Акумуляторні накопичувальні електростанції - особливості конструкції і характеристики

Акумуляторна накопичувальна електростанція - різновид акумулюють електростанцій, яка використовує акумуляторні батареї на електрохімічної основі для зберігання енергії. На відміну від традиційних акумулюють електростанцій типу ГАЕС з потужністю понад 1000 МВт, енергія від акумуляторних електростанцій обчислюється від декількох кВт до декількох МВт. Зокрема найбільша створена система такого роду сягає потужності в 300 МВт-год. як і всі ГАЕС, акумуляторні електростанції, в основному, служать для покриття пікових навантажень, недостатнього харчування ланцюга управління і стабілізації електромережі. Малі накопичувачі називають сонячними батареями, ємність яких вимірюється кількома кВт-год, в більшості своїй розташовані в приватному секторі і вдень працюють разом з системами фотовольтаїки з тими ж розмірами для забезпечення додаткової енергії в більш похмурі або непродуктивні вечірні та нічні години або для збільшення споживання. Іноді акумуляторні електростанції будуються разом з маховиками для збереження енергії акумуляторів. Маховики можуть краще реагувати на миттєві коливання.

 

 

Конструкція акумуляторних електростанцій
За конструкцією акумуляторні електростанції можна порівнювати з безперебійним джерелами живлення, хоча перші - набагато більше. З метою безпеки акумулятори зберігаються на складах або в контейнерах. Як і у випадку з ДБЖ, проблема в тому, що електрохімічна енергія зберігається або виходить у вигляді постійного струму, тоді як мережі електростанцій часто працюють на напрузі змінного струму. З цієї причини для роботи з високовольтними мережами акумуляторні електростанції повинні бути з'єднані з додатковими перетворювачами. Серед силової електроніки цього класу присутній тиристор, що замикається, який використовується при передачі постійного струму високої напруги. Залежно від співвідношення потужності і енергії, очікуваного терміну служби і, звичайно ж, ціни можуть застосовуватися різні системи акумуляторів. У 1980-х для перших акумуляторних електростанцій використовувалися свинцево-кислі батареї. Наступні кілька десятиліть все частіше застосовували нікель-кадмієві і натрій-сірчані батареї. Починаючи з 2010 року, все більше і більше комунальних акумуляторних електростанцій переходять на іонно-літієві батареї через швидке здешевлення цієї технології, керованої автопромом. Відповідним прикладом є акумуляторна електростанція «Шверін» в Дрездені або електростанція компанії «BYD» в Гонконзі. У малобюджетних проектах, в основному, використовуються іонно-літієві батареї, деякі види редокс-систем, рідше - свинцево-кислі батареї. Існує безліч постачальників електрики з великих акумуляторних електростанцій.

 

робочі характеристики
Так як їм не потрібно механічне рух, акумуляторні електростанції можуть мати гранично малий час регулювання і запуску (в межах десятків мілісекунд при повному завантаженні). За рахунок цієї реактивності, вони можуть за кілька хвилин знизити піки потужності, але також вони можуть пропустити швидкі (секундні) коливання, що виникають при роботі електромереж на межі потужності. Ці коливання мають на увазі коливання напруги періодичністю в кілька десятків секунд, що в гіршому випадку може привести до швидкого зростання амплітуди і подальшого відключення електрики. Акумуляторні електростанції відповідних розмірів можуть ефективно протидіяти цим коливанням. Тому, головним чином, їх можна застосовувати в регіонах, де енергосистеми працюють на повну потужність, піддаючи ризику стабільність електромереж. Великі електростанції (натрій-сірчані, наприклад) також можуть використовуватися разом з періодичними поновлюваними джерелами енергії в автономних гібридних малих електромережах.

 

Деякі системи, що працюють при високих температурах або з використанням корозійних агентів, можуть відключитися, навіть не перебуваючи в роботі (старіння за часом). Інші технології несуть збитки через вичерпання циклів зарядки-розрядки (старіння по циклам), особливо - при великому навантаженні. Ці два типи вікового старіння провокують погіршення якостей (падіння ємності або напруги), перегрів і навіть критичні збої (витоку електроліту, пожежа, вибух). Щоб запобігти цьому, деякі батареї можуть відправлятися на ремонт. Наприклад, негерметичні свинцево-кислі батареї виробляють водень і кисень з водного електроліту при перезарядці. Регулярно в них повинна заправлятися вода, щоб уникнути пошкодження батареї, а займисті гази повинні виходити для зниження ризику вибуху. Однак ремонт коштує грошей, і більше нові батареї типу іонно-літієвих розроблені для тривалої експлуатації без ремонту. Отже, більшість сучасних систем складається з надійних блоків батареї, за якими ведеться автоматичне спостереження і замінних тільки при падінні їх якості роботи нижче певного рівня.

 

Приклади існуючих ЕС
Нижче наведені деякі з найбільших акумуляторних електростанцій: 

Проект «Chino Battery Storage»
Акумуляторна електростанція, яка працювала в каліфорнійському місті Чіно в 1988-1997 роках і яка належала компанії «Southern California Edison», служила, в основному, для стабілізації роботи електромереж і могла використовуватися в якості стаціонарного трансформатора через часті збої в роботі енергосистеми регіону або для запуску з повністю знеструмленому стану електростанцій без самозавантаження. Електростанція давала пікову потужність в 14 МВт, яка, однак, була надзвичайно мала для ефективної стабілізації мережі компанії, і могла зберігати 40 МВт-год енергії. Система складалася з 8256 свинцево-кислих батарей, збудованих у вісім ліній, розподілених в двох приміщеннях.

 

Проект «Golden Valley Electric», Фербанкс
Однією з найбільших працюючих з 2010 року систем розташована в місті Фербанксі і належить компанії «Golden Valley Electric». Через великі відстані електромережі Аляски працюють в автономному режимі і не з'єднані безпосередньо з сусідньої північноамериканської мережею. Акумуляторна електростанція з максимальною потужністю в 27 МВт використовується для стабілізації електромережі, покриття пікових потреб та компенсації реактивної потужності. Вона була введена в роботу в 2003 році і складалася з 13760 нікель-кадмієвих батарей, збудованих в чотири лінії. Нікель-кадмієві елементи були створені компанією «Saft Groupe S.A.», а інвертори - компанією «ABB Group».

 

Система компанії «BYD», Гонконг
Китайська компанія «BYD» управляє акумуляторними блоками з ємністю в 40 МВт-год і максимальною потужністю в 20 МВт, розташованими в Гонконгу. Велика електростанція використовується для пом'якшення піків завантаження при потребах в енергії. Таким же чином вона сприяє частотної стабілізації в мережі. Батареї складаються, в цілому, з майже 60000 окремих літій-залізо-фосфатних елементів, кожен з яких здатний зберігати 230 ампер-годин. Проект стартував в жовтні 2013 року, а в червні 2014 року він був запущений в експлуатацію. Три місяці знадобилося для будівництва цієї електростанції. Застосування різниці цін між завантаженням і розвантаженням електрики вдень і вночі, щоб уникнути використання електромереж в пікові періоди і отримання доходу з таких послуг, як частотна стабілізація, дозволяє використовувати цю систему без дотацій. На даний момент розглядається три місця для споруди електростанції з піковою потужністю в 1000 МВт і ємністю в 200 МВт-год.

 

Акумуляторна електростанція в Шверіні
Німецька енергокомпанія «WEMAG» користується акумуляторної електростанцією в Шверіні з іонно-літієвих батареями для компенсації короткочасних коливань потужності. Постачальником електростанції є берлінська компанія «Younicos». Південнокорейська компанія «Samsung SDI» поставила іонно-літієві елементи. Станом на вересень 2014 рік енергоячейка була здатна зберігати 5 МВт-год і видавати потужність в 5 МВт. Акумуляторна електростанція складається з 25600 літій-марганцевих елементів і приблизно п'яти трансформаторів середньої напруги з регіональним розподілом, з'єднаних з розташованої поруч високовольтної мережі в 380 кВ.

 

Фотоелектрична і комбінована електростанції
Існуюча фотоелектрична електростанція Альтдейбер поблизу Вітштоке (федеральна земля Бранденбург) дає Німеччини 2 МВт-год електроенергії. Особливістю тут є те, що будівля була доставлено і встановлено в контейнерах для негайного використання на місці без основних будівельних робіт. Електростанція використовує свинцево-кислі батареї.

 

 

Гібридна акумуляторна електростанція в Брадерупе
З липня 2014 року енергокомпанія «Nord GmbH & Co. KG »використовує найбільші гібридні батареї в Європі на електростанції в Брадерупе (федеральна земля Шлезвіг-Гольштейн). Система складається з іонно-літієвих (потужність - 2 МВт, ємність - 2 МВт-год) і проточних ванадієвих акумуляторів (потужність - 330 кВт, ємність - 1 МВт-год). Використовуються іонно-літієві модулі від «Sony», проточні акумулятори зроблені компанією «Vanadis Power GmbH».

 

Накопичувальна установка з'єднана з місцевим вітропарку (18 МВт потужності). Залежно від сили вітру та стан заряду кожна батареї системи, розробленої «Bosch», розподіляє вироблену вітрогенераторами енергію до потрібної батареєю. Компанія «Bosch» також відповідають за втілення проекту і інтеграцію системи. Гібридна батарея підключена до енергосистеми десятикілометровій підземним кабелем. У разі перевантаження мережі батареї запасають енергію з вітропарку і повертають її електромережі в більш відповідний час. За допомогою цього методу збій в роботі вітрогенераторів під час перевантаження мережі може бути виключений, тому енергія вітру не пропаде даремно. 

 

Акумуляторна електростанція в Дрездені
Комунальні служби Дрездена (Німеччина) почали використовувати електростанцію з піковою потужністю в 2 МВт 17 березня 2015 року. Вартість проекту склала 2,7 мільйона євро. Застосовуються літій-полімерні батареї. Батареї також містять систему управління, розгорнуту в двох 13-метрових контейнерах і здатну зберігати в цілому в 2,7 МВт-год. система розроблена для компенсації вироблення пікових потужностей розташованої неподалік сонячної електростанції.

 

Акумуляторна електростанція «Фельдхайм»
Акумуляторна електростанція «Фельдхайм» потужністю в 10 МВт і ємністю в 6,5 МВт-год, розташована у федеральній землі Бранденбург (Німеччина), була введена в експлуатацію у вересні 2015 року. Вартість проекту склала 12,8 мільйона євро. Електростанція забезпечує енергією електромережу в цілях компенсації коливань потужності вітряних і сонячних електростанцій. Будівля належить компанії «Energiequelle».

 

Проект електростанції «Ефонік»
Компанія «Ефонік» планує побудувати шість акумуляторних електростанцій з потужністю 15 МВт і ввести їх в експлуатацію в 2016-2017 роках. Вони будуть розташовані на місці електростанцій міст Херне, Люнен і Дуйсбург (Північна Рейн-Вестфалія) і Бексбах, Фені і Вайхер (Саар).
Електростанції «Гранд Рідж» в штаті Іллінойс і «Біч Рідж» в штаті Західна Віргінія (США)
Найбільшими акумуляторами енергії в США є акумулятори електростанції «Гранд Рідж» потужністю в 31,5 МВт (щтат Іллінойс) і аналогічну за потужністю в батарею електростанції «Біч Рідж» (штат Західна Віргінія). Обидві електростанції використовують іонно-літієві батареї.

 

Проект електростанції ємністю в 400 МВт-год від компанії «California Edison»
Станом на 2015 рік на стадії будівництва знаходиться ще одна електростанція компанії «Southern California Edison». Здатна зберігати до 400 МВт-год (100 МВт протягом 4 годин), вона являє собою систему іонно-літієвих батарей, розроблену компанією «AES Energy». «California Edison» вважає ціни акумуляторних електростанцій порівнянними з цінами інших електрогенераторів.
Проект електростанції ємністю в 52 МВт-год на острові Кауаї (штат Гаваї)

 

Станом на 2015 рік будується електростанція на острові Кауаї для забезпечення енергією сонячної електростанції потужністю в 13 МВт. Цей проект зменшує залежність від корисних копалин на острові.
Електростанція в Індонезії (ємність - 250 МВт-год)
У наші дні в Індонезії будується акумуляторна електростанція ємністю в 250 МВт-год. Близько 500 сіл будуть забезпечуватися її енергією, так як весь останній час вони залежали від поставок нафти. У минулому ціни дуже сильно коливалися, що провокувало часті відключення енергії. Зараз же енергія вироблятиметься вітряними і сонячними електростанціями.

 

Акумуляторна електростанція Нотріс (штат Техас, потужність 36 МВт)
У комуні Нотріс (штат Техас) розташована електростанція з одним акумулятором, що складається з свинцево-кислих батарей загальною потужністю в 36 МВт, достатньої для 40 хвилин передачі енергії.
Акумуляторна електростанція в Німеччині з вживаних батарей (ємність - 13 МВт-год)
У Німеччині з вживаних батарей електромобілів будується акумулятор ємністю в 13 МВт-год. Очікуваний повторний термін служби - 10 років, після чого їх чекає переробка.

 

Акумуляторна електростанція в Онтаріо (53 МВт-год)
До кінця 2016 року в Онтаріо (Канада) буде побудована акумуляторна електростанція ємністю в 53 МВт-год і потужністю в 13 МВт. Швейцарський виробник батарей «Leclanche» буде постачати електростанцію продукцією. Плануванням і будівництвом електростанції буде зайнята компанією «Deltro Energy Inc.». Замовлення було розміщено оператором мережі «IESO». Електростанція буде використовуватися для швидкого обслуговування електромереж, в основному - для управління напругою і реактивною енергією. В Онтаріо і оточуючих районах існує багато вітряних і сонячних електростанцій, через що обсяги електроенергії вкрай відрізняються.
Електростанція зі спеціальним контролем в південній Англії 

 

У південній Англії для демонстраційних цілей була встановлена ​​електростанція з ємністю в 0,6 МВт-год і потужністю в 0,3 МВт, що є 1400 літієвих елементів, змонтованих в контейнері. Особливістю її є управління режимом зберігання енергії. Тоді як електростанції подібного роду зазвичай використовують одну модель отримання доходу - забезпечення управління енергією, що є вкрай малим сегментом ринку, ця електростанція використовує три моделі отримання доходу. Накопичувач був встановлений відразу після сонячної системи. Таким чином, сонячну систему можна зробити більше, ніж електромережу, фактично, яка припускає лише першу модель отримання доходу. Накопичувач приймає піковий вхідний сигнал сонячної електростанції, запобігаючи, таким чином, витрати на подальше розширення електромережі. Друга модель дозволяє забрати пікове навантаження електромережі і передати її назад, якщо необхідно стабілізувати електромережу. В рамках третин моделі можливо зберігання енергії і передача її електромережі за піковими цінами. Проект отримав нагороду, як найкраща інновація.

 

Південна Корея
З січня 2016 в Південній Кореї працює три акумуляторних електростанції. З них дві - нові системи, перша з яких має потужність в 24 МВт і ємність в 9 МВт-год, а друга - 16 МВт і 6 МВт-год відповідно. Вони використовують батареї на основі нікельмарганцевого кобальтити літію, а більш старі системи, потужністю в 16 МВт і ємністю в 5МВт-ч, протягом декількох місяців служать в якості допоміжних засобів. Їх батареї - на основі титанату літію. Всі системи мають загальну потужність 56 МВт і служать південнокорейської компанії громадського користування «KEPCO» для регулювання частоти. Накопичувачі поставляються компанією «Kokam». Після завершення в 2017 році система повинна отримати потужність в 500 МВт. Три закінчених накопичувача зменшили річні витрати на паливо приблизно на 13 мільйонів доларів, а також - зменшили викиди парникових газів. Отже, зекономлені на паливі кошти серйозно перевищили вартість акумуляторних електростанцій.

 

Електростанція для Товариства корінних жителів в Австралії
Існуюча енергосистема Товариства корінних жителів в Австралії, що складається з фотоелектричної системи і дизельного генератора, буде перетворена в гібридну шляхом додавання іонно-літієвої батареї. Її ємність - 2 МВт-год, потужність - 0,8 МВт. Вона буде накопичувати надлишкову сонячну енергію, і приймати такі функції формування мережі, як управління мережею і стабілізація дизель-генераторів. Таким чином, дизель-генератори можна буде відключати протягом дня, що призведе до зменшення витрат. Більш того, серйозно зросте частка відновлюваної енергії в гібридній системі. Система є частиною плану з перетворення енергосистем корінних спільнот Австралії.

 

Електростанція для Азорських островів (Грасіоза, Португалія)
Електростанція ємністю 3,2 МВт-год була побудована на Азорських островах в районі Грасіоза. Разом з фотоелектричної системою потужністю в 1 МВт і вітряних електростанцій потужністю в 4,5 МВт, острів став майже повністю незалежним від використовуваних раніше дизель-генераторів. Стара електростанція служить лише в якості резервної системи на випадок, якщо вітряна і сонячна електростанції довго не зможуть виробляти енергію через погану погоду. Різке зниження імпорту дорогого дизпалива говорить про те, що енергія стала дешевше, ніж раніше. Отримана, таким чином, прибуток розподіляється порівну між інвестором нової електростанції і кінцевими споживачами.

 

Електростанція в Каліфорнії (80 МВт-год)
У вересні-грудні 2016 року «Tesla» побудувала потужності для накопичувача енергії в електромережі компанії «Southern California Edison» ємністю 80 МВт-год при потужності в 20 МВт. Це означає, що накопичувальна електростанція на сьогодні є одним з найбільших на ринку. Також «Tesla» встановила 400 модулів «Powerpack-2» на трансформаторній підстанції Миру Лома в Каліфорнії. Ємність служить для зберігання енергії при низькому завантаженні мережі і її передачі електромережі при пікового навантаження. Раніше застосовувалися газові електростанції.

 

Електростанція в Японії (300 МВт-год)
Корпорація «Mitsubishi» побудувала акумуляторну електростанцію в Будзень (префектура Фукуока, Японія) ємністю 300 МВт-год і потужністю в 50 МВт. Вона служить для стабілізації роботи мережі і компенсації коливань, що заподіюються поновлюваних джерел. Акумулятор працює в енергетичному діапазоні ГАЕС. Батареї змонтовані в 252 контейнерах. Електростанція займає площу в 14000 м2.

 

Найбільші сіткові батареї 

1. Підстанція в Будзень. Дата запуску - 3 березня 2016 року. Ємність - 300 МВт-год. Потужність - 5 МВт. Тривалість роботи - 6 годин. Тип - сірчано-натрієва. Країна - Японія.
2. Підстанція в Ексондідо. Дата запуску - 24 лютий 2017 року. Ємність - 120 МВт-год. Потужність - 30 МВт. Тривалість роботи - 4 години. Тип - іонно-літієва. Країна: США.
3. Підстанція в Помоне. Дата запуску - січень 2017 року. Ємність - 80 МВт-год. Потужність - 20 МВт. Тривалість роботи - 4 години. Тип - іонно-літієва. Країна: США.
4. Підстанція в Миру Ломе. Дата запуску - 30 січень 2017 року. Ємність - 80 МВт-год. Потужність - 20 Мвт. Тривалість роботи - 4 години. Тип - іонно-літієва. Країна: США.
5. Підстанція в Мінамісома. Дата запуску - лютий 2016 року. Ємність - 40 МВт-год. Потужність - 40 МВт. Тип - іонно-літієва. Країна - Японія.

 

 

розвиток ринку
У США ринок акумуляторних електростанцій в 2015 році виріс на 243% в порівнянні з 2014 роком. У 2016 році британський енергоконцерн «National Grid» незалежно від Америки заявив про пошук технології з керуючою потужністю в 200 МВт для збільшення стабільності системи. У цьому випадку на торгах виграють лише акумуляторні електростанції

 

Автор статті Сенченко Ігор Олександрович

Школа ремонту
Главная Страница Контактная Информация Поиск по сайту Контактная Информация Поиск по сайту