Разработка гибридного накопителя энергии мощностью 8.5 МВт энергоемкостью 2 МВт*ч

Название разработка гибридного накопителя энергии мощностью 8.5 МВт энергоемкостью 2 МВт*ч включающий в себя газотурбинную установку 10 МВт , накопитель на основе MLTO под управление АСУ ТП

АКТУАЛЬНОСТЬ ПОСТОВЛЕННОЙ РАБОТЫ:

Важным направлением нашей работы является в настоящее время создание и развитие технологии энергоаккумулирования. Наличие в электроэнергетической системе энергоемких и мощных накопителей в качестве промежуточного устройства между генерацией энергии и потребителем позволило бы освободиться от жесткого соответствия генерации энергии и ее потребления. Накопители электрической энергии являются важнейшим элементом будущих интеллектуальных электроэнергетических систем и создают значительные эффекты за счет использования принципа накопления энергии во время ее избыточного производства и выдачи энергии во время ее недостатка. Необходимо преодолеть технологические проблемы, делающие в настоящее время использование накопителей энергии экономически не оправданным.

Использование сетевых накопителей электроэнергии уже в ближайшей перспективе позволит:

• снизить расход топлива и скорость износа оборудования при регулировании частоты в сети;
• снизить потери электросетевых компаний за счет регулирования реактивной мощности;
• увеличить надежность электроснабжения собственных нужд подстанций.

В долгосрочной перспективе использование сетевых накопителей электроэнергии позволит демпфирование (принудительное подавление) пиков нагрузки (как импульсных, так и долгосрочных), что будет способствовать повышению устойчивости энергосистем и повысит их надежность. Сглаживание пиков нагрузки и поддержание тем самым режимов турбогенераторов в области максимального КПД позволит снизить затраты на генерацию электроэнергии

Первоочередными научно-исследовательскими задачами являются:

1. Выбор наиболее целесообразных направлений использования накопителей в ЕНЭС;
2. Технико-экономическое обоснование на установку управляющих электрических энергонакопителей в составе системы управления режимами по частоте и активной мощности с целью повышения пропускной способности слабых связей и снижения эксплуатационных расходов;
3. Анализ СНЭ как элемента электроэнергетической системы и разработка технических требований к опытно-промышленному образцу;
4. Разработать и создать экспериментальный стенд в составе: СНЭ, система преобразования и управления, модель энергосистемы для исследования режимов СНЭ в энергосистемах.

Важность создания стенда определяется тем что, во-первых, СНЭ представляет собой новое для энергетики электротехническое устройство, во-вторых - это позволит разработать инженерные методики расчета, найти оптимальные решения по использованию активных материалов, определить влияние СНЭ на энергосистему и выдать исходные данные о его параметрах применительно к реальным объектам энергосистем.

В качестве одного из целесообразных направлений использования СНЭ первого поколения энергоемкостью 109-1010 Дж можно считать применение их для управления переходными процессами в энергосистемах, прежде всего нерегулярными колебаниями перетоков активной мощности по дальним линиям электропередач, относящихся к классу межсистемных.

При развитии энергообъединений с целью повышения их режимной надежности и управляемости, а также коррекции их динамических характеристик в широком диапазон, ресурс управления с помощью традиционных средств (АРВ, АРС, АРЧМ) уже недостаточен. Накопители энергии как промежуточное звено между системами потребления и генерирования становятся жизненно необходимыми.

Наиболее полно технические преимущества накопителей первого поколения или «мощностных» СНЭ реализуются для повышения режимной надежности и управляемости энергообъектов, содержащих мощную резкопеременную нагрузку и нагрузку с большой долей синхронных двигателей.

Названные объекты являются претендентами по ряду признаков:

а) Объекты, содержащие мощную синхронную нагрузку, как правило относятся к категории потребителей не допускающих перерыва в электроснабжении по технологическим циклам, т.е. к категории ответственных потребителей;
б) Синхронная нагрузка критична к внутренним и внешним возмущениям, т.е. для обеспечения устойчивости ее работы, наряду со схемными мероприятиями (например, автоматический ввод резерва), требуется экстренная выдача в узел нагрузки активной мощности как при снижениях напряжения в питающей сети, так и при кратковременных ее отключениях (ликвидация разного вида повреждений);
в) Синхронные двигатели, обслуживающие технологическое оборудование с резкопеременным циклом загрузки в свою очередь могут отрицательно влиять на качество электроэнергии у смежных потребителей, а в некоторых случаях вызывать глубокие качания режимных параметров, приводящие к нарушению устойчивости параллельной работы по «слабым» связям;
г) Синхронная нагрузка как правило является концентрированным потребителем, что позволяет выдавать значительную импульсную мощность от СНЭ в энергосистему при установке его на шины 110 или 220 кВ с целью отработки системных требований;
д) СНЭ, работающее совместно с синхронными двигателями позволяет обеспечивать глубокое инвариантное управление активной и реактивной мощностью, даже при использовании преобразователей с ограниченно-управляемыми тиристорами.

Эффективность применения накопителей энергии в автономных энергосистемах и в системах с распределенной генерацией

Применение накопителей энергии совместно с мобильными газотурбинными электростанциями обеспечивает:

• повышение пределов динамической устойчивости ГТЭС, имеющих малые значения моментов инерции (мгноговальные ГТЭС и др.) при авариях в сети (к.з. и др.).
• стабильную работу системы собственных нужд и системы возбуждения ГТЭС благодаря поддержанию требуемого уровня напряжения на зажимах ГТЭС при существенных колебаниях напряжения в сети при автономной работе ГТЭС.

Работа ГТЭС с постоянной нагрузкой благодаря покрытию с помощью накопителей энергии суточных колебаний нагрузки позволяет экономить топливо и улучшить экологическую обстановку.

Применение накопителей энергии совместно с дизель-генераторными установками позволяет:

• обеспечить работу дизель-генераторных установок с постоянной, наиболее экономичной нагрузкой. Результат - снижение затрат топлива, в среднем, на (15-20)%, улучшение экологической обстановки.
• улучшение динамические характеристик дизель-генераторных установок.
• стабилизировать напряжение и частоту при сбросах и набросах нагрузки.
• обеспечить надежность параллельной работы дизель-генераторных установок равной и разной мощности в автономных режимах работы.
• обеспечение бесперебойное снабжения потребителей при пусках и остановах дизель-генераторных установок.
• Применение накопителей энергии на объектах нефтегазовой промышленности позволяет обеспечить :
• запуск электростанции «с нуля» после ее внезапного выхода из работы из-за аварии в сети (остановка турбин).
• снять перегрузоки распределительной сети при прохождении максимумов нагрузки (особенно экстраординарных: резкое похолодание, в режимах высокого риска нарушения электроснабжения из-за природных факторов или аварийного состояния сети и т. п.
• Применение накопителей энергии на объектах РЖД в системе тягового электроснабжения позволит:
• выровнять график нагрузки;
• уменьшить установленную мощность понижающих и преобразовательных трансформаторов тяговых подстанций;
• улучшить использования установленной мощности подстанций и сечения проводов тяговой сети при увеличении размеров и веса поездов;
• обеспечить условия для рекуперации энергии;
• уменьшить расход энергии на тягу, за счет использования избыточной энергии рекуперации на тягу поездов;
• снизить потери электроэнергии в тяговой сети;
• увеличить срок службы проводов контактной сети и вентилей полупроводниковых агрегатов;
• улучшить качество напряжения на токоприемниках электроподвижного состава.

Требуемая энергоемкость накопителей энергии на магистральных грузонапряженных участках ж. д. около 2000 МВт·ч. При этом достигается 25% экономия электроэнергии на тягу, уменьшаются потери электроэнергии в тяговой сети на 30-40%.

Применение накопителей энергии в энергосистемах, содержащих возобновляемые источники энергии ( на ветровых электростанции (ВЭС) и на приливных электростанциях (ПЭС) позволяет:

• выравнивать переменные графики работы;
• снизить колебания мощности;
• обеспечить требуемое качество электроэнергии;
• обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей;

Изучение применения в электрических сетях гибридных накопителей является перспективной задачей , которая может определить долю применения в электроэнергетических системах и электрических сетях России, для обеспечивая повышения энергоэффективности, надежности, устойчивости и экономичности.

ГНЭ состоит из следующих модулей:

• Генератор (ГТУ или ДГУ);
• Аккумуляторная батарея;
• Устройство согласования с сетью (УСС) в состав которого входит инвертор и согласующий трансформатор;

После накопления опыта практического применения и объективной оценки эффективности гибридных систем аккумулирования с различными стратегиями управления такими мнгофункциональными устройствами можно определить масштабы внедрения в электроэнергетику России и рыночные перспективы использования различных накопителей в электроэнергетических системах.

Для повышения динамической устойчивости ЕЭС России требуется накопители энергии большой мощности с незначительной энергоемкостью, в этом случае СНЭ целесообразно строить на базе литий титанатных батарей с возложением на систему связи и управления функций независимого управления активной и реактивной мощностью. Литий титанатная батарея обеспечивает работу в течении 10-12 мин , при более длительной нагрузке работу обеспечивает ГТУ или ДГУ . Следует заметить , что ГТУ и ДГУ в ГНЭ не находятся в горячем резерве. Величина мощности, выдаваемая накопителем энергии в сеть, определяется мощностью преобразователей системы связи с энергосистемой.

Таким образом, применение ГНЭ в ЕНЭС целесообразно преимущественно для демфирования нагрузок с периодом колебаний меньше от 1 миллисекунды до нескольких месяцев и достаточно мощной импульсной составляющей нагрузки.

При удельных капитальных затратах на ГНЭ на базе литий-ионной АКБ на уровне 30 тыс. руб./кВт и ГТУ - 45 тыс. руб./кВт, ДГУ -30 тыс.руб/кВт. применение накопителей эффективно при длительности цикла разряда до 10 минут. Применение ДГУ в конкретной ситуацией может иметь экологические ограничения.

Использование свинцово-кислотных АКБ в конструкции накопителя существенно увеличивает ь капитальные и операционные затраты на ГНЭ ( проектирование и строительство аккуммуляторных комнат плюс обслуживающий аккумуляторы персонал ).
Снижение глубины заряда-разряда литий ионных аккумуляторов в три раза увеличивает в десять раз циклический ресурс.

Энергетический комплекс РФ - это основной сектор экономики России . Уже сейчас очевидно отставание в обогащение урана, транспорте углеводородов и особенно транспорте электрической энергии, качестве электрической энергии и т.д. На смену существующим способам генерации и транспорта электрический энергии приходят другие технологии, новые технологии коренным образом отличаются от существующих и не могут быть развернуты используя технологии 30 -х годов 20 века.

Если в ближайшее время не развернуть разработку и создание сетей нового поколения , нового подхода к генерации через 15-20 лет экспорт/импорт электрической энергии будет существенно сокрощен и ограничен постсоветским пространством так как европейские страны , Китай и т.д. к этому времени создадут новые подходы к генерации (потребитель сможет как потреблять так и продавать электрическую энергию) , построят интеллектуальные сети и подключится к таким сетям будет сложно, но самое главное себестоимость производства и транспорта электрической энергии будет существенно выше чем в Европе. (Уже сейчас стоимость 1 кВт ч для предприятий в России выше чем в США.)

Страна с развитым энергетическим комплексом , экспортера энергоресурсов превратится в потребителя энергоресурсов.

Начало работы август 2013
Финансирование за счет собственных средств