Публикации

Авторы: Потапенко А.М., Мельников В.Д.

Системы накопления энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий

 

Интенсивное развитие технологий преобразование энергии в последние десятилетия, а также снижение стоимости аккумуляторных батарей привело к созданию новых систем накопления энергии (СНЭ). Предлагаемые решения обладают такой мощностью, энергоемкостью, КПД и быстродействием, которые уже сейчас могут обеспечить их эффективное применение как на объектах электросетевого комплекса, так и в системах электроснабжения предприятий.

В настоящее время за рубежом СНЭ уже активно применяются, имея множества преимуществ и для конечных потребителей электроэнергии, и для всего электросетевого комплекса.  По прогнозам экспертов, к 2025 году суммарная установленная мощность накопителей (исключая ГАЭС) в мире составит 6 ГВт.

В 2017 году Министерством энергетики РФ была утверждена Концепция развития рынка систем хранения электроэнергии в Российской Федерации. Кроме того, конкретные этапы реализации пилотных проектов с применением систем накопления энергии в России обозначены в дорожной карте EnergyNetв составе долгосрочной комплексной программе Национальной технологической инициативы.

Система накопления энергии предназначена для накопления, хранения и отдачи электроэнергии в сеть или нагрузку с целью поддержания функционирования энергосистемы с обеспечением требуемого качества электроэнергии и реализации необходимых режимов.

Структура системы накопления энергии и её основные подсистемы представлены на Рисунке 1.

Рисунок 1 – Структура системы накопления энергии и её основные подсистемы

Подсистемы СНЭ:
• Подсистема управления. Предназначена для обеспечения требуемых алгоритмов работы, обеспечения человеко-машинного интерфейса, мониторинга и связи с АСУ ТП верхнего уровня (АСУ ТП объекта).
• Подсистема преобразования. По команде системы управления осуществляет двунаправленное преобразование энергии из звена постоянного тока (накопителя) в звено переменного тока и обратно. Основной элемент подсистемы – двунаправленный инвертор.
• Подсистема хранения энергии. Комплектуется аккумуляторными батареями и/или батареями суперконденсаторов. Управление процессом заряда и мониторинг состояния элементов осуществляется системой управления BMS (battery management system).
• Подсистема распределения. Имеет в составе коммутационные аппараты, согласующие трансформаторы, аппараты релейной защиты.

Принципиальным отличием СНЭ от традиционных источников бесперебойного питания является то, что система накопления подключается не последовательно между сетью и нагрузкой, а параллельно с сетью. Это позволяет, помимо функции обеспечения бесперебойного питания, реализовать еще ряд полезных функций. СНЭ, по сути, обладает двумя ключевыми возможностями: потребление электроэнергии от генератора (или сети) и возврат электроэнергии в нагрузку или сеть. Современные алгоритмы управления потоками мощности в преобразователе напряжения позволяют широко раскрыть указанные возможности, применяя их для решения большого списка задач, часть из которых представлена ниже.

Рисунок 2 – Внешний вид системы накопления энергии в шкафном исполнении (выставочный образец)

Повышение эффективности собственной генерации и компенсация резкопеременной нагрузки
Работа некоторых предприятий обусловлена неравномерностью технологического процесса, что обуславливает возникновение резких набросов и/или сбросов нагрузки. При питании от централизованной сети это приводит к переплатам за установленную мощность, а при наличии собственной генерации – к необходимости завышать количество и мощность генераторных установок, следствием чего является большие капитальные затраты и перерасход топлива. Применение систем накопления энергии позволяет использовать генераторы меньшей установленной мощности. При этом значительно снижается расход топлива (более, чем в два раза), увеличивается межсервисный интервал за счет сокращения времени работы генераторов (отключение при низкой нагрузке) и его оптимальной загрузке.

Повышение качества электроэнергии
Включение и отключение мощных электроприемников приводит к снижению напряжения сети электроснабжения, а в некоторых случаях и частоты. Снижается качество электроэнергии и, как следствие, стабильность работы чувствительного оборудования (вплоть до отключения ответственных электроприемников). СНЭ способна компенсировать все пусковые процессы, обеспечивая стабильное качество электроэнергии.

«Горячий» резерв
Разница между вырабатываемой энергией и текущей нагрузкой покрывается за счет «горячего» резерва, который СНЭ может обеспечить практически мгновенно (быстродействие – не более 5 мсек). Таким образом, обеспечивается надежное энергоснабжение, снижаются издержки на поддержание резерва традиционными способами.

Снижение стоимости технологического присоединения
График нагрузки предприятий зачастую характеризуется достаточной неравномерностью. При этом время потребления максимальной мощности, которая и является установленной мощностью технологического присоединения, составляет от одного до трех часов в день. СНЭ, накапливая энергию в ночное время (при низком трафике), способна выдавать ее при повышении мощности нагрузки заданной установки, позволяя значительно снизить установленную мощность технологического присоединения.

Компенсация реактивной мощности и функции активного фильтра
СНЭ способна компенсировать реактивную мощность в пределах полной мощности установки, а также гармонические составляющие тока и напряжения (функция активного фильтра). Это позволяет повысить качество электроэнергии, снизить потери и увеличить срок службы оборудования. 

СНЭ в активно-адаптивных системах (smart grid) и ВИЭ
Эффективность возобновляемых источников энергии (в основном солнечных панелей и ветряных установок), а также источников бестопливной распределенной генерации (утилизационных тепловых установок) с каждым годом растет, при этом стоимость таких решений снижается, открывая новые возможности для их применения. При своей экономической эффективности такие установки характеризуются неравномерным графиком генерации мощности, что значительно усложняет их применение. Решение с использованием системы накопления в качестве буфера позволяет полностью использовать потенциал генерации, снижая срок окупаемости, а также значительно повышая эффективность и стабильность работы всей системы электроснабжения.

Системы накопления энергии являются эффективным устройством повышения экономичности, надежности и качества электроэнергии.

Технологическая инжиниринговая компания «Системы накопления энергии» осуществляет полный комплекс работ под ключ: обследование энергообъекта, моделирование системы электроснабжения, выбор оптимального решения по созданию установки СНЭ, производство, пусконаладка и сервисное обслуживание. Запуск серийного производства установок запланирован на начало 2018 года, в течение которого планируется масштабное внедрение установок на промышленных предприятиях, в том числе на объектах электросетевого комплекса (сетевые накопители энергии большой мощности).

ТИК ООО «Системы накопления энергии»

630007, Новосибирск, ул. Серебренниковская, д.14/1
тел.: 8-800-707-66-50, www.estorsys.ru