Современные системы аккумулирования энергии

По мере продвижения технического прогресса роль мощности и бесперебойности сетевого снабжения потребителей электроэнергией сильно возрастает. Причём иногда проблема состоит не столько в отсутствии нужной выработки, сколько в неравномерности потребления, которая в случае питания от возобновляемых источников усугубляется ещё и их собственными естественными колебаниями.

Солнечные батареи с накопителем энергии

Зачем накапливать энергию

Естественным выходом из ситуации становится сглаживание неравномерностей, превращение потока мощности из пульсирующего в плавное течение. Для этого в технике принято использовать накопители. Они принимают на себя избыток мощности источника, когда потребление небольшое, и обеспечивают частично или полностью возросшую нагрузку если у источника не хватает сил, или вообще наступил перерыв. Примеров тому много:

  • сезонные, погодные и суточные провалы мощности ветрогенераторов и солнечных батарей;
  • аналогичные колебания запросов потребителей;
  • работа в энергодефицитных районах;
  • необходимость обеспечения нужного качества электроэнергии;
  • требования по бесперебойности;
  • чисто экономические причины – инвестиционная активность, регулировка стоимости энергии, внедрение возобновляемых технологий.

Система резервирования мощностей не может решить подобные проблемы из-за низкого быстродействия, высоких непроизводительных затрат и плохой экологичности. 

Ряд накопительных АКБ для электроэнергии

Как можно реализовать накопитель

Собирать и хранить энергию можно разными способами, вопрос только в выборе по экономической эффективности, перспективности и уровню потерь в работе:

  • механические и гравитационные устройства, накапливающие кинетическую и потенциальную энергию;
  • тепловые и пневматические, сжатие газов, нагрев веществ с высокой теплоёмкостью;
  • выработка топлива, например, водорода или метана;
  • накопление электрического заряда в аккумуляторах или конденсаторах.

Последний способ представляет особый интерес в перспективных и уже действующих разработках, поскольку обеспечивает высокий КПД и относительную простоту управления.

Контейнеры для накопления электроэнергии

Практические конструкции

Реализовать накопитель на основе аккумуляторов можно по модульному принципу, обеспечив набором однотипных устройств нужную мощность. В качестве первичного элемента используют самые различные типы батарей, от традиционных и недорогих свинцово-кислотных, до самых передовых литий-ионных, проточных и твердотельных ячеек. Типовой контейнер для хранения энергии должен включать в себя:

  • оболочку блочного или контейнерного типа;
  • управляющие интерфейсы к системам контроля уровней станции и сети;
  • силовые инверторы с фазовой синхронизацией;
  • ячейки и модули аккумуляторных батарей с системой обслуживания.

Характеризуется накопительный контейнер установленной мощностью, энергетической ёмкостью и возможностями сетевого подключения. Их можно набирать в системы неограниченной мощности и объёма запасаемой энергии. Потребность определяется по результатам обсчёта компьютерной модели объекта. 

Пример использования накопителя энергии

Пример экономической эффективности

Один из самых известных крупных накопителей установлен в Австралии. При мощности около 100 МегаВатт и ёмкости накопителя порядка 130 МегаВатт-час инвесторы утверждают, что уже за полгода эксплуатации они на четверть окупили затраты. Связано это именно с отказом от необходимости хранения резервных вырабатывающих мощностей.

Накопители объединяют энергию, вырабатываемую уменьшающейся долей тепловых станций и растущим парком ветряных и солнечных генераторов. Потребитель получает бесперебойное снабжение высококачественной энергией стабильного напряжения и частоты. Неожиданный эффект от использования даже таких дорогих литиевых накопителей мгновенно привлёк внимание как частных инвесторов, так и государственных служб.