Создан проект по производству автономных систем хранения энергии - kupihome.ru

Содержание

Создан проект по производству автономных систем хранения энергии

Системы хранения энергии

Системы хранения энергии

Эффективное использование мировых энергетических ресурсов зависит не только от способов их использования, но и от методов хранения выработанной энергии. По прогнозам аналитиков GMT Research объем рынка хранения энергии активно развивается и уже в 2020 году в 26 раз превысит показатель 2014 года. В 2015 году примерно 16% от общего объема рынка пришлось на домашние системы хранения энергии. Это обусловлено тем, что при размещении солнечной или ветряной электростанции желательно устанавливать также и систему хранения энергии, поскольку электроэнергия из возобновляемых источников энергии вырабатывается неравномерно на протяжении дня. К примеру, солнечная энергия вырабатывается только днем, но использоваться она должна на протяжении всего дня. Или выдался пасмурный день, а генерация составила существенно меньше, чем ежедневное потребление вашего домохозяйства. Именно для таких случаев и предназначены системы хранения энергии.

Технологии хранения энергии

Сегодня на рынке систем хранения энергии наиболее распространена литий-ионная технология. К примеру, в 2015 году в 95% случаев применялись литий-ионные аккумуляторы. Они также широко используются на потребительском рынке и на рынке автомобилей, где устанавливаются в гибридных или полностью электрических транспортных средствах. Цены на литий-ионные батареи снижаются, их безопасность повышается, они хорошо себя показывают в системах, где необходимо большое количество энергии в течение короткого периода (силовые установки), и в системах, которые требуют меньшее количество энергии в течение более длительного периода. Таким образом литий-ионные аккумуляторы подходят для хранения энергии любым потребителям — от крупных коммунальных предприятий, занимающихся передачей и распределением энергии, до индивидуальных коммерческих и жилых объектов.

Однако полезность литий-ионной технологии необходимо дополнительно оговаривать. Во-первых, очень важно, чтобы эксплуатационные характеристики разных типов литий-ионных батарей соответствовали поставленным задачам. Например, для больших электростанций одна модель аккумулятора может быть на 80% эффективнее, чем другая из-за способности АКБ быстро заряжаться и разряжаться. Во-вторых, в некоторых частных случаях другие технологии могут работать лучше. Например, для управления системой заряда и хранения энергии в жилых системах свинцово-кислотные батареи могут оказаться более эффективными. А для крупномасштабных электростанций щелочные батареи являются более экономичными, но только для коротких периодов зарядки и разрядки (быстрее одного часа).

Основные характеристики систем хранения энергии

Одной из главных характеристик для любых систем хранения энергии является полезная емкость. Этот параметр системы накопления энергии зависит от номинальной мощности, допустимой глубины разряда и уменьшения емкости аккумулятора с течением времени. Например, Adara Power предлагает систему хранения энергии для домохозяйств номинальной мощностью аккумулятора 8,6 кВт⋅ч. При этом, заявленная максимально допустимая глубина разряда для этой системы составляет 75%. Следовательно, полезная емкость аккумуляторов Adara составляет 6,45 кВт⋅ч. В то же время прямой конкурент — Tesla — выпускает системы хранения энергии Powerwall, которые имеют допустимую глубину разряда в 100%. Для них полезная емкость будет равна номинальной (7 или 10 кВт⋅ч).

Тем не менее, номинальная емкость аккумулятора заявлена только на первый день их работы. С течением времени полезная емкость будет медленно уменьшаться из-за износа. Количество циклов, на которое рассчитана система, это характеристика долговечности аккумулятора. Срок службы батареи сильно зависит от характера использования. К примеру, производитель может оценить срок жизни одной и той же батареи в 4000 циклов при глубине разряда в 70% или в 3000 циклов при глубине разряда 85%. Клиенты должны иметь доступ к таким данным, однако на практике эти данные практически невозможно найти.

Знать количество циклов при разных условиях использования важно с точки зрения максимизации отдачи аккумулятора для клиента. К примеру, Sonnen дает гарантию на все свои системы хранения энергии SonnenBatterie в виде «10 000 циклов или 10 лет». При использовании такой системы в обычном режиме вы получаете лишь порядка 3650 циклов за 10 лет. Таким образом, чтобы приблизиться к 10 000 циклов в течение гарантийного срока вы должны осуществлять порядка 3 циклов в день, для чего потребуются специальные условия. Примером может послужить использование системы, не только для собственного потребления, но и для продажи электроэнергии в сеть.

Бизнес-модели для систем хранения энергии

Существует несколько экономических сценариев для владельцев систем хранения энергии, рассмотрим их ниже.

Автономная домашняя электростанция

В этом случае вы используете вашу систему хранения энергии, чтобы хранить выработанную энергию для своих нужд и сделать ваш дом энергонезависимым. Избыток генерируемой энергии в течение дня хранится в системе аккумуляторов для потребления в ночное время. Однако для таких систем необходим дополнительный контроль количества выработанной энергии, также желательно наличие резервного источника питания. В сущности, такая система хранения энергии должна рассчитывать потребление энергии домохозяйством в режиме реального времени для оптимизации производства электроэнергии. Кроме того, система должна сокращать генерацию, когда количество вырабатываемой энергии превышает объем системы хранения. Такой вариант размещения является выгодным при желании клиента стать полностью энергонезависимым или в регионах с высокой стоимостью электроэнергии.

Резервная домашняя электростанция

Этот вариант энергосистемы будет интересен для домохозяйств, расположенных в регионах, имеющих проблемы с поставками энергии. Электростанция производит электричество только до полного заполнения системы хранения, после чего выключается. В результате к моменту отключения питания вы имеете всегда полностью заряженную систему аккумуляторов, а также можете при необходимости вырабатывать электроэнергию самостоятельно. В таком случае вам необходимо рассчитать количество энергии, необходимое для обеспечения дома в периоды отключения электричества и установить соответствующих размеров систему хранения энергии.

Сетевая домашняя электростанция

В таком случае вы преследуете цель продавать вырабатываемую энергию выше цены, по которой вы покупаете ее у государства. В условиях Украины такое решение является довольно выгодным, поскольку государство обязано выкупать у вас электроэнергию по «зеленому» тарифу, который привязан к стоимости евро. Чтобы продавать электричество напрямую вам не понадобится устанавливать систему хранения энергии, что позволяет значительно сэкономить.

Феномен отрицательных цен на электроэнергию

Отрицательные цены на электроэнергию являются относительно новым явлением на оптовых рынках электроэнергии. Впервые они были замечены на немецком дневном рынке в 2007 году и в настоящее время довольно редки, но в 2012 году при формировании цен на следующий день были 56 часов в 15 различных дней, когда цены опускались до отрицательных значений. Это означает, что поставщики электроэнергии должны были платить потребителям, чтобы последние использовали поставляемое им электричество. Такое явление возникает, когда подаче электроэнергии соответствует исключительно низкий спрос и поставщик решает, что расходы, связанные с выключением и перезапуском всей системы питания, больше, чем расходы, связанные с оплатой внешней стороне для использования произведенной электроэнергии. Отрицательные цены на электроэнергию указывают на негибкость существующего режима, и их появление отражает необходимость в системах хранения энергии. Их присутствие должно стимулировать рынок хранения энергии: вместо того, чтобы покупать энергию и затем продавать ее в более поздний период, обладатель системы хранения энергии может «купить» энергию (за которую ему заплатит поставщик) и потом продать ее позже, получая, таким образом, двойную выгоду. При этом факт установки систем хранения энергии будет толкать цены вверх и достаточно большой рынок хранения энергии сам по себе приведет к исчезновению отрицательных цен на электроэнергию.

Приведенный в данной статье материал позволяет сделать несколько важных выводов:

Во-первых, системы хранения энергии уже имеют экономический потенциал при выполнении некоторых условиях. Про это часто забывают, не учитывая государственные дотации для проектов по хранению энергии и экономические потери от перебоев в подаче электроэнергии.

Во-вторых, при проектировании системы хранения энергии необходимо решить какая технология (литий-ионная, свинцово-кислотная, щелочная или другая) больше подойдет для достижения ваших целей. Стратегия с использованием нескольких технологий будет стоить дороже, но и позволит вашей системе быть более гибкой.

Наконец, наиболее важный вывод заключается в следующем: развитие рынка систем хранения энергии может перевернуть существующую модель энергетического обеспечения мира. Сегодня нетрадиционная энергетика используется в основном для удовлетворения мгновенной потребности в энергии. Системы же хранения энергии помогают сглаживать разницу между периодами генерации энергии и нагрузки на сеть. Со временем, возобновляемые источники энергии будут все больше и больше заменять привычные уголь и газ.

«Технологии хранения энергии: в ожидании прорыва»

Проблема аккумулирования энергии сейчас является одной из ключевых для всей мировой энергетики. Современные технологии способны обеспечить достаточный уровень генерации, однако отсутствие экономически эффективных технологий хранения остаётся, и оно ограничивает возможности трансформации сектора. Об основных мировых тенденциях и наиболее интересных российских разработках в этой области рассказывает заместитель председателя правления УК «Роснано» Юрий Удальцов.

Мир уже в конце XIX века освоил понятную механическую технологию хранения энергии: сейчас ежегодно в мире в строительство новых гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) вкладывается $7–10 млрд, их общая установленная мощность – более 300 ГВт. Принцип работы ГАЭС прост: когда нужно запасать электроэнергию, насос перекачивает воду в верхнее водохранилище. Когда нужно выдать электроэнергию в сеть – вода под действием силы тяжести сбрасывается вниз на турбину. Такой манёвренный источник генерации необходим для регулирования частоты в энергосистеме: при снижении потребления включаются насосы – при увеличении потребления происходит сброс воды. В период низкого спроса на энергию она расходуется на перекачку воды в верхний резервуар – в период высокого спроса происходит выработка энергии и ее поставка в сеть.

Читать еще:  Обзор sony xperia x compact: характеристики и возможности смартфона

Однако повсеместному внедрению технологии ГАЭС мешает несколько фундаментальных проблем. Проблема первая – необходимость подбора естественного рельефа с большим перепадом высот. Проблема – потребность затопить огромную площадь под озеро (площадь только верхнего басcейна Загорской ГАЭС в Подмосковье – около 2,6 кв. км), что ведёт как к снижению КПД из-за испарения воды, так и к локальным экологическим последствиям.

В отсутствие рельефа научились строить искусственные насыпи и водоёмы, так называемые turtleneck (в переводе – «водолазка»), где вода сливается в специально построенный цилиндр, как в горлышко. На ГАЭС данного типа в Орландо (США) два года назад произошла крупная авария, в результате которой под угрозой затопления оказались соседние населённые пункты.

Жизнь заставила копить

Мировая энергетика пытается найти другие решения по хранению энергии, более простые с инженерной точки зрения и меньшей мощности, чем ГАЭС. По прогнозам мирового аналитического агентства Navigant Research, к 2025 году суммарная установленная мощность систем накопления энергии в мире увеличится по отношению к 2016 году почти в 20 раз – до 22 ГВт (без учёта ГАЭС; среднегодовой рост – 38,7%). Мировой рынок систем накопления энергии к 2025 году достигнет $75 млрд, если брать в расчёт накопители на электротранспорте.

За последние несколько лет в мире произошло два события, усилившие значимость систем хранения в энергетике. Во-первых, увеличение мощности ВИЭ привело к проблемам с регулированием частоты. В Германии произошла авария с системными последствиями из-за сильного ветра на Северном море и работы ветропарков на полную мощность.

Выработка возобновляемых источников непредсказуема, их диспетчеризация невозможна. Из-за этого страдает экономика: например, немцы вынуждены платить соседям за потребление энергии с немецких ВЭС в случае избыточной выработки. При наличии доплаты энергетики соседних стран запасают её на собственных ГАЭС. В Великобритании дошло до того, что в некоторых районах владельцам ветряков доплачивают, чтобы их не включали в сеть в отдельные часы.

Второй мощный сигнал для инвесторов – первые крупные заказы на системы централизованного хранения энергии. Так, Калифорния около двух лет назад провела тендер на строительство 1,3 ГВт хранения за счёт любых решений. Подобные заказы свидетельствуют, что технологии промышленного хранения будут неизбежно развиваться и пользоваться спросом.

Пока единое решение высокой ёмкости смог представить только Илон Маск, поставив в Австралию накопитель мощностью 100 МВт. Он эксплуатирует идею удешевления батареек за счёт вторичного использования – то есть после использования аккумуляторов в течение двух-трёх лет в автомобилях, немного «деградировавшие» батарейки почти бесплатно достанутся энергетикам. Но для масштабного развития таких систем нужен как минимум огромный парк легковых электромобилей, ёмкость аккумуляторов которого будет сопоставима с потребностями энергосистемы в централизованном хранении.

Фокус на электрохимии

Наибольшие усилия в мире пока сконцентрированы в области электрохимических технологий хранения, построенных на взаимодействии двух электродов и специальной жидкости – электролита (в последнее время ведётся много работ по использованию не только жидкого, но и твёрдого электролита). По этому принципу работают уже известные свинцовые, щелочные и семейство литиевых аккумуляторов.

Интересное решение предлагают проточные батареи, которые имеют увеличенную ёмкость, за счёт применения двух банок с электролитом – заряженным и разряженным. В них электролит «прокачивается» между электродами. Американская Primus Power, в которую два года назад Российско-Казахстанский фонд нанотехнологий (РКФН, его соучредитель – «Роснано») инвестировал $5 млн, внедряет проточные системы накопления на ВИЭ-объектах в Казахстане.

Главная проблема всех электрохимических технологий – ограниченный ресурс, то есть количество циклов заряда и разряда, после которых батареи начинают садиться, поскольку реакция не полностью обратима. Любые батарейки постепенно деградируют и перестают работать. Даже у лучших образцов ресурс достигает 3–10 тысяч циклов. Соответственно, если цикл заряда/разряда происходит хотя бы раз в день, то срок службы составит около 8 лет, два раза в день – аккумулятор прослужит только 4 года. Энергетика мыслит длинными циклами, а значит, решение будет относительно дорогим с учётом необходимости замены ячеек. При этом ёмкость хранилища может быть любой – она варьируется количеством ячеек.

Сегодня стоимость электрохимических накопителей колеблется в диапазоне от $350 до $500 за 1 кВт•ч хранения с учётом комплексного решения. Они постоянно дешевеют, но пока непонятно, за счёт чего произойдёт дальнейшее значительное удешевление в электрохимии. Пока основную ставку делают на технологии «литий – сера» и «литий – воздух», но они не дошли до промышленного использования.

Ключевое преимущество электрохимии перед механическими накопителями – высокая плотность хранения энергии, что сокращает вес и объём аккумулятора. Компактность решений позволяет применять их в мобильных объектах – электропоездах, погрузчиках, автомобилях, скутерах, велосипедах, а также в самолётах и дронах.

Литий-ион вытесняет дизель

В январе 2017 года «Россети» и «Хевел» запустили первую автономную гибридную энергоустановку (АГЭУ) в селе Менза Забайкальского края, снабжающую три посёлка. АГЭУ состоит из солнечных модулей общей мощностью 120 кВт, двух дизельных генераторов по 200 кВт каждый и накопителя ёмкостью 300 кВт•ч. Экспериментальное технологическое решение привело к снижению потребления привозного дизтоплива в три раза. Решение может быть масштабировано в изолированных энергорайонах Дальнего Востока. Применение АГЭУ там практически всегда приводит к снижению стоимости электроэнергии на фоне дорогого дизеля, установка гарантированно окупается через механизм энергосервисного контракта при текущих тарифах. Сейчас «Роснано» обсуждает развитие сотрудничества по АГЭУ с «Хевелом».

В настоящий момент дочернее предприятие «Роснано» – «Лиотех» ведёт работу над созданием передвижного накопителя на базе КамАЗа, который бы позволял сетевой организации компенсировать пики нагрузки в центре и добавлять мощность локально, в случае ограничений при проведении аварийных работ, либо временном увеличении потребления. Грузовик может оперативно запитать около 150 кВт до 4 часов в любой транспортно доступной точке. До сих пор в таких ремонтных схемах использовались дизель-генераторы, но подобные решения не всегда приемлемы в крупных городах, так как создают много неудобств горожанам. Мобильное решение с накопителем для сетевой компании в расчёте на жизненный цикл уже обходится не дороже эксплуатации дизель-генераторов.

Особняком на фоне общей увлечённости электрохимией стоят редкие энтузиасты электромеханики. Среди них – проект «Энергозапас», базирующийся в наноцентре «Сигма» (входит в ФИОП, группа «Роснано») в Новосибирске. Он разрабатывает гравитационный накопитель, построенный на параллельной работе большого количества лифтов. На самом деле любой лифт является накопителем энергии, поэтому OTIS давно начал выпускать лифты с рекуперацией (вторичным использованием энергии в процессе торможения). Также используются автомобили с рекуперацией, они тоже тормозятся за счёт накопления энергии.

Пять лет «Энергозапас» отбирал наиболее жизнеспособные концепты с высоким собственным КПД: вагонетки на склоне карьера, гидравлика, электромотор. Оказалось, что использовать максимально тяжёлые грузы и поднимать их высоко – это принципиально, иначе будет теряться много энергии на разгоне и торможении. Нужно сделать как можно длиннее «полезный пробег» лифта, но чем выше здание, тем дороже его удельная стоимость. Золотое сечение между уровнем КПД, стоимостью и высотностью проходит, как мы выяснили, примерно на 300 м (выше рост КПД не оправдывает стоимость здания). Целевая стоимость хранения – $250 за 1 кВт•ч, что, по нашим расчётам, чуть дешевле ГАЭС. Дальнейшее снижение возможно за счёт крупного заказа электромеханических компонентов у единого поставщика.

Перед инженерами «Энегрозапаса» стояла задача максимально удешевить здание, чтобы конструкция выигрывала по стоимости у ГАЭС. Надо понимать, что гравитационный накопитель – это лёгкое нежилое здание, в нём не нужны окна, двери, твёрдые стены, глубокий фундамент и перекрытия. Достаточно обеспечить тепловую изоляцию и ветрозащиту. Даже с учётом тяжёлого груза на большой высоте проблема устойчивости здания решается шириной стен: здание будет похоже на широкий конусовидный цилиндр. Кроме того, тяжёлые грузы на высоте выполняют роль сейсморегулятора и термостата (медленно остывают).

Для проверки эффективности разработанных решений «Энергозапас» планирует построить опытно-промышленную установку высотой 80 м, при этом движущиеся грузы будут уже в натуральную величину, как для 300-метрового здания. Энергетическая ёмкость установки экспериментальная – 4–5 МВт на 12–15 минут хранения. Пока определяется площадка в границах Московской области. На последнем заседании в 2017 году Национальная техническая инициатива поддержала реализацию проекта.

Отказ от манёвренности

Появление большого количества накопителей фундаментально меняет саму энергосистему. Пока для регулирования частоты диспетчер закладывает большой резерв мощностей, чтобы покрывать пики в отдельные часы, что приводит к низкой загрузке станций.

С появлением промышленных накопителей, по сути – складов электроэнергии, графики выработки и потребления можно развести и сделать комфортными каждой стороне. Это фундаментально меняет и рынок электроэнергии, и рынок энергомашиностроения, ориентированного на манёвренность. Если в ней не будет необходимости, достаточно поставить в базовый режим работы АЭС и не содержать «запасные» мощности. Для любой генерирующей установки нет ничего лучше ровного графика, это как в автомобиле: при ускорении резко растёт расход топлива и при дёрганой езде бензин расходуется неэффективно. При постоянной «скорости» удельный расход топлива оптимальный: у электростанций КИУМ он может достигать 70–80% и могут сокращаться расходы на ремонты. Неминуемо трансформируются и расчёты на рынке электроэнергии и мощности: бессмысленно вести почасовые торги при ровном графике и оплачивать лишние мощности. Постепенно будет возникать развилка: строить новую станцию для покрытия максимального спроса или достаточно присоединить накопитель к существующей генерации?

Но это довольно отдалённое будущее, до него осталось около 20 лет. Если представить, что энергетика резко перейдёт на накопители, то российской энергосистеме потребуется всего 15 ГВт хранения, чтобы полностью развязать производство и потребление при общей установленной мощности в ЕЭС России около 200 ГВт. Конечно, процесс перехода на накопители будет инерционным из-за приоритета потребления органического топлива – угля и газа.

Один из самых экзотических способов – хранилище на сжатом воздухе. Идея заимствована у газовых хранилищ: под землёй в карстовую пещеру закачивается воздух под большим давлением, а в нужный момент выпускается. Около 10 лет назад большие надежды возлагали на маховики: тяжёлые конструкции на магнитных подвесках вращаются с минимальным трением, сохраняя энергию или передавая её генератору. Маховики получились, как правило, совсем небольшой мощности и за счёт быстрого разгона «прижились» для поддержания частоты.

Читать еще:  Создан портативный вариант аппарата для узи

К числу пока экстравагантных технологий хранения можно отнести и тепловое накопление. Электричество при помощи огромной «соляной банки» переводится в тепло, которое может долго хранится и преобразовываться обратно в электричество. Таким способом можно преобразовывать в электричество и солнечную энергию. Сначала жидкость разогревается на солнце: предварительно на ней фокусируют зеркала, преобразовывают в пар, а затем пар подают на турбину для выработки электричества. Такая станция установлена, например, в Калифорнии.

ОАЭ рассматривает возможность строительства необычной ГАЭС под землёй. За счёт опускания тяжеленного гранитного поршня вода из подземного резервуара загоняется под давлением в узкую трубку, под которой стоит небольшая турбина. Когда нужно потреблять электроэнергию, вода и поршень поднимаются насосами обратно вверх.

Создан проект по производству автономных систем хранения энергии

ПРОБЛЕМА ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ ЗА РУБЕЖОМ И В РОССИИ

Каримов Денис Рафикович

студент 2 курса, факультет электрификации и автоматизации сельского хозяйства ЧГАА, г. Челябинск

Халупо Ольга Ивановна

научный руководитель, канд. пед. наук, доцент ЧГАА, г. Челябинск

Проблема развития альтернативной энергетики, которая основана на использовании энергии воды, ветра, солнца или отопительных установок во всем мире вызывает огромный интерес, и ученые всего мира стараются найти новые технологии, новые устройства, которые могли бы аккумулировать энергию, хранить ее и использовать при необходимости. Этот вопрос волнует многих исследователей, предлагаются различные пути для решения данной проблемы, но пока остается нерешенным этот вопрос, будут проводиться исследования, будут открываться все новые и новые пути решения, предлагаться неординарные методы решения и т. д.

Насущные потребности человека с каждым годом растут, на земле становится все больше и больше людей, постоянно увеличиваются темпы ее потребления, и все это приводит к тому, что становятся необходимы гигантские объемы производства энергии. В настоящее время традиционные источники энергии и технологии их использования уже не могут обеспечивать необходимый уровень энергообеспечения общества, так как они являются невозобновляемыми источниками энергии. И хотя, по оценкам экспертов, природные запасы различных топлив достаточно велики, существует проблема исчезновения или уменьшения естественных запасов при существующих и предсказываемых темпах их разработки. Уже на сегодняшний день ряд месторождений оказывается непригодным для промышленных разработок, а месторождения нефти и газа оказываются на труднодоступных и отдаленных территориях. Многие ученые предполагают, что при использовании таких объемов и темпов увеличения энергопотребления в 3—5 % , запасы могут полностью иссякнуть через 100—150 лет.

Поэтому первостепенной задачей многих стран становится хранение энергии. А одной из главных функций существования хранилищ является соответствие с потребностями клиентов выравнивать подачу энергию, которую получают от ветра, солнца, воды. А также важным является то, какие технологии найдут ученые и выберут энергетические компании. Этот вопрос пока остается открытым не только у нас в России, но и за рубежом. Понятно, что не ожидается какого-либо универсального и приемлемого решения для всех и всего, хотя бы потому что накопители отличаются друг от друга. Одни — предназначены для краткосрочного хранения энергии, другие — для долгосрочного, можно сказать от секунд до нескольких месяцев.

Активный поиск идет по разным направлениям и неважно, в каких странах, развитых или развивающихся, разрабатывается данная проблема, для тех и других этот вопрос имеет немаловажное значение. Например, накоплен богатейший опыт в разных странах в области гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), которые преимущественно сооружаются в гористых или холмистых местностях. И на первый взгляд может показаться, что они идеально подходят для возобновляемой энергетики. И если солнце и ветер генерируют излишки энергии, она начинает использоваться для закачивания воды из одного резервуара в другой, точнее из нижнего в верхний. А когда электропотребление начинает возрастать, вода вновь сбрасывается в нижний резервуар, приводя в движение турбины, которые, в свою очередь, и вырабатывают электричество [5, с. 14]. Одним из недостатков этого способа, этой технологии является низкий КПД (коэффициент полезного действия), так как в течение этого процесса наблюдается потеря энергии почти на треть. Другим недостатком является то, что не везде находятся подходящие места и местности для сооружения таких гидроаккумулирующих электростанций. А тех, которые уже имеются, обладающие суммарной мощностью 7500 мегаватт, хватает практически только для поддержания энергоснабжения каких-либо объектов на несколько часов. И, кроме того, несовершенным является то, что может установиться безветренная погода на долгое время и тогда поддержание энергоснабжения становится проблематичным. Некоторые ученые среди недостатков еще отмечают малую плотность потока энергии, что вынуждает предварительно концентрировать энергетические потоки с больших площадей и создавать громоздкие сооружения для их взаимных превращений. Далее, в основе нетрадиционных источников лежат природные явления, интенсивность которых подвержена сильным колебаниям в зависимости от региона, сезона, времени суток. В результате усложняются системы преобразования энергии, повышается их стоимость [2, с. 4].

Отдельные исследователи считают маховики достаточно перспективным и надежным устройством для хранения энергии. Их изучают, разрабатывают, проводят с ними исследования не одно десятилетие. Например, профессор Н.В. Гулиа предложил новую разновидность маховика, который должен служить именно накопителем энергии. Это не сплошной диск, а сердечник с намотанной на него сотнями и даже тысячами слоев тонкой стальной (впоследствии пластиковой) лентой, заключенный в кожух, внутри которого создавался вакуум, чтобы сократить потери на трение. Как выяснилось, подобные супермаховики могли «вобрать» в себя довольно много энергии на единицу массы, ведь запасаемая ими энергия определялась, прежде всего, предельной скоростью вращения (поскольку была пропорциональна ее квадрату, а от массы зависела линейно), которая в свою очередь была ограничена прочностью выбранного материала [1, с. 90].

Современные устройства супермаховиков с намоткой из углеродного волокна имеют удельную энергоемкость до 130 Вт-ч/кг.. Данные показатели немного уступают лучших литий-ионных аккумуляторов, в то же самое время имеются свои преимущества, заключающиеся в том, что они гораздо дешевле в цене, долговечнее по времени и безопаснее в работе. Это касается не только безопасности персонала, который обслуживает их, но и безопасности для окружающей среды, что очень важно для всех.

Некоторые западные и американские компании также проводили и проводят серьезные исследования в этой области. Так, специалисты американской компании «Beacon Power» разработали набор стационарных супермаховиков, предназначенных для подключения к промышленным энергосетям. Выполнены они из огромного числа слоев сверхпрочных композитных материалов на основе углеродных волокон, так что выдерживают гигантские нагрузки, позволяя в среде с высоким разрежением доводить скорость их вращения до штатных 22,5 тыс. об./мин. Маховики на магнитных подвесках вращаются в цилиндрических емкостях высотой около 1 м (новые модели будут уже выше человека), внутри которых создан вакуум. Масса подобной конструкции может достигать 1 т.На стальном валу маховика (там же —внутри герметичного стального цилиндрического кожуха) расположен ротор обратимой электрической машины —мотора-генератора на постоянных магнитах, который и раскручивает маховик, запасая энергию, или отдает ее, вырабатывая электрический ток, при подключении нагрузки. Расчетный срок службы такой конструкции 20 лет, диапазон рабочих температур от – 40 до + 50°C, она выдерживает землетрясения с магнитудой до 7,6 по шкале Рихтера, иными словами, обладает характеристиками, ныне совершенно нереальными для существующих химических аккумуляторов [6].

Мы полагаем, проблема хранения энергии является одной из важнейших не только в энергетике, но и в науке и в экономике каждой страны. Данный вопрос остается открытым до сих пор, изучается, предлагаются все новые и новые проекты, решения. Очевидно, что будущее возобновляемой энергетики, которая стремительно развивается в течение нескольких десятилетий повсюду в мире, имеет первостепенное значение для многих стран, в значительной мере зависит от решения проблемы — как в промышленных масштабах накапливать электроэнергию. Но так как ее потребление очень часто зависит от того, когда светит солнце и как дует ветер, следовательно, надо уделять больше внимания на создание, реализацию проектов, обеспечивающих практическое применение, производство устройств, которые бы решили данную проблему. Тем более что у человечества уже имеются различные гениальные и перспективные разработки в этом направлении, всё это действительно осуществимо на практике и зависит от нашей инициативы, наших усилий, взаимодействия и сотрудничества друг с другом для того чтобы использовать самые прогрессивные технологии для осуществления данной миссии. Важным моментом здесь является вопрос о том, что осуществляя такую систему снабжения человечества энергией, нужно не забывать о том, чтобы не отравлять атмосферу, не нарушать атмосферные процессы, не перегревать ее, то есть не нарушать привычный нам мир, не навредить. То есть, следует получать энергию только из экологически безопасных и безвредных источников. И в заключение, хочется отметить, что в нашей стране иногда скептически относятся к возобновляемой энергетике и может сложиться так, что пока наша страна решает вопрос о необходимости возобновляемых источников энергии, Европа, по нашему мнению, активно переходит к реализации таких проектов.

Накопительная сила энергии

В России формируется рынок систем накопления энергии — разрабатываются новые технологии, которые должны улучшить инфраструктуру в регионах. К примеру, в России до 2018 года в промышленных масштабах энергию хранили при помощи гидроаккумулирующих станций. Однако этот метод ограничен и сегодня не удовлетворяет потребности всей индустрии. Ученые из Новосибирска в качестве альтернативы разработали накопители электроэнергии на основе литий-ионных аккумуляторов. Предполагается, что уже в 2020 году предприятие начнет серийное производство, что даст отечественной электроэнергетике мощный импульс для развития. Эксперты стартап-проекту дали высокую оценку, но с оговоркой: для массового производства необходимо, чтобы стоимость продукта была ниже, а цена электроэнергии — выше.

В августе 2017 года Министерство энергетики РФ опубликовало «Концепцию развития рынка систем хранения электроэнергии в Российской Федерации». Ее цель — создание в России новой высокотехнологичной отрасли электроэнергии. Для достижения поставленной цели Минэнерго предложило поддержать ряд пилотных проектов, в том числе реализацию обеспечивающих НИОКР, снять регуляторные барьеры, разработать мероприятия по стимулированию спроса на системы хранения электроэнергии и развитию рынка, осуществить меры по развитию научно-технологической инфраструктуры. Всего, по данным авторов российской концепции, за последние три года в рамках развития науки и технологий на соответствующие НИОКР выделено 1,3 млрд руб.

Читать еще:  Почему плохо крутится барабан стиральной машины?

По данным «Роснано», объем мирового рынка систем хранения электроэнергии в 2025 году составит около $80 млрд. В оптимистичном сценарии размер российского рынка к этому времени достигнет $8 млрд в год (в реалистичном — $1,5–3 млрд в год). Экономический эффект составит (за вычетом инвестиций) $11 млрд в год (в реалистичном сценарии — $2,5–5 млрд в год).

Система накопления энергии предназначена для накопления, хранения и отдачи электроэнергии в сеть или нагрузку с целью поддержания функционирования энергосистемы с обеспечением требуемого качества электроэнергии и реализации необходимых режимов работы энергосистемы.

В Минэнерго подчеркивают, что Россия к формированию национальной промышленности систем накопления энергии (СНЭ) и развитию рынка применения этих систем в экономике приступила с существенным опозданием. К примеру, США первые проекты начали реализовывать еще в 2010 году, Китай и Великобритания — в 2016-м, Австралия — в 2017-м. Из числа иностранных компаний активно разрабатывают накопители французская Total и итальянская Enel.

В России современные проекты СНЭ появились только в 2018 году. До этого копить энергию можно было только в микромасштабах — в аккумуляторах бытовой техники или электромобилей. В «большой энергетике» единственным методом накопления были гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Но сфера применения ГАЭС ограничена, и в мире, по расчетам IRENA, их всего около 120 ГВт — примерно вдвое меньше мощности всей генерации России.

В качестве альтернативы устаревшей системе ведется разработка современных технологий. В России этим занимаются ПАО «Россети», ГК «Росатом» и АО «Роснано». В феврале 2019 года первые образцы отечественных устройств на основе литий-ионных аккумуляторов представила новосибирская компания ООО «Системы накопления энергии» (ООО «СНЭ», проект «Роснано»). Компания «Хевел» (совместное предприятие «Реновы» Виктора Вексельберга и «Реам менеджмента» Михаила Сиволдаева) в феврале этого года инициировала комплексные испытания отечественных накопителей емкостью 250 и 460 кВт•ч на солнечных электростанциях в Тыве. Оборудование доставили из Новосибирска в поселки Мугур-Аксы и Кызыл-Хая, где совокупно проживают более 6 тыс. человек. Ранее электростанция в этих населенных пунктах работала исключительно на дизельном топливе. После установки солнечной электростанции и аккумуляторов за счет оптимизации загрузки дизельной электростанции и эффективного использования электроэнергии, выработанной солнечными панелями, по оценке компании «Хевел», затраты на покупку горючего снизились вдвое.

По истечении полугода, по словам руководителя проектов ООО «СНЭ» Романа Фролова, испытания оборудования подтвердили заявленные характеристики, и сегодня оба устройства готовы к вводу в промышленную эксплуатацию. Получены сертификаты соответствия требованиям Таможенного союза.

Собеседник отметил, что «Хевел» вела переговоры, в том числе, с компаниями из Германии, Франции и Китая. Однако отечественные устройства оказались дешевле зарубежных аналогов при сопоставимых технических характеристиках. Стоимость российского накопителя емкостью 1 MВт•ч, по данным компании «СНЭ», около 45 млн руб. (стоимость устройства зависит от мощности, энергоемкости, функционала и конструктивного исполнения). Системы состоят в основном из отечественных компонентов.

«В настоящее время силами нашей компании изготавливаются еще две системы по 4 МВт каждая, и это на сегодняшний день самые крупные в СНГ системы накопления электрической энергии. Они будут отправлены заказчику до конца 2019 года»,— сообщил господин Фролов. Новосибирский накопитель также приобрела лаборатория инжинирингового центра «Автономная арк­тическая энергетика» МФТИ.

Срок окупаемости накопителей в компании оценили в среднем в 2–5 лет в зависимости от периода применения, стоимости топлива и электроэнергии на объекте эксплуатации. «Например, на новых объектах нефтегазовой отрасли система может окупить себя по факту установки, так как позволяет использовать меньшее количество генераторных агрегатов, таким образом снижая капитальные затраты»,— добавил Роман Фролов.

Как пояснили в компании, инвестиции в развитие предприятия вложили два основных участника — ООО «Системы постоянного тока» (ООО «СПТ») и Фонд инфраструктурных и образовательных программ «Роснано». На разработку технологии также был получен грант от Министерства образования, вложены собственные средства ООО «СНЭ». Общая сумма всех инвестиций превысила 100 млн руб. Выйти на самоокупаемость предприятие планирует к 2021 году. Производственная мощность в ближайшие три года должна вырасти до 50 МВт.

Директор ООО «СПТ» Вячеслав Колесников подчеркнул, что накопители такой мощности в России еще не производили, а во всем мире их выпускают всего несколько предприятий.

«Росатом» в августе прошлого года заявил о разработке нескольких типов и модификаций накопителей диапазоном электрической емкости до 250 кВт•ч. Первый опытный образец накопителя для пассажирского транспорта в 2018 году прошел ходовые испытания. Ключевыми производственными площадками станут два предприятия топливного дивизиона «Росатома» — научно-производственное объединение «Центротех» (ООО «НПО „Центротех“») в Новоуральске Свердловской области, где помимо производства газовых центрифуг развиваются технологии неядерного машиностроения, а также Новосибирский завод химконцентратов (ПАО «НЗХК») — крупнейший российский производитель и экспортер литиевой продукции.

Совет директоров компании «Россети» в декабре 2018 года одобрил концепцию «Цифровая трансформация 2030». Программа реализуется, в том числе, в дочерних предприятиях «Россети Центр», «Россети Сибирь», «Россети Северо-Запад». Проект предполагает использование СНЭ для нужд электрических сетей филиалов, что позволит обеспечить надежное и бесперебойное питание в периоды зимнего максимума. Первые устройства будут установлены в этом году во Владимирской и Белгородской областях. «По итогам пилотных проектов будет принято решение об их внедрении в масштабах группы компаний „Россети“»,— отметил заместитель генерального директора по стратегическому развитию и технологическим инновациям холдинга Евгений Ольхович.

«Мировой тренд использования накопителей в энергетике постепенно приобретает в России популярность,— говорит зампредправления УК „Роснано“ Юрий Удальцов.— Внедрение данной технологии предоставит потребителям больше свободы в управлении нагрузками и частично сократит их расходы на расширение энергетических мощностей».

«Я убежден, что современная электроэнергетика, в том числе и российская, стоит на пороге глобальных перемен. И одной из важных ступеней к энергопереходу станет развитие технологий накопления энергии и удешевление хранения электроэнергии. За счет накопителей генерация сможет оптимизировать режимы работы оборудования, сети — оптимизировать загрузку, а потребители — выравнивать свое потребление и сохранять электроэнергию для будущего использования. Если смотреть глобально, то ожидаемый технологический прорыв в области хранения энергии сможет кардинально снизить ограничения на пути развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ), вдохнуть в них вторую жизнь и в перспективе радикально изменить сами принципы работы электроэнергетических систем»,— прокомментировал президент Российской ассоциации малой энергетики Максим Загорнов.

Эксперты отмечают, что рынок накопителей электроэнергии для энергетики — один из самых перспективных рынков высоких технологий в мире, демонстрирующий экспоненциальные темпы роста. McKinsey Global Institute включил этот тип технологий в число 12 наиболее значимых для развития мировой экономики. По прогнозу Bloomberg New Energy Finance, за 2016–2030 годы объем инвестиций в системы накопления электроэнергии превысит $100 млрд.

Для масштабного развития российских технологий накопления энергии нужна поддержка, прежде всего, развития возобновляемой энергетики на внутреннем рынке, уверены участники рынка. Между тем одной из характерных особенностей российской энергетической системы является наличие зон свободных перетоков, когда не важен факт наличия генерации в конкретном регионе, если есть сетевая инфраструктура. «В России доля возобновляемой генерации в общем энергобалансе не превышает 1%, поэтому в качестве естественного „резерва“ используется сетевая инфраструктура. Системы накопления же активно используются в регионах, где централизованное электроснабжение отсутствует, а также в системах с высокой или растущей долей возобновляемой энергетики»,— комментирует заместитель начальника управления по внешним связям компании «Хевел» Анастасия Бердникова.

Для широкого распространения накопителей энергии нужен спрос со стороны объектов генерации на основе ВИЭ, отмечает и ведущий эксперт УК «Финам менеджмент» Дмитрий Баранов. «Пока нельзя говорить о том, что этот проект „раскачает рынок“, скорее нужно говорить о том, что такие шаги помогают России сохранить свое место среди технологически развитых стран, способствуют развитию ВИЭ в стране. Если опыт эксплуатации данного оборудования окажется успешным, то это действительно может дать толчок отрасли, ускорить серийное производство данных элементов»,— говорит собеседник.

Ограничивает развитие рынка накопителей энергии, по мнению генерального директора ООО «Энкост» Владимира Зайцева, высокая стоимость оборудования. «Экономическая выгода от использования накопителей очень небольшая, поэтому для массового производства необходимо, чтобы их стоимость сильно упала, а цена электроэнергии выросла»,— считает он.

«Нет ничего удивительного в том, что новое оборудование пока дорогое, так происходит всегда со сложной техникой. Но можно не сомневаться, что после начала серийного производства стоимость оборудования снизится, что позволит проекту быстрее выйти на прибыль. Причем если его характеристики будут лучше, чем у аналогов, его будут приобретать не только внутренние потребители, но и зарубежные, его можно будет продавать в другие страны, что отвечает задаче увеличения высокотехнологичного экспорта из РФ, наращивания валютных поступлений в страну»,— отмечает господин Баранов.

Для масштабного развития российских технологий накопления энергии необходимы не только адекватные цены на продукцию на внутреннем рынке, но и конкурентная цена для экспортных рынков, которая, в свою очередь, достижима только при условии больших объемов производства, считает Анастасия Бердникова.

Но прежде чем выводить продукт на внешний рынок, по словам Романа Фролова, необходимо решить административные проблемы, которые проявляются из-за отсутствия нормативно-технической документации (ГОСТ, стандарты), устанавливающей требования к продукции, испытательных и сертификационных центров, компетентных в проведении оценки соответствия продукции утвержденным требованиям.

Работы по устранению этих барьеров ведутся в рамках «дорожной карты» «Энерджинет» (распоряжение от 28 апреля 2018 года №830-р). План мероприятий («дорожная карта») по совершенствованию законодательства и устранению административных барьеров с целью обеспечения реализации «Национальной технологической инициативы» направлен на устранение барьеров при создании и внедрении новых технологий и продуктов в сфере энергетики, в том числе при улучшении качества услуг в области энергоснабжения, развитии энергетики на труднодоступных и изолированных территориях.

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector