Аккумуляторные электростанции (АкЭС)

Аккумуляторная накопительная электростанция – разновидность аккумулирующих электростанций, которая использует аккумуляторные батареи на электрохимической основе для хранения энергии. В отличие от традиционных аккумулирующих электростанций типа ГАЭС с мощностью свыше 1000 МВт, энергия от аккумуляторных электростанций исчисляется от нескольких кВт до нескольких МВт. В частности крупнейшая созданная система такого рода достигает мощности в 300 МВт-ч. как и все ГАЭС, аккумуляторные электростанции, в основном, служат для покрытия пиковых нагрузок, недостаточного питания цепи управления и стабилизации электросети. Малые накопители называют солнечными батареями, емкость которых измеряется несколькими кВт-ч, в большинстве своем расположены в частном секторе и днем работают вместе с системами фотовольтаики с теми же размерами для обеспечения дополнительной энергии в более пасмурные или непродуктивные вечерние и ночные часы или для увеличения потребления. Иногда аккумуляторные электростанции строятся вместе с маховиками для сохранения энергии аккумуляторов. Маховики могут лучше реагировать на мгновенные колебания.

Содержание
  1. Конструкция
  2. Рабочие характеристики
  3. Примеры существующих ЭС
  4. Проект «Chino Battery Storage»
  5. Проект «Golden Valley Electric», Фэрбанкс
  6. Система компании «BYD», Гонконг
  7. Аккумуляторная электростанция в Шверине
  8. Фотоэлектрическая и комбинированная электростанции
  9. Гибридная аккумуляторная электростанция в Брадерупе
  10. Аккумуляторная электростанция в Дрездене
  11. Аккумуляторная электростанция «Фельдхайм»
  12. Проект электростанции «Эфоник»
  13. Электростанции «Гранд Ридж» в штате Иллинойс и «Бич Ридж» в штате Западная Виргиния (США)
  14. Проект электростанции емкостью в 400 МВт-ч от компании «California Edison»
  15. Проект электростанции емкостью в 52 МВт-ч на острове Кауаи (штат Гавайи)
  16. Электростанция в Индонезии (емкость – 250 МВт-ч)
  17. Аккумуляторная электростанция Нотрис (штат Техас, мощность 36 МВт)
  18. Аккумуляторная электростанция в Германии из бывших в употреблении батарей (емкость – 13 МВт-ч)
  19. Аккумуляторная электростанция в Онтарио (53 МВт-ч)
  20. Электростанция со специальным контролем в южной Англии
  21. Южная Корея
  22. Электростанция для Сообщества коренных жителей в Австралии
  23. Электростанция для Азорских островов (Грасиоза, Португалия)
  24. Электростанция в Калифорнии (80 МВт-ч)
  25. Электростанция в Японии (300 МВт-ч)
  26. Крупнейшие сеточные батареи
  27. Развитие рынка

Конструкция

По конструкции аккумуляторные электростанции можно сравнивать с бесперебойными источниками питания, хотя первые – гораздо больше. В целях безопасности аккумуляторы хранятся на складах или в контейнерах. Как и в случае с ИБП, проблема в том, что электрохимическая энергия хранится или исходит в виде постоянного тока, тогда как сети электростанций часто работают на напряжении переменного тока. По этой причине для работы с высоковольтными сетями аккумуляторные электростанции должны быть соединены с дополнительными преобразователями. Среди силовой электроники этого класса присутствует запираемый тиристор, используемый при передаче постоянного тока высокого напряжения. В зависимости от соотношения мощности и энергии, ожидаемого срока службы и, конечно же, цены могут применяться различные системы аккумуляторов. В 1980-х для первых аккумуляторных электростанций использовались свинцово-кислые батареи. Следующие несколько десятилетий все чаще применяли никель-кадмиевые и натрий-серные батареи. Начиная с 2010 года, все больше и больше коммунальных аккумуляторных электростанций переходят на ионно-литиевые батареи из-за быстрого удешевления этой технологии, управляемой автопромом. Подходящим примером является аккумуляторная электростанция «Шверин» в Дрездене или электростанция компании «BYD» в Гонконге. В малобюджетных проектах, в основном, используются ионно-литиевые батареи, некоторые виды редокс-систем, реже – свинцово-кислые батареи. Существует множество поставщиков электричества с крупных аккумуляторных электростанций.

Рабочие характеристики

Так как им не нужно механическое движение, аккумуляторные электростанции могут иметь предельно малое время регулирования и запуска (в пределах десятков миллисекунд при полной загрузке). За счет этой реактивности, они могут за несколько минут снизить пики мощности, но также они могут пропустить быстрые (секундные) колебания, возникающие при работе электросетей на пределе мощности. Эти колебания подразумевают колебания напряжения периодичностью в несколько десятков секунд, что в худшем случае может привести к быстрому росту амплитуды и последующему отключения электричества. Аккумуляторные электростанции соответствующих размеров могут эффективно противодействовать этим колебаниям. Поэтому, главным образом, их можно применять в регионах, где энергосистемы работают на полную мощность, подвергая риску стабильность электросетей. Крупные электростанции (натрий-серные, к примеру) также могут использоваться вместе с периодическими возобновляемыми источниками энергии в автономных гибридных малых электросетях.

Некоторые системы, работающие при высоких температурах или с использованием коррозионных агентов, могут отключиться, даже не находясь в работе (старение по времени). Другие технологии несут ущерб из-за исчерпания циклов зарядки-разрядки (старение по циклам), особенно – при большой нагрузке. Эти два типа возрастного старения провоцируют ухудшения качеств (падение емкости или напряжения), перегрев и даже критические сбои (утечки электролита, пожар, взрыв). Чтобы предотвратить это, некоторые батареи могут отправляться на ремонт. К примеру, негерметичные свинцово-кислые батареи производят водород и кислород из водного электролита при перезарядке. Регулярно в них должна заправляться вода во избежание повреждения батареи, а воспламеняющиеся газы должны выходить для снижения риска взрыва. Однако ремонт стоит денег, и более новые батареи типа ионно-литиевых разработаны для длительной эксплуатации без ремонта. Следовательно, большая часть современных систем состоит из надежных блоков батареи, за которыми ведется автоматическое наблюдение и заменяемых только при падении их качества работы ниже определенного уровня.

Примеры существующих ЭС

Ниже приведены некоторые из крупнейших аккумуляторных электростанций:

Проект «Chino Battery Storage»

Аккумуляторная электростанция, работавшая в калифорнийском городе Чино в 1988—1997 годах и принадлежавшая компании «Southern California Edison», служила, в основном, для стабилизации работы электросетей и могла использоваться в качестве стационарного трансформатора из-за частых сбоев в работе энергосистемы региона или для запуска из полностью обесточенного состояния электростанций без самозагрузки. Электростанция давала пиковую мощность в 14 МВт, которая, однако, была чрезвычайно мала для эффективной стабилизации сети компании, и могла хранить 40 МВт-ч энергии. Система состояла из 8256 свинцово-кислых батарей, выстроенных в восемь линий, распределенных в двух помещениях.

Проект «Golden Valley Electric», Фэрбанкс

Одной из крупнейших работающих с 2010 года систем расположена в городе Фэрбанксе и принадлежит компании «Golden Valley Electric». Из-за больших расстояний электросети Аляски работают в автономном режиме и не соединены напрямую с соседней североамериканской сетью. Аккумуляторная электростанция с максимальной мощностью в 27 МВт используется для стабилизации электросети, покрытия пиковых потребностей и компенсации реактивной мощности. Она была введена в работу в 2003 году и состояла из 13760 никель-кадмиевых батарей, выстроенных в четыре линии. Никель-кадмиевые элементы были созданы компанией «Saft Groupe S.A.», а инверторы – компанией «ABB Group».

Система компании «BYD», Гонконг

Китайская компания «BYD» управляет аккумуляторными блоками с емкостью в 40 МВт-ч и максимальной мощностью в 20 МВт, расположенными в Гонконге. Крупная электростанция используется для смягчения пиков загрузки при потребностях в энергии. Таким же образом она способствует частотной стабилизации в сети. Батареи состоят, в общей сложности, из почти 60000 отдельных литий-железо-фосфатных элементов, каждый из которых способен хранить 230 ампер-часов. Проект стартовал в октябре 2013 года, а в июне 2014 года он был запущен в эксплуатацию. Три месяца понадобилось для постройки этой электростанции. Применение разницы цен между загрузкой и разгрузкой электричества днем и ночью, избежание использование электросетей в пиковые периоды и получение дохода с таких услуг, как частотная стабилизация, позволяет использовать эту систему без дотаций. На данный момент рассматривается три места для постройки электростанции с пиковой мощностью в 1000 МВт и емкостью в 200 МВт-ч.

Аккумуляторная электростанция в Шверине

Немецкая энергокомпания «WEMAG» пользуется аккумуляторной электростанцией в Шверине с ионно-литиевыми батареями для компенсации кратковременных колебаний мощности. Поставщиком электростанции является берлинская компания «Younicos». Южнокорейская компания «Samsung SDI» поставила ионно-литиевые элементы. По состоянию на сентябрь 2014 год энергоячейка была способна хранить 5 МВт-ч и выдавать мощность в 5 МВт. Аккумуляторная электростанция состоит из 25600 литий-марганцевых элементов и примерно пяти трансформаторов среднего напряжения с региональным распределением, соединенных с расположенной рядом высоковольтной сети в 380 кВ.

Фотоэлектрическая и комбинированная электростанции

Существующая фотоэлектрическая электростанция Альтдэйбер близ Витштока (федеральная земля Бранденбург) дает Германии 2 МВт-ч электроэнергии. Особенностью здесь является то, что здание было доставлено и установлено в контейнерах для немедленного использования на месте без основных строительных работ. Электростанция использует свинцово-кислые батареи.

Гибридная аккумуляторная электростанция в Брадерупе

С июля 2014 года энергокомпания «Nord GmbH & Co. KG» использует крупнейшие гибридные батареи в Европе на электростанции в Брадерупе (федеральная земля Шлезвиг-Гольштейн). Система состоит из ионно-литиевых (мощность – 2 МВт, емкость – 2 МВт-ч) и проточных ванадиевых аккумуляторов (мощность – 330 кВт, емкость – 1 МВт-ч). Используются ионно-литиевые модули от «Sony», проточные аккумуляторы сделаны компанией «Vanadis Power GmbH».

Накопительная установка соединена с местным ветропарком (18 МВт мощности). В зависимости от силы ветра и состояние заряда каждая батареи системы, разработанной «Bosch», распределяет выработанную ветрогенераторами энергию к нужной батареей. Компания «Bosch» также отвечают за воплощение проекта и интеграцию системы. Гибридная батарея подключена к энергосистеме десятикилометровым подземным кабелем. В случае перегрузки сети батареи запасают энергию с ветропарка и возвращают ее электросети в более подходящее время. С помощью этого метода сбой в работе ветрогенераторов во время перегрузки сети может быть исключен, поэтому энергия ветра не пропадет зря.

Аккумуляторная электростанция в Дрездене

Коммунальные службы Дрездена (Германия) начали использовать электростанцию с пиковой мощностью в 2 МВт 17 марта 2015 года. Стоимость проекта составила 2,7 миллиона евро. Применяются литий-полимерные батареи. Батареи также содержат систему управления, развернутую в двух 13-метровых контейнерах и способную хранить в общей сложности в 2,7 МВт-ч. система разработана для компенсации выработки пиковых мощностей расположенной неподалеку солнечной электростанции.

Аккумуляторная электростанция «Фельдхайм»

Аккумуляторная электростанция «Фельдхайм» мощностью в 10 МВт и емкостью в 6,5 МВт-ч, расположенная в федеральной земле Бранденбург (Германия), была введена в эксплуатацию в сентябре 2015 года. Стоимость проекта составила 12,8 миллионов евро. Электростанция обеспечивает энергией электросеть в целях компенсации колебаний мощности ветряных и солнечных электростанций. Здание принадлежит компании «Energiequelle».

Проект электростанции «Эфоник»

Компания «Эфоник» планирует построить шесть аккумуляторных электростанций с мощностью 15 МВт и ввести их в эксплуатацию в 2016—2017 годах. Они будут расположены на месте электростанций городов Херне, Люнен и Дуйсбург (Северная Рейн-Вестфалия) и Бексбах, Фене и Вайхер (Саар).

Электростанции «Гранд Ридж» в штате Иллинойс и «Бич Ридж» в штате Западная Виргиния (США)

Крупнейшими аккумуляторами энергии в США являются аккумуляторы электростанции «Гранд Ридж» мощностью в 31,5 МВт (щтат Иллинойс) и аналогичную по мощности в батарею электростанции «Бич Ридж» (штат Западная Виргиния). Обе электростанции используют ионно-литиевые батареи.

Проект электростанции емкостью в 400 МВт-ч от компании «California Edison»

По состоянию на 2015 год на стадии строительства находится еще одна электростанция компании «Southern California Edison». Способная хранить до 400 МВт-ч (100 МВт в течение 4 часов), она представляет собой систему ионно-литиевых батарей, разработанную компанией «AES Energy». «California Edison» считает цены аккумуляторных электростанций сравнимыми с ценами других электрогенераторов.

Проект электростанции емкостью в 52 МВт-ч на острове Кауаи (штат Гавайи)

По состоянию на 2015 год строится электростанция на острове Кауаи для обеспечения энергией солнечной электростанции мощностью в 13 МВт. Этот проект уменьшает зависимость от полезных ископаемых на острове.

Электростанция в Индонезии (емкость – 250 МВт-ч)

В наши дни в Индонезии строится аккумуляторная электростанция емкостью в 250 МВт-ч. Около 500 деревень будут обеспечиваться ее энергией, так как все последнее время они зависели от поставок нефти. В прошлом цены очень сильно колебались, что провоцировало частые отключения энергии. Сейчас же энергия будет вырабатываться ветряными и солнечными электростанциями.

Аккумуляторная электростанция Нотрис (штат Техас, мощность 36 МВт)

В коммуне Нотрис (штат Техас) расположена электростанция с одним аккумулятором, состоящим из свинцово-кислых батарей общей мощностью в 36 МВт, достаточной для 40 минут передачи энергии.

Аккумуляторная электростанция в Германии из бывших в употреблении батарей (емкость – 13 МВт-ч)

В Германии из бывших в употреблении батарей электромобилей строится аккумулятор емкостью в 13 МВт-ч. Ожидаемый повторный срок службы – 10 лет, после чего их ждет переработка.

Аккумуляторная электростанция в Онтарио (53 МВт-ч)

К концу 2016 года в Онтарио (Канада) будет построена аккумуляторная электростанция емкостью в 53 МВт-ч и мощностью в 13 МВт. Швейцарский производитель батарей «Leclanche» будет снабжать электростанцию продукцией. Планировкой и постройкой электростанции будет занята компанией «Deltro Energy Inc.». Заказ был размещен оператором сети «IESO». Электростанция будет использоваться для быстрого обслуживания электросетей, в основном – для управления напряжением и реактивной энергией. В Онтарио и окружающих районах существует много ветряных и солнечных электростанций, из-за чего объемы электроэнергии крайне отличаются.

Электростанция со специальным контролем в южной Англии

В южной Англии для демонстрационных целей была установлена электростанция с емкостью в 0,6 МВт-ч и мощностью в 0,3 МВт, представляющая собой 1400 литиевых элементов, смонтированных в контейнере. Особенностью ее является управление режимом хранения энергии. Тогда как электростанции подобного рода обычно используют одну модель получения дохода — обеспечение управления энергией, являющееся крайне малым сегментом рынка, эта электростанция использует три модели получения дохода. Накопитель был установлен сразу после солнечной системы. Таким образом, солнечную систему можно сделать больше, чем электросеть, фактически, допускающая лишь первую модель получения дохода. Накопитель принимает пиковый входной сигнал солнечной электростанции, предотвращая, таким образом, траты на дальнейшее расширение электросети. Вторая модель позволяет забрать пиковую нагрузку электросети и передать ее обратно, если необходимо стабилизировать электросеть. В рамках третей модели возможно хранение энергии и передача ее электросети по пиковым ценам. Проект получил награду, как лучшая инновация.

Южная Корея

С января 2016 в Южной Корее работает три аккумуляторных электростанции. Из них две – новые системы, первая из которых имеет мощность в 24 МВт и емкость в 9 МВт-ч, а вторая – 16 МВт и 6 МВт-ч соответственно. Они используют батареи на основе никельмарганцевого кобальтита лития, а более старые системы, мощностью в 16 МВт и емкостью в 5МВт-ч, в течение нескольких месяцев служат в качестве вспомогательных средств. Их батареи – на основе титаната лития. Все системы имеют общую мощность 56 МВт и служат южнокорейской компании общественного пользования «KEPCO» для регулирования частоты. Накопители поставляются компанией «Kokam». После завершения в 2017 году система должна получить мощность в 500 МВт. Три законченных накопителя уменьшили годовые расходы на топливо примерно на 13 миллионов долларов, а также – уменьшили выбросы парниковых газов. Следовательно, сэкономленные на топливе средства серьезно превысили стоимость аккумуляторных электростанций.

Электростанция для Сообщества коренных жителей в Австралии

Существующая энергосистема Сообщества коренных жителей в Австралии, состоящая из фотоэлектрической системы и дизельного генератора, будет преобразована в гибридную путем добавления ионно-литиевой батареи. Ее емкость – 2 МВт-ч, мощность – 0,8 МВт. Она будет накапливать избыточную солнечную энергию, и принимать такие функции формирования сети, как управление сетью и стабилизация дизель-генераторов. Таким образом, дизель-генераторы можно будет отключать в течение дня, что приведет к уменьшению расходов. Более того, серьезно возрастет доля возобновляемой энергии в гибридной системе. Система является частью плана по преобразованию энергосистем коренных сообществ Австралии.

Электростанция для Азорских островов (Грасиоза, Португалия)

Электростанция емкостью 3,2 МВт-ч была построена на Азорских островах в районе Грасиозы. Вместе с фотоэлектрической системой мощностью в 1 МВт и ветроэлектростанцией мощностью в 4,5 МВт, остров стал почти полностью независимым от используемых ранее дизель-генераторов. Старая электростанция служит лишь в качестве запасной системы на случай, если ветряная и солнечная электростанции долго не смогут вырабатывать энергию из-за плохой погоды. Резкое снижение импорта дорогостоящего дизтоплива говорит о том, что энергия стала дешевле, чем раньше. Полученная, таким образом, прибыль распределяется поровну между инвестором новой электростанции и конечными потребителями.

Электростанция в Калифорнии (80 МВт-ч)

В сентябре-декабре 2016 года «Tesla» построила мощности для накопителя энергии в электросети компании «Southern California Edison» емкостью 80 МВт-ч при мощности в 20 МВт. Это значит, что накопительная электростанция на сегодня является одним из крупнейших на рынке. Также «Tesla» установила 400 модулей «Powerpack-2» на трансформаторной подстанции Мира Лома в Калифорнии. Емкость служит для хранения энергии при низкой загрузке сети и ее передачи электросети при пиковой нагрузки. Ранее применялись газовые электростанции.

Электростанция в Японии (300 МВт-ч)

Корпорация «Mitsubishi» построила аккумуляторную электростанцию в Будзене (префектура Фукуока, Япония) емкостью 300 МВт-ч и мощностью в 50 МВт. Она служит для стабилизации работы сети и компенсации колебаний, причиняемых возобновляемых источников. Аккумулятор работает в энергетическом диапазоне ГАЭС. Батареи смонтированы в 252 контейнерах. Электростанция занимает площадь в 14000 м2.

Крупнейшие сеточные батареи

  1. Подстанция в Будзене. Дата запуска – 3 марта 2016 года. Емкость – 300 МВт-ч. Мощность – 5 МВт. Длительность работы – 6 часов. Тип – серно-натриевая. Страна – Япония.
  2. Подстанция в Эксондидо. Дата запуска – 24 февраля 2017 года. Емкость – 120 МВт-ч. Мощность – 30 МВт. Длительность работы – 4 часа. Тип – ионно-литиевая. Страна – США.
  3. Подстанция в Помоне. Дата запуска – январь 2017 года. Емкость – 80 МВт-ч. Мощность – 20 МВт. Длительность работы – 4 часа. Тип – ионно-литиевая. Страна – США.
  4. Подстанция в Мира Ломе. Дата запуска – 30 января 2017 года. Емкость – 80 МВт-ч. Мощность – 20 Мвт. Длительность работы – 4 часа. Тип – ионно-литиевая. Страна – США.
  5. Подстанция в Минамисоме. Дата запуска – февраль 2016 года. Емкость – 40 МВт-ч. Мощность – 40 МВт. Тип – ионно-литиевая. Страна – Япония.

Развитие рынка

В США рынок аккумуляторных электростанций в 2015 году вырос на 243 % в сравнении с 2014 годом. В 2016 году британский энергоконцерн «National Grid» независимо от Америки заявил о поиске технологии с управляющей мощностью в 200 МВт для увеличения стабильности системы. В этом случае на торгах выиграют лишь аккумуляторные электростанции

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
«Проагрегат»