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.
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.
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.
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 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.