Сетевые накопители: новое в управлении энергосистемой

В процессе развития электроэнергетических систем (ЭЭС) всё острее встают вопросы управления электроэнергетическим режимом и обеспечения бесперебойного энергоснабжения потребителей. Повысить эффективность управления ЭЭС и сыграть существенную роль в реализации концепции Smart Grid призваны сетевые накопители энергии (СНЭ).

Сетевые накопители: новое в управлении энергосистемой

Есть проблема

Как известно, передача электроэнергии от генератора к потребителям в электроэнергетической системе (ЭЭС) происходит мгновенно и непрерывно, без возможности её накапливания в значительных (соизмеримых с выработкой) количествах.

Потребление электроэнергии в течение суток происходит неравномерно (в соответствии с суточными графиками нагрузки), поэтому возникает необходимость постоянно регулировать выдачу электроэнергии в сеть, поддерживая в любой момент времени баланс между вырабатываемой и потребляемой активной мощностью. От соблюдения баланса зависит частота электрического тока – одного из показателей качества электрической энергии и важнейшего параметра режима энергосистемы. Согласно государственному стандарту, частота должна находиться в пределах 50 ± 0,2 Гц не менее 95% времени суток, не выходя за предельно допустимые 50 ± 0,4 Гц.

Обычно баланс мощности в системе поддерживается путём изменения выдачи мощности в сеть генераторами электростанций. Такой режим управления ЭЭС не только заметно увеличивает скорость износа генерирующего оборудования, но приводит к дополнительному расходу топлива. Особенно заметен перерасход топлива, когда к регулированию переменной части графика нагрузки привлекаются крупные блоки электростанций. Кроме того, не всегда существует технологическая возможность быстрого пуска/остановки генерирующего объекта. К тому же при аварийных ситуациях, когда резервов мощности на электростанциях недостаточно, для восстановления допустимого уровня частоты применяют ограничения нагрузки потребителей. Это в свою очередь может привести к значительному ущербу, связанному с перерывом энергоснабжения потребителей.

Есть решение

В качестве технического решения проблемы управления ЭЭС может быть предложено создание и применение мощных систем накопления электрической энергии – сетевых накопителей энергии (СНЭ), которые предназначались бы для участия в покрытии пиковых и полупиковых участков суточных графиков нагрузки энергосистемы. Это позволит оптимизировать режимы ЭЭС, снизить расход топлива, значительно повысив энергоэффективность процессов производства и передачи электроэнергии и, в конечном счете, повысить экономическую эффективность управления энергосистемой.

Большой интерес представляют собой широко обсуждаемые в настоящее время в научной среде вопросы о роли и месте систем накопления электроэнергии в интеллектуальной электроэнергетической системе с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС), более известной по зарубежным публикациям как Smart Grid. Согласно одному из тезисов концепции Smart Grid электрическая сеть из пассивного устройства транспорта и распределения электроэнергии превращается в активный элемент, параметры и характеристики которого изменяются в реальном времени в зависимости от режимов работы энергосистемы. По мнению идеологов концепции Smart Grid, энергетическая система, построенная по принципу Smart Grid, должна упростить взаимодействие объектов традиционной и распределённой генерации с имеющими стохастические (случайные) графики выработки электроэнергии возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) и накопителями электроэнергии посредством создания стандартизованной связи «сеть – генерация».

В такой системе применение накопителей электроэнергии целесообразно как в качестве СНЭ, которые работают одновременно с сетью, добавляя или забирая часть нагрузки, так и в качестве традиционных источников бесперебойного питания (ИБП), которые работают только тогда, когда по каким-то причинам отключилось внешнее электропитание.

Эволюция аккумуляторных батарей

В качестве накопителей энергии в энергосистемах с конца прошлого столетия и до настоящего времени широко используются известные и давно применяемые в быту аккумуляторные батареи с различными типами электролитов, на основе которых формируют мощные системы накопления – аккумуляторные батареи большой энергоёмкости (АББЭ). Больше половины эксплуатируемых аккумуляторов – кислотно-свинцовые, главным их недостатком является относительно небольшой срок службы – до десяти лет.

В настоящее время проявляется повышенный интерес к литий-ионным накопителям, постоянно ведётся работа по их усовершенствованию. Они обладают высокой энергоёмкостью, глубокими циклами заряда-разряда (70–80%), низким током саморазряда, отсутствием эффекта памяти, то есть лишены недостатков, присущих накопителям энергии на основе серно-натриевых аккумулирующих установок. Тем не менее у литий-ионных аккумуляторов есть и свои недостатки: высокая удельная стоимость, недостаточный ресурс работы (небольшое количество циклов заряда-разряда), существенное уменьшение ресурса при работе в пиковых режимах при заряде и разряде, наличие специальных требований к глубине разряда.

Сегодня сетевые накопители на основе литий-ионных аккумуляторов работают в режимах опытной эксплуатации, и их свойства недостаточно изучены. Специалисты продолжают их совершенствовать.

Альтернативный подход

Промышленное производство широкого класса сверхпроводников дало возможность развернуть работы по созданию макетных и опытно-промышленных образцов силового оборудования для энергосистем на основе использования как высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП, азотный уровень), так и традиционных низкотемпературных (гелиевый уровень) сверхпроводящих материалов (НТСП). Из разработанных сверхпроводниковых устройств (СП) для электроэнергетических систем весьма перспективными представляются сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии (СПИНЭ). Они могут находить применение в электроэнергетике как одно из эффективных средств повышения режимной надёжности и устойчивости электроэнергетических систем. При этом выделяются такие свойства индуктивных накопителей, как быстродействие, высокий КПД, возможность полной автоматизации ввода и вывода энергии, большая удельная энергоёмкость, регулирование активной и реактивной мощности. Основные отличительные особенности СПИНЭ состоят в высокой удельной мощности при достаточно низкой плотности энергии, очень быстром времени реагирования (заряда-разряда), неограниченном числе циклов заряда-разряда, отсутствии движущихся частей, малой трудоёмкости работ по техобслуживанию, возможности быстрой перезарядки, высокой эффективности передачи энергии (КПД > 95%). Одним из ведущих научных центров по разработке СПИНЭ в России является ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС».

Очевидно, что включение в электроэнергетическую систему мощных, имеющих лучшие технические и экономические характеристики сетевых накопителей электрической энергии для частичного или полного разделения во времени процессов выработки и потребления энергии является весьма важной комплексной научно-практической задачей, направленной на повышение энергоэффективности процессов производства, передачи и распределения электрической энергии. Именно поэтому с 2013 года ООО «Центр энергоэффективности Интер РАО ЕЭС» совместно с профильными научными институтами и инжиниринговыми компаниями активно участвует в работе по совершенствованию систем накопления электрической энергии и улучшению технических характеристик сетевых накопителей.

Крупнейшим в Европе накопителем на основе кислотно-свинцовых батарей, использовавшимся с 1987 по 1992 год для регулирования частоты в островной энергосистеме и как мгновенный резерв мощности, является установка в энергокомпании BEWAG в Западном Берлине. Мощность двухмодульной аккумулирующей системы – 17 МВт (2 х 8,5 МВт), запасаемая энергия – 14,4 МВт∙ч, время работы – 20 мин.


Автор: Владимир Николаев

12 мая 2014 в 14:00

инновации, альтернативные источники энергии, Интер РАО, электроэнергия стоимость, электроэнергетика, возобновляемые источники энергии, источники энергии, Россия промышленность, альтернативная энергия, электрические сети

Другие пользователи читают

Уценённый ДПМ от старения

Впервые озвученный лишь неделю назад вариант модернизации российской энергетики молниеносно превратился в фактически...

Вчера в 20:42
Мусорный компромисс

Власти практически определились с механизмом дальнейшего финансирования программы строительства мусоросжигательных заводов...

05 октября 2017 в 21:07
Антисанкционный манёвр во благо «Россетей»

Правительство России консолидирует электросетевой комплекс Крыма на базе создаваемого АО «Крымэнерго» и готово отдать в ...

22 сентября 2017 в 17:33
ДПМ без ручки

Основные игроки рынка альтернативной генерации, в том числе «Роснано», ратуют за сохранение механизма господдержки в её ...

10 октября 2017 в 20:45