny produkt, dostępny na podstawie zapytania ofertowego i możliwy do zaimplementowania przy istniejącej farmie fotowoltaicznej. W przypadku projektowania nowego obiektu należy przewidzieć specjalistyczne urządzenia, które zapewnią ochronę przed skutkami niepożądanych zjawisk w sieci np. zwarciami i pozwolą na komunikację m.in. z Operatorem Systemu Dystrybucyjnego, PSE, inwestorem czy zarządcą.

O ile decyzja, czy posiadać system sterowania i nadzoru należy do inwestora lub profesjonalnego zarządcy farmami PV, o tyle konieczność zabezpieczenia i zapewnienia odpowiedniej komunikacji farmy PV z pozostałymi obiektami wynika z wymagań określonych albo warunkami przyłączenia farmy do sieci operatora, albo odpowiednimi przepisami wychodzącymi bezpośrednio z prawodawstwa europejskiego.

Wymogi europejskie określone zostały w dokumencie Network Codes Requirements for Generation (NCRfG). Na jego podstawie Operatorzy Systemu Dystrybucyjnego tworzą własne regulacje będące aktami obowiązującymi, na podstawie których muszą być spełnione wymagania techniczne stawiane jednostkom wytwórczym przyłączonym do sieci OSD. W przypadku modułów wytwarzania energii z grup C (10-75 MW) i D (powyżej 10 MW) pojawi się konieczność prowadzenia komunikacji farmy poprzez system sterowania, z systemami typu SCADA należącymi do Operatora Systemu Przesyłowego – Polskich Sieci Elektroenergetycznych. System sterowania farmą EKTIN PV zapewnia taką możliwość, w pełnej zgodności z wymogami technicznym i procedurami określonymi przez operatorów systemu dystrybucyjnego i przesyłowego. Zespół wsparcia technicznego producenta wspomaga inwestora w procedurach uzyskania pozwoleń EON/ION.

Grupa Apator oferuje rozwiązanie oparte na urządzeniach: zabezpieczeniu BELplus OZE i sterowniku BRG 3, które spełniają wymogi przepisów i pomagają inwestorom w dostosowaniu projektu do wymogów IRiESD i obowiązujących „Warunków Przyłączenia”. Zabezpieczenie BELplus OZE wraz ze sterownikiem BRG3 zapewniają wymagany poziom bezpieczeństwa cybernetycznego. Sterownik umożliwia szyfrowanie oraz uwierzytelnianie połączenia z systemem nadrzędnym. Możliwe jest także stosowanie tunelowania IPSec VPN w celu zabezpieczenia połączenia z obiektem.

3. Wymogi OSD – konieczność regulacji mocy czynnej i biernej

Jednym z istotnych wymogów, na który zwraca się uwagę w dobie dynamicznego wzrostu mocy zainstalowanej i pochodzącej ze źródeł fotowoltaicznych, jest wymóg sterowania mocą czynną i bierną generowaną przez farmę. Praca farmy fotowoltaicznej jako niestabilnego źródła energii elektrycznej podlega sterowaniu, które można załączyć, wyłączyć lub ustalić jego punkt pracy w zakresie generacji mocy. Taka możliwość jest wykorzystywana przez OSD w tych momentach pracy systemu elektroenergetycznego, w których zagrożona jest jego stabilność, w zakresie napięcia lub częstotliwości. Zdarza się, że farma zostaje odłączona od sieci.

Zaspokojenie potrzeby sterowania mocą jest realizowane przy pomocy sterownika BRG3, który pracuje jako:

REKLAMA

• koncentrator danych – zbierający informacje pochodzące z dataloggerów, falowników, analizatorów parametrów sieci, zabezpieczeń, liczników energii elektrycznej, stacji pogodowych, kamer telewizji przemysłowej, itd.,
• urządzenie komunikacyjne – do komunikacji z OSD, centrum dyspozytorskim inwestora lub stanowiskiem lokalnym,
• power plant controller – współpracujący z zabezpieczeniem BELplus OZE lub innym, realizujący sterowanie mocą czynną, bierną lub cos φ wg parametrów zadanych przez OSD.

Sterownik BRG 3 pomaga przywrócić stabilność pracy systemu i odpowiada na potrzeby OSD. Wymaganie ograniczenia produkcji mocy czynnej stoi jednak w sprzeczności do interesu inwestora, który nie może wywiązywać się ze zobowiązań wynikających z umowy dostarczenia wymaganej ilości energii elektrycznej. Rozwiązaniem jest funkcjonalność sytemu sterowania i nadzoru EKTIN PV – lista alarmowa lub dziennik zdarzeń, który odnotowuje pojawienie się sygnału ograniczenia produkcji, a także sygnału powrotu do produkcji bez ograniczeń. Śledzenie podobnych zdarzeń pozwala na wywiązywanie się ze zobowiązań wobec odbiorcy energii elektrycznej przez wskazanie okresów, w których ograniczenie produkcji energii nie jest spowodowane przez wytwórcę.

4. Kompletne rozwiązanie

W zdecydowanej większości przypadków wsparcie producenta przy włączeniu farmy fotowoltaicznej do systemu elektroenergetycznego nie jest konieczne, jednak zdarza się, że istnieje taka potrzeba. Grupa Apator dostarcza niezbędne elementy automatyki, świadczy doradztwo w zakresie właściwej instalacji urządzeń, ich parametryzacji oraz uruchomienia. Rozszerzenie instalacji o system sterowania i nadzoru jest możliwe w fazie eksploatacji.

Rozwiązanie może być uzupełnione o:

• trójfazowy licznik energii elektrycznej smartESOX pro przeznaczony do pracy w instalacjach fotowoltaicznych o większej mocy, które mogą pracować w sieci elektroenergetycznej zapewniając rozliczenie metodą net meteringu. Licznik równie dobrze sprawdza się w instalacjach autonomicznych lub wyspowych,
• rozłącznik bezpiecznikowy listwowy smartARS pro-PV zaprojektowany do stosowania w rozwiązaniach fotowoltaicznych. Panele słoneczne i nowa generacja inwerterów dzięki wykorzystaniu smartARS pro-PV mogą być bezpiecznie montowane w instalacjach o napięciu 800 V AC.

Rys 2. Infografika obrazuje elementy instalacji farmy fotowoltaicznej wraz z powiązaniami elektrycznymi z siecią dystrybucyjną oraz ścieżki komunikacji, które są konieczne do właściwej i wymaganej wymiany danych oraz realizacji sterowań. 1 – łączność z systemami nadrzędnymi (z wykorzystaniem protokołów DNP3, IEC 60870-5-104 ); 2 – łączność pomiędzy urządzeniami inteligentnymi (DNP3, Modbus, IEC60870-5, DLMS i inne); 3 -kanał łączności szeregowej (Modbus, Sunspec).

5. Bezpieczeństwo danych

Wdrożony w systemie EKTIN PV system uprawnień oparty na grupach użytkowników, zapewnia:

• uprawnienia do sterowania i zmiany stanami elementów instalacji,
• podgląd instalacji bez możliwości wpływu na parametry pracy,
• wykonywanie raportów i zestawień,
• podział nadzorowanych obiektów na obszary i dostęp tylko do nadzorowanego obszaru lub wybranych obiektów,
• alarmy podzielone na grupy alarmowe i powiadomienia o wystąpieniu alarmu uprawnionych użytkowników.

Zabezpieczenie komunikacji z obiektem między innymi poprzez szyfrowanie połączenia, uwierzytelnianie stron połączenia i stosowanie tuneli IPSec VPN.

Podobne jest w przypadku sterownika komunikacyjnego BRG3, który jest dostosowany do standardów bezpieczeństwa informatycznego stawianych najnowocześniejszym systemom IT wspierających metody zabezpieczenia połączeń i szyfrowania danych.

Bezpieczeństwo cybernetyczne instalacji naszych klientów stanowi dla nas wysoki priorytet, dlatego dostarczamy rozwiązania zapewniające wysoki komfort pracy w tym zakresie. 

Zachęcamy do kontaktu:

Tomasz Dąbrowski

Menedżer Rozwoju Biznesu

Apator Elkomtech SA

tel. +48 607 456 068

e-mail: tomasz.dabrowski@apator.com

artykuł sponsorowany