Съхранение на енергия във фермата

Възобновяемата енергия вече не е просто допълнение, а ключов ресурс за модерните ферми, а батерийните системи за съхранение правят пълноценното ѝ използване възможно. Те осигуряват непрекъсваемо захранване за критични процеси като напояване, охлаждане и хранене на животни, дори при отпадане на мрежата, и позволяват съхранение на излишната енергия от фотоволтаици за нощна или пикова консумация. Така фермерите намаляват разходите си за електроенергия, повишават енергийната си независимост и работят по-устойчиво, без компромис с продуктивността. Интелигентното управление гарантира оптимална ефективност и сигурност, превръщайки тези системи в стратегическа инвестиция за всяко стопанство.

Текст: списание АгроБио Техника

В условията на преход към по-чиста и устойчива енергийна система ролята на възобновяемите енергийни източници в селското стопанство нараства значително. В този контекст батерийните системите за съхранение на електрическа енергия (BESS) се утвърждават като ключов елемент за ефективно управление на излишната енергия, най-често произведена от фотоволтаични инсталации, и за осигуряване на надеждно и непрекъсваемо електрозахранване. Способността им да акумулират енергия и да я отдават при необходимост позволява на земеделските стопанства да намалят зависимостта си от електроразпределителната мрежа и да избегнат неблагоприятните ценови пикове. Системите BESS подпомагат устойчивото управление на ресурсите, като позволяват използването на възобновяеми източници при оптимални условия, например максимално слънцегреене през деня, и съхраняват произведената енергия за нощните часове или за периоди с намалена генерация. Това води до значително редуциране на въглеродния отпечатък и повишаване на енергийната независимост на фермерските обекти.

Допълнителен принос на BESS е стабилизирането на локалните мрежи, особено в отдалечени и слабо електрифицирани райони. Те осигуряват резерв при внезапни смущения, предотвратявайки прекъсване на критични процеси като напояване, охлаждане и съхранение на продукцията или автоматизирано управление в животновъдни стопанства. По този начин се повишава устойчивостта на фермите към климатични и инфраструктурни предизвикателства. Съчетаването на BESS с интелигентно управление допълнително увеличава ефективността на системата. Според проучвания в млекопроизводителни ферми, прилагането на алгоритми за машинно обучение, като Q-learning, позволява оптимизация на графика за зареждане и разреждане на батериите, което води до намаляване на потреблението на енергия от мрежата с до 13%, а при интеграция на допълнителни възобновяеми източници – до близо 25%.

Какво представлява BESS системата за съхранение на енергия?

Батерийната система за съхранение на енергия е интегрирано решение, предназначено за акумулиране на излишната електрическа енергия и действа като буфер между колебливата продукция на възобновяемите източници и постоянните нужди на потреблението. Системата се състои от няколко взаимносвързани подсистеми, които работят синхронизирано за оптимална ефективност. Батерийните модули, обикновено базирани на литиевойонна технология, осигуряват капацитета за съхранение на енергия. Тяхната работа се управлява от BMS система за управление на батерията, която следи ключови параметри като състояние на зареждане, състояние на здравето на клетките, напрежение, ток и температура. BMS осигурява балансиране между отделните клетки и адаптира поведението на батерията към текущите експлоатационни условия.

От друга страна системата за преобразуване на енергия (PCS) изпълнява ролята на преобразувател между постоянен и променлив ток, като позволява едновременно зареждане на батериите и отдаване на енергия към електрическата мрежа или директно към потреблението. Управлението и координацията на целия процес се извършват от система за енергиен мениджмънт, която изпълнява предварително дефинирани сценарии за работа, такива като намаляване на пиковите товари, оптимизация на собственото потребление или пълна автономна работа.

В оперативно отношение BESS позволява изключително бърза реакция, като може да преминава от режим на готовност към пълна мощност за време по-малко от 10 милисекунди, време, което може да се окаже критично за някои инсталации във фермата. Продължителността на отдаване на номиналната мощност обикновено е между един и четири часа, като съществуват решения и за по-дълъг период на съхранение в зависимост от използваната батерийна технология. Най-разпространени са литиевойонните батерии, които предлагат висока енергийна плътност, дълъг цикличен живот и добра ефективност при зареждане и разреждане. Оловно-киселинните батерии, въпреки по-ниската енергийна плътност, се използват в приложения с по-ниски изисквания към капацитета и разходите. За дълготрайно съхранение все по-често се разработват и внедряват батерии, при които енергията се съхранява в течни електролити, позволяващи гъвкаво оразмеряване на капацитета и продължително време на разряд. Разработват се и твърдотелни батерии, които обещават по-висока безопасност и по-голяма енергийна плътност.

Място на батерийните технологии във фермата

Различните видове земеделски стопанства имат специфични енергийни нужди, които могат да бъдат ефективно подкрепени чрез внедряване на батерийни системи за съхранение на енергия. В растениевъдните стопанства, независимо от мащаба им, голям дял от електропотреблението е свързан с работата на напоителни системи, изискващи стабилно и надеждно захранване. Лозя и овощни градини също имат значителни енергийни нужди, свързани с напояване. Чрез BESS излишната енергия, произведена от възобновяеми източници през деня, може да бъде акумулирана и използвана в периоди на интензивно напояване, което намалява зависимостта от мрежата и оптимизира общото енергопотребление. Технически погледнато, подобно решение включва интегриране на BESS с енергиен мениджмънт, който управлява зареждането и разреждането според графика на напояване и прогнозите за слънчевата генерация. Батериите, обикновено литиевойонни, се оразмеряват спрямо капацитета и мощността на помпените агрегати. Например, система с капацитет между 200 и 500kWh и номинална мощност между 50 и 150kW може да покрие работата на няколко подемни помпи в рамките на няколко часа.

В много селскостопански обекти, особено в секторите на плодове, зеленчуци, месо и млечни продукти, хладилните и замразителните системи са критична инфраструктура. Те трябва да поддържат постоянна температура и влажност, за да се гарантира качеството и безопасността на продукцията. Всяко прекъсване на захранването, дори за кратък период, може да доведе до сериозни загуби и нарушаване на веригата на доставки. От техническа гледна точка, подобно решение обикновено включва батерии с по-голям капацитет от 300 до над 1MWh, комбинирани с двупосочни инвертори с мощност, съобразена с пиковата консумация на хладилните компресори и вентилаторите. Това решение не само защитава продукцията от загуби, но и намалява оперативните разходи чрез оптимизация на потреблението, увеличава ефективността на възобновяемите източници и повишава енергийната независимост на стопанството.

В животновъдните стопанства, като млекопроизводителни и птицевъдни ферми, електричеството е критично за функционирането на автоматизирани системи за хранене, осветление и климатичен контрол. Прекъсване на захранването може да доведе до стрес за животните, загуба на продукция и допълнителни разходи. BESS може да осигурява резервно захранване при отпадане на мрежата и да поддържа оптималните условия за животните, като същевременно позволява интеграция с фотоволтаични или вятърни източници за намаляване на въглеродния отпечатък.

В технически аспект внедряването на BESS в животновъдни ферми изисква оразмеряване на капацитета според сумарната консумация на критичното оборудване, като автоматизирани хранилки, доилни агрегати, осветителни системи и вентилационни или отоплителни инсталации. При средна консумация в диапазона 20 - 80kW, типичното решение може да включва литиево-железофосфатни батерии с капацитет между 200 и 800kWh, комбинирани с инвертори, способни да поддържат пусковите токове на двигатели и компресори. Системата за енергиен мениджмънт управлява разпределението на енергията, като приоритетно захранва жизненоважните системи при ограничени ресурси и синхронизира зареждането на батерията с периодите на висока генерация от възобновяеми източници. Допълнително, интегрирането на функции за автоматично превключване позволява преход от мрежово към батерийно захранване в рамките на милисекунди, предотвратявайки прекъсвания, които биха повлияли негативно на здравето и продуктивността на животните.

Биологично ориентирани и вертикални ферми

Фермите, ориентирани към биологично и устойчиво производство, често работят с по-голям дял собствени възобновяеми източници и имат интерес от максимално ефективното им използване. Интегрирането на BESS им позволява да съхраняват енергия в пикови моменти на производство и да я използват при повишено потребление, като така намаляват загубите и работят в съответствие със своите екологични принципи.

Набиращите популярност вертикални ферми, известни с интензивните си и пространствено ефективни методи за отглеждане на култури, са особено енергийно зависими поради необходимостта от постоянен климатичен контрол и изкуствено осветление. Чрез BESS тези обекти могат да оптимизират своето енергопотребление, да намалят зависимостта от мрежата и да постигнат по-ниски оперативни разходи, като същевременно запазят устойчивостта на производствения процес.