Аккумунизация и хранение электрической энергии. Статья. Могут активно использоваться в моменты пиковых нагрузок
 Скачать 1.62 Mb.
|
|
Цели Целью данного пилотного проекта является исследование пригодности и максимальной оптимальности использования аккумуляторных батарей для хранения электроэнергии и поддержания баланса мощности в системе электроснабжения. Кроме того, также будут проводится исследования новых возможностей в области гибкости данных систем при накоплении и отдаче электроэнергии. Мощности данной электростанции будут предложены национальной энергокомпании Fingrid для поддержания постоянного баланса мощности в системе электроснабжения. Создать в России новую высокотехнологичную отрасль систем хранения электроэнергии для: Вывода российских компаний на лидирующие позиции мирового рынка систем хранения электроэнергии и их компонент Повышения системной эффективности электроэнергетики России и сдерживания роста цен на электроэнергию за счет применения систем хранения электроэнергии Повышения эффективности электроснабжения потребителей с высокими требованиями к доступности, надежности, мобильности и качеству электроэнергии за счет применения систем хранения электроэнергии Задачи Сбережение энергии всех видов – эта задача становится все актуальнее в современном мире. Энергосберегающие технологии признаны приоритетной задачей на уровне государственной внутренней политики во многих государствах и в России в частности. Энергосберегающие технологии разрабатываются на основе инновационных решений. Эти технологии также должны быть экологически безопасны и не менять хода жизни общества в целом и привычного склада дел каждого человека в отдельности Главной задачей энергетика принимать меры по выравниванию графика суммарной нагрузки потребителей. Так, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой период времени она потребляется. Если электроэнергия потребляется в моменты максимумов нагрузки, то и стоимость ее устанавливается выше. Это повышает заинтересованность потребителей в таких перестройках работы, которые бы способствовали уменьшению электрической нагрузки в моменты максимумов потребления в энергосистеме. В целом возможности выравнивания потребления электроэнергии невелики. Следовательно, электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций [6]. Сформировать и обеспечить развитие рынка и новой практики применения систем хранения электроэнергии в приоритетных для России сферах Сформировать промышленный потенциал в области систем хранения электроэнергии за счет создания новых производств, трансфера технологий и развития инжиниринговых компетенций Сформировать научно-технологический потенциал для обеспечения технологиями приоритетных сфер применения и формирования опережающего технологического задела в этой области Обеспечить устранение регуляторных барьеров применения систем хранения электроэнергии в России Виды технологий Классификация накопителей электрической энергии. НЭЭ позволяют преобразовывать электрическую энергию в другие виды энергии, пригодные для хранения в определенном промежутки времени, с дальнейшей возможностью обратного преобразованию в электрическую энергию. Исходя из вышесказанного, можно разделить все НЭЭ по виду энергии, в котором происходит хранение (см. рисунок 2).  Рис. 2 – Классификация накопителей электрической энергии Основные параметры исследуемых НЭЭ сведены в таблицы 1 и 2. I Накопители механической энергии Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) ГАЭС это технология НЭЭ с долгой историей. Первые ГАЭС появились в конце XIX века и к настоящему моменту являются НЭЭ с наибольшей энергетической емкостью. 99% запасаемой электрической энергии в мире приходится на ГАЭС. В состав ГАЭС входят комплекс генераторов и насосов, либо обратимые гидрогенераторы. В часы ночного минимума потребления электрической энергии ГАЭС использует дешевую электроэнергию для перекачки воды в верхний бьеф. В периоды утреннего и вечернего максимумов энергопотребления ГАЭС вырабатывает дорогую электрическую энергию, сбрасывая воду в нижний бьеф. Установленная мощность существующих ГАЭС варьируется от 1 до 3000МВт, при эффективности порядка 70-85% и эксплуатационном сроке службы до 40 лет. Технология аккумулирования энергии в виде сжатого воздуха (CAES) Аккумулирование энергии в виде сжатого воздуха осуществляется с помощью электрического компрессора, который под высоким давлением закачивает воздух в подземные полости естественного происхождения или специальные резервуары. Закачка происходит в ночное время, в часы с минимальным уровнем энергопотребления, а в часы максимума энергопотребления, накопленный сжатый воздух используют для работы турбогенератора. CAES технологии могут применятся как для хранения большого количества энергии (аналогично ГАЭС) при этом воздух закачивается в естественные хранилища, так и для локального использования, при этом воздух закачивается в искусственные резервуары. Основным барьером на пути применения технологии CAES является поиск подходящего географического расположения хранилища и более низкая эффективность по сравнению с ГАЭС. Развитием технологии CAES является AA-CAES, в которую интегрирован тепловой накопитель электрической энергии. Супермаховик (FES) Современная конструкция супермаховика обычно включает следующие компоненты: маховик, подшипники, электрический двигатель/генератор, вакуумная клеть. Накопления и высвобождения электрической энергии происходит за счет ускорения или замедления маховика. Количество запасенной энергии в супермаховике зависит от скорости вращения последнего. Все супермаховики можно условно разделить на 2 категории: низко (6000 об/мин.) и высоко (до 100000 об/мин.) скоростные. Супермаховики обладают высокой эффективностью, относительно высокой плотностью энергии. В 2011 фирма Beacon Power ввела в эксплуатацию накопительную систему на базе супермаховиков общей установленной мощностью 20МВт. Задачей данной установки является быстродействующее регулирование частоты сетевого напряжения. II Химические накопители электрической энергии Аккумуляторы Аккумуляторные батареи одна из самых широко используемых технологий НЭЭ как в промышленности, так и в быту. Принцип работы аккумуляторов основан на обратимости протекания химических реакций. Самыми распространенными типами серийно выпускаемых аккумуляторных батарей являются: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые. Свинцово-кислотные АКБ Реагентами в свинцовых аккумуляторах служат диоксид свинца (РЬ02) и свинец (РЬ), электролитом — раствор серной кислоты. По области применению свинцово-кислотные АКБ разделяют на следующие группы: стартерные (для пуска ДВС), стационарные (в качестве источников резервного питания), тяговые (электротранспорт) и портативные (питание инструментов, приборов). Литий-ионные АКБ В качестве отрицательного электрода используется углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активным материалом положительного электрода обычно служит оксид кобальта, в который обратимо внедряются ионы лития. Электролитом является раствор соли лития в неводном апротонном растворителе. Аккумуляторы имеют большую удельную энергию, высокий ресурс и способны работать при низких температурах. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, наклонную разрядную кривую и относительно большой саморазряд. Благодаря высокой удельной энергии их производство в последние годы резко возросло. Никель-кадмиевые АКБ Реагентами служат гидроксид никеля и кадмий, электролитом — раствор КОН, поэтому они также называются щелочными аккумуляторами. Основным преимуществом данного типа АКБ является высокий срок эксплуатации. Применяются для питания портативной аппаратуры. Топливные элементы Топливные элементы схожи по принципу действия с АКБ, но отличаются тем, что вещества участвующие в электрохимической реакции подаются из вне. Так в водородных топливных элементах происходит превращение химической энергии водорода в электрическую энергию в обход процесса горения. Топливные элементы обладают высоким КПД и могут наравне с АКБ использоваться для буферного накопления энергии от ВИЭ. [4] III Электрические накопители Традиционные конденсаторы Традиционные электролитические конденсаторы в простейшем случае представляют собой устройство для накопления энергии электрического поля, состоящее из двух электродов в форме пластин разделенные диэлектриком. Конденсаторы применяются для накопления малого количества электрической энергии и характеризуются высокой плотностью энергии и малым временем зарядки/разрядки. Суперконденсаторы Суперконденсаторы – это устройства, накопление электрической энергии в которых происходит благодаря заряду двойного электрического слоя. Этот слой образован поверхностью проводника и слоем прилежащих к нему ионов электролита. Двойной электрический слой можно рассматривать как конденсатор с двумя обкладками, емкость которого пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Благодаря тому, что расстояние между заряженной поверхностью проводника из которого изготавливаются электроды и слоем ионов очень мало (измеряется ангстремами), а величина поверхности проводника (например, активированного угля) достигает 1500…2000 м2/г, емкость угольного электрода массой 1 г может составлять 100…500 Ф. По основным параметрам суперконденсаторы занимают промежуточное положение между химическими источниками электрической энергии и обычными конденсаторами. Совместно с АКБ могут выступать в качестве гибридного накопителя электрической энергии, нивелирующего недостатки обоих элементов. [5] Сверхпроводниковый магнитный аккумулятор (SMES) Данный тип НЭЭ сохраняет энергию магнитного поля, созданную током, проходящим по соленоиду из сверхпроводящего материала, охлажденного до температуры ниже критической температуры сверхпроводимости. SMES является высокоэффективным НЭЭ с КПД более 95% и обладает малой задержкой времени между процессами зарядки и разрядки. В настоящий момент SMES накопители применяются в основном для управления качеством электрической энергии. [6] Таблица 1 – Основные параметры НЭЭ  Таблица 2 – Дополнительные параметры НЭЭ  Системахраненияэлектроэнергии–электроэнергетическаясистема,выполняющая функциюмногократнойобратимойаккумуляцииэлектрическойэнергиииспособная выступатькакпотребителем(врежимезаряда ),такиисточником(врежимеразряда ) электрическойэнергии |