Основная проблема в энергоснабжении – это дисбаланс между генерацией и потреблением. Нагрузки волатильны по природе и лишь приблизительно могут поддаваться статистическому учёту и предсказуемости. В результате либо снижаются бесперебойность и качество электроэнергии, либо растут затраты на создание избыточных мощностей, а следовательно, и тарифы.
Решение проблемы за счёт использования накопителей
Логичным решением, которое практически и применяется, стала организация технических устройств для хранения выработанной энергии – накопителей. Они могут иметь различную физическую природу, выполняя при этом одни и те же базовые функции:
- компенсация скачков нагрузки и понижений мощности генерации;
- выравнивание отдачи генераторов;
- регулирование реактивных потерь;
- обеспечение статической и динамической стабильности системы в целом;
- улучшение показателей надёжности и бесперебойности;
- увеличение общего КПД, минимизация потерь;
- выполнение роли активных фильтров и кондиционеров энергии.
Суть работы накопителей достаточно проста – они собирают энергию при её избытке и отдают её в нагрузку, когда сеть не справляется. Но реализовать систему и отдельные её узлы непросто из-за значительных прокачиваемых мощностей. Поэтому развиваться направление стало относительно недавно. До сих пор используются различные технологии накопления, обладающие своими преимуществами и недостатками.
Принципы накопления энергии
Запасать энергию можно разными способами:
- механическое накопление, например, маховики, пневматические и гидравлические аккумуляторы;
- электрические и магнитные хранилища, работающие по индуктивному или ёмкостному принципам;
- электрохимические аккумулирующие устройства, перезаряжаемые батареи, топливные элементы;
- гибридные комплексы, собирающие плюсы и минусы отдельных принципов.
Важным требованием к организации является необходимость работы хранилища в составе сети энергоснабжения, хотя базовые ячейки (модули) могут работать и в автономном режиме или в составе изолированной электростанции на одном или нескольких источниках энергии.
Организация накопительного модуля на основе аккумуляторов
Физически для построения одиночных узлов и систем используются контейнеры для хранения энергии. В состав такого модуля входят:
- непосредственно аккумуляторная батарея, состоящая из набора последовательно и параллельно соединённых элементов;
- силовой интерфейс в виде реверсивного инвертора;
- устройство управления, обслуживающее контейнер и обеспечивающее его работу в составе сети – набора модулей или внешней энергосистемы;
- аппаратуры защиты и жизнеобеспечения.
С помощью подобных контейнеров решаются задачи, которые почти невозможно обслужить традиционными способами. Это может быть:
- снабжение удалённых потребителей;
- обеспечение потребностей зарядки электротранспорта, где нужна значительная пиковая мощность;
- децентрализация генерирующих мощностей;
- снижение стоимости энергии.
В составе модулей специализированного исполнения могут сочетаться разные принципы хранения. Например, конденсаторы большой ёмкости имеют ряд недостатков в виде большого саморазряда, высокой цены и низких удельных характеристик. Но в комплексе с батареей аккумуляторов, они способны решить большую проблему создания зарядных станций для электротранспорта, работающих в режиме быстрой зарядки. Это гигантская пиковая отдача, особенно в ближайшей перспективе использования.
Модули контейнерного типа стало возможным реально применять по мере удешевления силовой электроники IGBT-типа, расширения производства перспективных аккумуляторов, особенно по Li-ion технологии, развития цифрового управления сетями. Сейчас скорость реакции на изменение нагрузки измеряется миллисекундами, а мощности – сотнями мегаватт. Стоимость установок вполне приемлема для промышленности, учитывая важность решаемых задач.
Фанат хоккея, энтузиаст природы, гитарист, фанат Безумцев и независимый арт-директор. Мы работаем на стыке модернизма и информатики, чтобы создать не просто логотип, а ощущение. Концепция — основа всего остального.