Лекции. Лекции НЭЭ 27.09.2021. Конспект лекций для специальности 5В071800 Электроэнергетика Алматы 2021 алматинский университет энергетики и
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
Лекция 15 Линейные накопители электрической энергии - Накопители энергии в электрических системах Рассмотренные выше НЭ подключаются к энергосистеме по шунтовой схеме замещения. Линейные накопители электрической энергии (ЛНЭЭ) подключаются последовательно. Линейные накопители электрической энергии совмещают функции накопления энергии с ее передачей. Они представляют собой криогенный или криопроводящий коаксиальный кабель постоянного тока с повышенными инерционными свойствами: у него увеличены индуктивность и емкость. Токоведущий слой на кабеле ЛНЭЭ выполняется из материала повышенной емкости в виде спирали, таким образом кабель превращается в длинный соленоид, индуктивность которого повышается в 100— 1000 раз. Однако, пока по нему протекает постоянный по значению ток, эта индуктивность не проявляется. При любом изменении протекающего тока соленоид играет роль демпфера, мешая этому изменению. В силу того что ЛНЭЭ является длинным соленоидом (внешние поля у него отсутствуют), не так остро стоит вопрос о надежности соединений, так как в нем их значительно меньше, чем в обычном ЕН. В силу своих конструктивных свойств ЛНЭЭ является таким же многофункциональным устройством, как и обычный шунтовой НЭЭ, но одновременно он позволяет передавать энергию на расстояние, что значительно улучшает его технико- экономические показатели. Управление таким накопителем производится на преобразовательных подстанциях, установленных на концах ЛНЭЭ (его принципиальная схема дана на рис. 2.7, б). Линейные накопители электрической энергии — перспективный тип НЭ, пригодный для комплексного использования в ЭЭС. Особенно перспективным может оказаться применение ЛНЭЭ в накопительных комплексах совместно с ГАЭС, где он будет одновременно выполнять функции электропередачи, связывающей ГАЭС с ЭЭС. Характеристики различных типов накопителей энергии приведены в табл. 2.7. Сравнение типов накопителей энергии - Накопители энергии в электрических системах Накопители энергии можно разделить на группы по трем основным характеристикам: номинальной энергоемкости или мощности, быстродействию, требованиям к месту установки. Эти характеристики в основном будут определять возможности использования НЭ в энергосистемах. Данные табл. 15.1 показывают, что НЭ разделяются на две группы: 1) маневренные с малым значением времени реверса (до 1 с), но рассчитанные на небольшую (до 109 Дж) энергоемкость (химические, инерционные); 2) не обладающие большим быстродействием, но рассчитанные на энергоемкость до 1014 Дж (ГАЭС и тепловые НЭ). 5 8 Таблица 15.1 Накопители электрической энергии обладают самым большим диапазоном энергоемкости и высоким быстродействием. Следовательно, они могут использоваться как для выравнивания графиков нагрузки, так и для повышения устойчивости и надежности ЭЭС, Накопители электрической энергии — единственный тип накопителей, аккумулирующих непосредственно электрическую энергию, поэтому обладают самым высоким КПД. Они инвариантны к месту установки, могут быть расположены в центрах нагрузки и непосредственно у потребителя. Накопители электрической энергии практически бесшумны в работе, 5 9 достаточно надежны, так как не имеют движущихся частей. Следовательно, их можно комплексно использовать в ЭЭС. Недостатки НЭЭ связаны в основном с использованием в качестве устройства управления тиристорных преобразователей, требующих дополнительной реактивной мощности и генерирующих высшие гармонические составляющие, которые искажают синусоидальность переменного тока. Несмотря на ряд недостатков, НЭЭ являются самыми перспективными типами НЭ для энергетики. Для уменьшения существующих недостатков НЭЭ (в первую очередь высокой стоимости) большой интерес представляют использование различных типов накопителей, создание накопительных комплексов, содержащих дешевые, но не маневренные НЭ (ГАЭС и тепловые НЭ), и высокоманевренные, более дорогие накопители (НЭЭ инерционные НЭ). Такие системы смогут решать большой комплекс задач, поставленных ЭЭС и будут достаточно дешевыми. Для скорейшего внедрения НЭЭ в большую энергетику необходимо проведение комплекса научно-исследовательских работ. Следует определить зарядно-разрядные характеристики накопителей при работе в энергосистеме, найти КПД; выявить оптимальные параметры блока преобразователь — накопитель; рассмотреть вопросы компенсации реактивной мощности; создать различные расчетные методики; провести испытания на макетах и динамической модели; выполнить технико- экономические исследования. Заключение - Накопители энергии в электрических системах Введение в ЭЭС накопителя энергии в качестве самостоятельной структурной единицы обусловлено объективными причинами, которые с той или иной степенью полноты рассмотрены в данной книге. Следует подчеркнуть, что на ближайшую перспективу нет альтернативы ЭЭС, содержащей мощные ТЭС и АЭС в сочетании с НЭ. К 2000 г. можно ожидать, что более 10% всей выработанной энергии, прежде чем попасть к потребителю, будет проходить через системы накопителей различных типов. Поэтому и возник вопрос, выясняемый авторами данной книги, относительно выбора типа НЭ и определения с учетом свойств системы допустимых границ изменения его параметров. К нему относятся задачи выявления функциональных свойств НЭ, определения системных требований к ним и установления связи между системными требованиями, параметрами НЭ и показателями технико- экономической эффективности функционирования их в ЭЭС. Узловыми вопросами проблемы, частично разрешенными в данном учебном пособии, являются: 1. Оценка на основе прогнозирования развития ЭЭС потребности в НЭ. 2. Создание системы критериев для оценки и выбора типов НЭ (системные требования). 3. Область применения НЭ: а) накопительные комплексы; б) НЭ во вставках постоянного тока; в) НЭ, обеспечивающие гарантированное питание потребителей. 6 0 4. Моделирование НЭ: а) физическое; б) математическое; в) экономико- математическое. 5. Оптимизация структуры генерирующих мощностей ЭЭС с учетом НЭ и потребителей-регуляторов. 6. Оптимизация параметров НЭ: а) в накопительных комплексах; б) во вставках постоянного тока; в) в источниках гарантированного питания. 7. Выбор места установки НЭ, тесно связанный с их эффективностью. 8. Оптимизация управления НЭ по минимумам расхода топлива и потерь энергии в сетях. 9. Управление электрическими накопителями в аварийных ситуациях с учетом действия автоматического регулятора возбуждения (АРВ), автоматического регулятора скорости (АРС), автоматической частотной разгрузки (АЧР). 10. Экономические аспекты применения НЭ в ЭЭС. В будущем существенное значение могут иметь НЭ типа компенсаторов мгновенной реактивной мощности, практически не требующие аккумулирующих элементов. Еще раз подчеркнем, что книга, конечно, не исчерпывает всей проблемы, по, как надеются авторы, достаточно убедительно показывает необходимость включения в ЭЭС установок, аккумулирующих энергию. Авторы попытались разработать системы критериев для выбора конкретного типа НЭ, сформулировали требования к ним со стороны ЭЭС и показали целесообразность применения функциональных накопительных комплексов, состоящих из НЭ разных типов. Создан комплекс физических, математических и экономических моделей, предназначенных для исследования эффективности работы НЭ в ЭЭС. В книге определены параметры НЭ, предназначенных для выравнивания нагрузки станций, повышения статической и динамической устойчивости ЭЭС. Разумеется, следует провести ряд работ для уточнения оптимальной соразмерности параметров устройств, входящих в многофункциональный накопительный комплекс, предназначенный для повышения эффективности работы ЭЭС. Экономические аспекты работы НЭ и критерии выбора места их установки будут меняться в зависимости от изменения конъюнктуры ЭЭС. Однако применение НЭ в любых случаях будет оправдано. Этому серьезному и большому разделу энергетики, которому до сих пор не уделялось достаточного внимания, принадлежит будущее. 6 1 Список литературных источников 1. Тугузова Т.Ф., Доклад на I Международном Конгрессе Energy Fresh 2009, Москва, 23-24 сентября 2009 г.; 2. Каменев Ю.Б. Оценка перспективности свинцово-кислотных аккумуляторов. Сборник научн. Трудов по свинцовым аккумуляторам ЗАО «Электротяга»., С.-Пб, Химиздат, 2005, с. 13-62; 3. Bottling Electricity: Storage as a Strategic Tool for Managing Variability and Capacity Concerns in the Modern Grid, EAC Report December 2008, см. также:http://www.oe.energy.gov/eac.htm.; 4. P.C. Butler et al. Journal of Power Sources 78 (1999) 176–181; 5. http://www.inverta.ru; 6. Хрусталёв Д. А. Аккумуляторы. М: Изумруд, 2003; 7. http://northernpower.com/wind-power-products/northern-power- arctic.php; 8. David Linden, Thomas B. Reddy (ed). Handbook Of Batteries 3rd Edition. McGraw-Hill, New York, 2002 ISBN 0-07-135978-8 chapter 35; 9. Rydh C.J., Sanden B.A. Energy Conversion and Mamagement 46 (2005) 1957-1979. 10. "How to rebuild a Li-Ion battery pack". Electronics-lab.com. http://www.electronics- lab.com/articles/Li_Ion_reconstruct/. Retrieved 8 October 2009; 11. The AES Corporation Summary of AltairNano Validation Testing, June 27, 2008, http://www.b2i.cc/Document/546/KEMA_Report.pdf; 12. А.Рыкованов, Системы баланса литий-ионных батарей// Силовая электроника, 1 (2009), С. 52-55; 13. http://www.ener1.com/?q=content/ener1-history; 14. http://www.msnbc.msn.com/id/29900981/; 15. Taku Oshima, Masaharu Kajita, Akiyasu Okuno "Development of Sodium- Sulfur Batteries" International Journal of Applied Ceramic Technology Volume 1, Pages 269- 276, 2004. doi:10.1111/j.1744-7402.2004.tb00179.; 16. http://agmetalminer.com/2009/05/18/ge-betting-sodium-sulfur-batteries- are-the-way- forward/; 17. Коровин Н.В. Топливные элементы. М., Химия, 1998.; 18. http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=14487; 19. Андреев В.М., Забродский А.Г., Когновицкий С.О., Интегрированная энергоустановка с накопителем энергии на основе водородного цикла, Международный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ №2 (46), 2007,99-105; 20. Malyshenko S. P., Gryaznov A. N., Filatov N. I.: «High-pressure H 2 /O 2 - steam generators and their possible applications», Int. Journ. Hydrogen Energy,V.29. P.589—596, 2004; 21. www.natureselectric.com; 22. Алюмоводородная энергетика. Под редакцией акад. РАН А.Е. 6 2 Шейндлина. М, ОИВТ РАН, 2007 г; 23. Европейский опыт утилизации сбросного энергопотенциала промышленных газов, http://www.cogeneration.com.ua/; 24. Тарасенко А.Б., Школьников Е.И., Водородный цикл и другие способы буферного аккумулирования электроэнергии для энергоустановок на солнечных батареях: сравнительный технико-экономический анализ, Тезисы докладов Второй Международной конференции «Технологии хранения водорода», г. Москва, 28-29 октября 2009 г., стр. 43-44. 25. В.Б.Аваков и др., Академия Энергетики, № 4 (24), август 2008, стр. 28- 33; 26. Petra de Boer, Jillis Raadshelders, Flow Batteries// KEMA Report, June 2007, http://www.leonardo-energy.org; 27. Ch. Fabjan, J. Garche, B. Harrer, L. Jorissen, C. Kolbeck, F.Philippi, G. Tomazic, F. Wagner, The vanadium redox-battery: an efficient storage unit for photovoltaic systems// Electrochimica Acta 47 (2001) 825–831; 28. www.gefc.com; 29. Maria Skyllas-Kazacos, An Historical Overview of the Vanadium Redox Flow Battery Development at the University of New South Wales, Australia., http://www.ceic.unsw.edu.au/centers/vrb/; 30. F. Rahman, M. Skyllas-Kazacos, Vanadium Redox Battery: Positive Half- Cell Electrolyte Studies, Journal of Power Sources (2008); 31. Vanadium Redox Flow Batteries: An In-Depth Analysis. EPRI, Palo Alto, CA: 2007. 1014836; 32. Martha Schreiber, Adam H. Whitehead, Martin Harrer, VANADIUM REDOX FLOW BATTERY IMPROVED TECHNOLOGY// ENVIETECH31.1. – 1.2.2008 Wien; 33. http://www.hydro.com.au/documents/Energy/King_Island_Renewable_En ergy_PK_2008 .pdf; 34. Ю.М.Вольфкович, Т.М.Сердюк, Электрохимическая энергетика, 2001, Т.1 №4., стр. 14-28; 35. К.К.Деньщиков, Оптимизация взаимодействия наноструктурированных углеродных материалов и электролитов на основе ионных жидкостей для повышения электроэнергетических характеристик суперконденсаторов, Труды Международного форума по нанотехнологиям, (Роснанофорум), Москва, 2008; 36. A. Burke, Ultracapacitor Technologies and Application in Hybrid and Electric Vechicles, Institute of Transportation Studies, University of California, Davis, 2009; 37. Перспективы выравнивания графиков электрических нагрузок энергосистем/Г. Я. Лялик, В. И. Урванцев. — Принципы и методические основы проектирования ЕЭС СССР//Сборник научных трудов. Энергосетьпроект, 1985. С. 59^—65. 38. Волькенау И. М., Зейлигер А .И., Хабачев Л. Д. Экономика формирования электроэнергетических систем. М., 1981. 6 3 39. Работа ТЭЦ в объединенных энергосистемах/Под общей редакцией В. П. Корытникова. М., 1976. 40. Астахов Ю. Н., Веников В. А., Тер-Газарян А. Г. Роль накопителей энергии в энергосистемах//Труды МЭИ, 1980. Вып. 486. 65—71. 41. Гулиа Н. В. Накопители энергии. М., 1980. 42. Кароль Л. А. Гидравлическое аккумулирование электрической энергии. М., 1975. 43. Фернандес Р. А. Новые принципы аккумулирования энергии и их применение в энергосистемах/В кн.: Энергетика мира. М., 1976. 44. Применение накопителей энергии для повышения эффективности электроснабжения/ Ю. Я. Астахов, А. Г. Тер-Газарян, Я. В. Мартынов, В. Б. Мохов// Труды МЭИ. М., 1985. |