Накопители энергии в масштабах сети - повышение эффективности хранения электроэнергии

Что такое сетевые накопители энергии?

Накопители энергии в масштабах сети можно определить тремя словами - надежность, устойчивость и гибкость.

Эта система хранения энергии используется для накопления электроэнергии, которая затем может быть использована в интегрированной энергосистеме. Она способна хранить электроэнергию, полученную из возобновляемых источников, например, энергии ветра и солнца.

Накопив достаточное количество энергии, система хранения энергии в масштабе сети передает ее в электросеть, когда она необходима. Это не только делает энергосистему более надежной, устойчивой и гибкой, но и экономически выгодной.

Как хранится энергия в системе хранения энергии в масштабах сети?

Аккумуляторы (точнее, литий-ионные) являются наиболее распространенным способом хранения электрической энергии в системах хранения энергии в масштабе сети. Эти батареи представляют собой электрохимические устройства, которые могут накапливать электроэнергию от электросети или от возобновляемых источников.

Когда литий-ионные батареи заряжаются, ионы лития перемещаются к катоду от анода. А когда электросети потребуется больше электроэнергии, батареи будут разряжаться, то есть ионы лития будут возвращаться к аноду от катода.

Стоит отметить, что способность литий-ионного аккумулятора удерживать больше энергии зависит в основном от количества ионов в нем.

Еще одна причина, по которой литий-ионные батареи широко используются в системах хранения энергии в масштабах сети, - это их эффективность. Эффективность литий-ионных батарей в оба конца (зарядка и разрядка) обычно составляет около 90%.

Другими словами, это означает, что на каждые 10 ГВт-ч энергии, накопленной в литий-ионных батареях, 9 ГВт-ч могут быть возвращены в энергосистему, когда это необходимо. Помимо эффективности, литий-ионные батареи также обладают высокой плотностью энергии и длительным жизненным циклом, что делает их практичными для данного применения.

Преимущества систем хранения энергии в масштабах сети

Системы накопления энергии в масштабах сети, несомненно, дают множество преимуществ электросетям. Некоторые из этих преимуществ включают:

● Повышение надежности энергосистемы: Перебои с подачей электроэнергии в электросетях иногда случаются. Однако они доставляют массу неудобств.

К счастью, системы хранения энергии в масштабах энергосистемы повышают ее надежность, высвобождая энергию, когда это необходимо, например, во время перебоев в подаче электроэнергии. Другими словами, они помогают поддерживать энергосистему, выступая в качестве резервного источника энергии.

Самое интересное в системах хранения энергии в масштабах сети - это их способность возобновлять работу сети после серьезного отключения, что также известно как возможность "черного старта".

● Расширение интеграции возобновляемых источников энергии: Благодаря системам накопления энергии в масштабах сети электросети теперь могут включать в себя возобновляемые источники энергии. Когда электрическая энергия вырабатывается в избытке, ее можно накапливать и затем использовать для питания электросети.

● Повышенная устойчивость: Из-за изменения климата экстремальные погодные условия стали более частыми, чем раньше. И это правда, что экстремальные погодные условия влияют на производство и поставку электроэнергии.

Наличие интегрированной в энергосистему системы хранения энергии в масштабах сети повышает ее устойчивость, обеспечивая бесперебойную подачу электроэнергии после отключения электричества.

● Снижение затрат на электроэнергию: Системы хранения энергии в масштабах сети способны снизить стоимость электроэнергии за счет простого сокращения (или полного отказа от) пиковых электростанций. Пиковые электростанции работают только при высоком спросе на электроэнергию, и их содержание может быть весьма дорогостоящим.

Типы сетевых накопителей энергии

Как уже говорилось ранее, существует несколько типов систем хранения энергии в масштабах сети.
Давайте рассмотрим их подробнее:

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные батареи могут использоваться в системах накопления энергии в масштабах сети. Эти батареи перезаряжаются, они собирают и хранят электрическую энергию от возобновляемых источников или даже от самой электросети.

Литий-ионные батареи отличаются высокой эффективностью при передаче электроэнергии: их коэффициент полезного действия в обе стороны составляет около 90%. Кроме того, литий-ионные батареи обладают высокой плотностью энергии и большим сроком службы - они могут прослужить до 10 лет в системе хранения энергии в масштабах сети.

Литий-ионные батареи безопасны для систем хранения энергии в масштабах сети, а также для окружающей среды, поскольку не содержат вредных веществ.

Насосные гидроаккумуляторы

Это еще одна система хранения энергии в масштабах сети, использующая воду для работы. Для хранения энергии необходимы два резервуара с водой, которые должны находиться на разной высоте. Когда электроэнергия не используется интенсивно, она перекачивает воду из нижнего резервуара в верхний.

Когда потребность в электроэнергии высока, он сбрасывает воду обратно в нижний резервуар. Кинетическая энергия здесь преобразуется в электричество.

Эта технология экономически эффективна с точки зрения обслуживания и стоимости накопителей, которые могут питать системы хранения энергии в масштабах сети. Она надежна и обеспечивает более высокую плотность энергии в конкретном месте.

Однако, по сравнению с накопителями энергии на литиевых батареях, ограничения насосных гидроаккумуляторов очень велики. Географическая адаптируемость и высокие первоначальные затраты не позволяют широко продвигать эту технологию.

Сколько энергии может накопить система хранения энергии в масштабах сети?

Максимальное количество энергии, которое может накопить система хранения энергии в масштабах сети, зависит в основном от типа используемой технологии. Литий-ионные батареи могут хранить до 10 ГВт-ч (или более) электроэнергии, что очень впечатляет.

А поскольку для нормальной работы систем хранения энергии в масштабах сети требуется много электрической энергии, можно сделать вывод, что множество литий-ионных батарей, соединенных между собой, могут хранить много энергии для системы хранения энергии в масштабах сети.

Важно отметить, что количество энергии, которое может накопить система хранения энергии в масштабах сети, в основном зависит от ее конкретного применения.

Например, для системы накопления энергии в масштабах сети, использующей литий-ионные батареи в основном для перераспределения нагрузки, потребуется большая емкость накопителей энергии, чем для регулирования частоты.

Как долго служат системы хранения энергии в масштабах сети?

Системы хранения энергии в масштабах сети, основанные на использовании аккумуляторов, служат долго. Чем дольше работает система хранения энергии в масштабах сети, тем лучше, поскольку она амортизирует первоначальные капитальные затраты.

При этом литий-ионная система хранения энергии в масштабах сети может прослужить более 10 лет! Литий-ионные батареи имеют долгий срок службы благодаря низкой потребности в обслуживании и высокому количеству циклов.

Стоит отметить, что срок службы системы хранения энергии в масштабах сети в значительной степени зависит от специфики ее применения. Если система хранения требует частого циклического использования, срок ее службы, безусловно, сократится.

Как системы хранения энергии в масштабах сети интегрируются в электрическую сеть?

Существует три распространенных способа интеграции систем хранения энергии масштаба сети в электрическую сеть. Ознакомьтесь с ними:

● Виртуальная электростанция: Этот метод требует интеграции нескольких систем хранения энергии в масштабах сети в одну. Затем она используется для простого управления и распределения электроэнергии в энергосистеме во время перебоев в подаче электроэнергии или пикового использования.

● Прямое подключение: Непосредственное подключение накопителей энергии к электросети - наиболее часто используемый метод интеграции. Она подключается к электросети напрямую и может питать сеть во время перебоев в подаче электроэнергии или даже запускать сеть в черном режиме.

● Интеграция за счетчиком: Эта интеграционная технология является гениальной, поскольку позволяет энергетическим компаниям предоставлять клиенту конкретные уникальные услуги. Например, одному клиенту может потребоваться резервное питание на случай отключения электроэнергии, а другому - реагирование на спрос.

Эта техника позволяет энергокомпании эффективно и качественно предоставлять эти две услуги. Как правило, он подключается за счетчиком, как и следует из его названия.

Каковы примеры проектов по хранению энергии в масштабах сети?

В мире существует несколько успешных проектов по хранению энергии в масштабах сети. Некоторые из них включают:

● Hornsdale Power Reserve - созданный в 2017 году и расположенный в Австралии, этот литий-ионный сетевой накопитель энергии может поставлять в единую энергосистему ошеломляющие 100 МВт/129 МВт-ч. По словам экспертов, они ожидают, что эта система хранения энергии в масштабах сети прослужит не менее 15 лет.

Насосное гидроаккумулирующее сооружение Yaowang - расположенное в Китае, это сетевое хранилище энергии способно производить 2 400 МВт/4 500 ГВт-ч, что просто впечатляет! Ожидается, что этот проект проработает не менее 50 лет.

Проект Green Mountain Power в Вермонте - еще одна успешная система хранения энергии на литий-ионных аккумуляторах. Он способен вырабатывать 4 МВт и был запущен в 2015 году.

Каковы проблемы и ограничения в области хранения энергии в масштабах сети?

Хотя системы хранения энергии в масштабах сети хороши и полезны, у них есть и свои недостатки:

● Дорогое строительство и интеграция в энергосистему.

● Расположение энергонакопителей в масштабах сети оказывает значительное влияние на их работу. В связи с этим существует большая потребность в поиске и разработке подходящих площадок, необходимых для интеграции системы накопления энергии в энергосистему, которые весьма дефицитны.

● Насосные гидроаккумулирующие системы оказывают негативное воздействие на окружающую среду. При строительстве таких водохранилищ вам придется нанести ущерб естественным местам обитания животных, перекрыв или даже направив естественное русло реки.

Можно ли использовать системы накопления энергии в масштабах сети в жилых домах или на малых объектах?

Да - системы хранения энергии в масштабах сети могут использоваться в жилых и небольших помещениях.

Однако не все системы хранения энергии для электросетей могут быть использованы для этих целей. Для небольших приложений эксперты рекомендуют использовать аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) - лучше всего литий-ионные батареи.

Большинство бытовых или небольших приложений требуют таких услуг, как резервное питание, переключение нагрузки и т. д. Поскольку им не требуется большая емкость для хранения энергии, имеет смысл использовать литий-ионные аккумуляторы.

Вы сможете рассчитать необходимое количество энергии и узнать, какое количество батарей необходимо установить, а также как интегрировать систему хранения энергии в масштабах сети. После успешной установки и интеграции эти батареи будут служить долго и с минимальными затратами на обслуживание.

Заключение

В заключение следует отметить, что сетевые системы хранения энергии являются важной частью электросети, обеспечивая надежность, устойчивость и гибкость для решения проблем, связанных с хранением энергии возобновляемых источников. Успешные проекты по хранению энергии в сетях по всему миру продемонстрировали их потенциал для преобразования энергетического ландшафта.

С развитием технологий и увеличением инвестиций системы хранения энергии в масштабах сети могут сыграть решающую роль в обеспечении устойчивого и более жизнеспособного энергетического будущего.