54
НАКОПИТЕЛИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Использование систем
накопления энергии на ВЭС,
работающих в составе ЕЭС России
УДК
621.311:621.354
Н
аиболее
массовое
соору
-
жение
ветряных
электро
-
станций
(
ВЭС
)
и
солнеч
-
ных
электростанций
(
СЭС
)
в
единой
энергосистеме
(
ЕЭС
)
Рос
-
сии
началось
с
2014–2015
годов
после
запуска
программы
Прави
-
тельства
России
по
поддержке
стро
-
ительства
электростанций
,
исполь
-
зующих
возобновляемые
источники
энергии
(
ВИЭ
),
и
заключения
догово
-
ров
поставки
мощности
от
ВИЭ
(
ДМП
ВИЭ
).
В
настоящее
время
действует
вторая
программа
ДПМ
ВИЭ
2.0 [1],
предусматривающая
поддержку
строительства
СЭС
суммарной
мощ
-
ностью
2
ГВт
,
ВЭС
— 4
ГВт
и
гидро
-
электростанций
(
ГЭС
) — 200
МВт
на
период
до
2035
года
.
Однако
в
связи
с
изменяющимися
экономи
-
ческими
условиями
функционирова
-
ния
электроэнергетики
России
ДПМ
ВИЭ
2.0
может
быть
сокращена
по
срокам
и
объему
финансирования
,
в
связи
с
чем
в
настоящее
время
актуальной
задачей
является
повы
-
шение
экономической
эффективно
-
сти
строительства
ВЭС
и
СЭС
.
Для
этого
требуется
сохранение
срока
окупаемости
сооружения
новых
ВЭС
и
СЭС
,
возводимых
в
условиях
возможного
сокращения
программ
финансовой
поддержки
.
Авторы
статьи
оценивают
пер
-
спективы
использования
систем
накопления
электроэнергии
(
СНЭ
)
с
целью
увеличения
экономиче
-
ской
эффективности
проектов
со
-
оружения
ВЭС
и
СЭС
в
России
.
В
настоящее
время
ВЭС
и
СЭС
активно
строятся
в
регионах
России
с
хорошим
ветровым
потенциалом
—
в
основном
,
в
регионах
Юга
России
,
входящих
в
Объединенную
энерго
-
систему
(
ОЭС
)
Юга
России
,
а
также
в
других
отдельных
регионах
(
Улья
-
новской
и
Мурманской
областях
,
Ал
-
тае
,
Забайкальском
крае
и
др
.).
В
2021
году
на
территории
ОЭС
Юга
были
введены
ВЭС
с
суммар
-
ной
установленной
мощностью
983
МВт
.
Наиболее
крупная
уста
-
новленная
ВЭС
—
Бондаревская
ВЭС
с
установленной
мощностью
120
МВт
.
В
декабре
2022
года
была
запущена
новая
Берестовская
ВЭС
установленной
мощностью
60
МВт
,
расположенная
в
Ставропольском
крае
,
ветропарк
которой
включает
24
ветроэнергетические
установ
-
ки
(
ВЭУ
)
мощностью
2,5
МВт
каж
-
дая
[2].
По
данным
оперативного
от
-
чета
о
функционировании
Единой
энергосистемы
(
ЕЭС
)
России
на
01.01.2023
установленная
мощ
-
ность
ВЭС
в
ОЭС
Юга
— 2003,3
МВт
,
что
составляет
87%
от
суммарной
установленной
мощности
ВЭС
ЕЭС
России
[3].
В
целом
по
энергосисте
-
ме
России
на
01.01.2023
на
долю
ВЭС
и
СЭС
приходится
1,78%
от
суммарной
установленной
мощно
-
сти
электростанций
.
В
2022
году
на
фоне
экономи
-
ческих
санкций
против
России
приблизительно
на
6–12
месяцев
замедлилось
сооружение
и
проек
-
Тимофеева
А
.
Г
.,
аспирант
кафедры
«
Электрические
станции
»
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Самойлова
А
.
А
.,
студент
магистратуры
кафедры
«
Электрические
станции
»
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Антонов
А
.
А
.,
к
.
т
.
н
.
доцент
кафедры
«
Электрические
станции
»
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Пуршев
И
.
А
.,
ведущий
инженер
отдела
развития
энергетических
систем
АО
«
НТЦ
ЕЭС
»
В
статье
рассмотрена
установка
систем
накопления
электроэнергии
(
СНЭ
)
к
существую
-
щим
ветряным
электростанциям
(
ВЭС
)
и
солнечным
электростанциям
(
СЭС
)
для
сохра
-
нения
срока
окупаемости
их
сооружения
,
а
также
проанализирована
текущая
ситуация
по
строительству
возобновляемых
источников
энергии
(
ВИЭ
)
в
России
.
Рассмотрены
некоторые
типы
накопителей
,
возможные
для
установки
к
ВИЭ
.
Оценены
перспективы
использования
СНЭ
с
целью
увеличения
экономической
эффективности
проектов
соору
-
жения
ВЭС
и
СЭС
.
Произведен
технико
-
экономический
расчет
установки
литий
-
ионного
накопителя
20
МВт
к
ВЭС
60
МВт
.
Ключевые
слова
:
ветряная
электростанция
(
ВЭС
),
система
накопления
электроэнергии
(
СНЭ
),
возобновляемые
источники
энергии
(
ВИЭ
),
повышение
эффективности
работы
ВИЭ
,
литий
-
ионный
накопитель
55
тирование
ВЭС
и
СЭС
по
программе
ДПМ
ВИЭ
2.0,
однако
в
2023
году
,
после
отладки
логистики
обо
-
рудования
,
процесс
проектирования
и
сооружения
ВЭС
и
СЭС
вернулся
приблизительно
к
прежним
темпам
.
В
настоящее
время
поставки
оборудова
-
ния
осуществляются
либо
от
прежних
поставщи
-
ков
через
механизм
параллельного
импорта
,
либо
закупка
оборудования
осуществляется
у
произво
-
дителей
в
экономически
дружественных
странах
(
прежде
всего
,
в
Китае
).
Также
запущена
программа
импортозамещения
,
часть
оборудования
закупает
-
ся
у
отечественных
компаний
.
В
настоящее
время
программа
ДПМ
ВИЭ
2.0
является
действующей
,
внесены
отдельные
изменения
в
части
повышения
предельной
стоимости
проектов
ВИЭ
с
учетом
про
-
мышленной
инфляции
.
Энергосистема
должна
обеспечивать
эффек
-
тивное
и
надежное
энергоснабжение
потребителей
,
а
также
соответствовать
требованиям
живучести
.
Увеличение
мощности
ВЭС
и
СЭС
в
энергосистеме
требует
наличия
и
возможного
увеличения
соответ
-
ствующих
резервов
генерирующих
мощностей
тра
-
диционных
электростанций
.
Мировая
экономика
все
еще
полагается
на
ис
-
копаемое
топливо
,
так
как
этот
вид
топлива
долгое
время
оставался
самым
дешевым
.
Именно
поэтому
уголь
все
еще
обеспечивает
37%
мировой
электро
-
энергетики
,
а
газ
— 24%.
Однако
в
2019
году
в
мире
на
ВИЭ
приходилось
уже
72%
всех
новых
введен
-
ных
в
эксплуатацию
мощностей
.
ВИЭ
имеют
быстрое
снижение
себестоимости
,
так
как
на
затраты
на
производство
энергии
из
ис
-
копаемых
источников
влияют
два
фактора
:
стои
-
мость
самого
топлива
и
эксплуатационные
расходы
электростанции
.
На
электростанциях
ВИЭ
отсутствуют
затраты
на
топливо
,
также
меньше
расходов
на
эксплуа
-
тацию
.
Главный
фактор
,
определяющий
себестои
-
мость
производства
—
сама
технология
производ
-
ства
.
Чем
большее
распространение
получают
ВЭ
C
и
фотоэлектрические
модули
СЭС
,
тем
быстрее
снижается
их
стоимость
.
В
настоящее
время
выработка
электроэнергии
на
ВЭС
и
СЭС
напрямую
зависит
от
погодных
ус
-
ловий
,
и
традиционные
электростанции
являются
основным
производителем
электрической
энер
-
гии
в
энергосистеме
.
Процент
выработки
электро
-
энергии
на
ВЭС
и
СЭС
в
единой
энергосистеме
России
в
2022
году
составил
0,93%
и
0,85%
соот
-
ветственно
[3].
Таким
образом
,
для
повышения
эффективности
работы
электростанций
на
базе
ВИЭ
следует
по
-
ставить
следующие
задачи
:
–
увеличение
доли
выдачи
мощности
и
электро
-
энергии
ВЭС
и
СЭС
в
часы
пиковых
нагрузок
энергосистемы
,
когда
имеют
место
более
высо
-
кие
тарифы
на
электроэнергию
;
–
приближение
выдачи
мощности
в
энергосистему
к
плановому
графику
нагрузки
;
–
обеспечение
баланса
активной
мощности
и
ре
-
гулирование
частоты
напряжения
;
–
необходимость
участия
ВЭС
и
СЭС
в
регулирова
-
нии
реактивной
мощности
,
увеличение
потреб
-
ления
реактивной
мощности
;
–
обеспечение
допустимых
показателей
качества
электроэнергии
.
Эффективность
применения
СНЭ
непосред
-
ственно
связана
с
коэффициентом
использования
установленной
мощности
электростанции
(
КИУМ
).
По
данным
статистики
с
отчетными
показателями
работы
ВЭС
,
КИУМ
ВЭС
составляет
30–45%,
тог
-
да
как
КИУМ
СЭС
— 13–20% [4].
Разница
значений
КИУМ
объясняется
тем
,
что
выработка
электроэнер
-
гии
СЭС
возможна
только
в
светлое
время
суток
,
тогда
как
выработка
электроэнергии
ВЭС
возможна
в
любое
время
при
наличии
ветра
,
в
связи
с
чем
эф
-
фективность
применения
СНЭ
на
ВЭС
будет
выше
.
Известно
,
что
ВЭС
,
размещаемые
на
побережьях
крупных
водоемов
или
морских
побережьях
,
харак
-
теризуются
наличием
постоянных
ветров
в
ночное
время
,
следовательно
,
СНЭ
,
устанавливаемые
на
ВЭС
,
могут
в
ночное
время
работать
в
режиме
заря
-
да
,
с
выдачей
мощности
в
энергосистему
в
утренние
и
вечерние
часы
пика
электропотребления
.
Далее
приведено
сравнение
видов
накопителей
электроэнергии
для
обоснования
наиболее
подхо
-
дящего
к
подключению
к
ВЭС
.
СНЭ
И
ИХ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
В
России
разработан
ряд
стандартов
по
СНЭ
.
Со
-
гласно
ГОСТ
Р
58092.1 [5],
СНЭ
—
это
установка
с
определенными
границами
,
подключенная
к
элек
-
трической
сети
,
включающая
как
минимум
один
накопитель
электрической
энергии
,
которая
извле
-
кает
электрическую
энергию
из
электроэнергетиче
-
ской
системы
,
хранит
эту
энергию
внутри
себя
в
ка
-
кой
-
либо
форме
и
отдает
электрическую
энергию
обратно
в
электроэнергетическую
систему
и
вклю
-
чает
в
себя
инженерные
сооружения
,
оборудова
-
ние
преобразования
энергии
и
связанное
с
ними
вспомогательное
оборудование
.
Также
введены
стандарты
[6–8],
устанавливающие
требования
по
проектированию
и
эксплуатации
СНЭ
.
В
настоящее
время
самые
популярные
СНЭ
ис
-
пользуют
литий
-
ионные
аккумуляторные
батареи
,
однако
существуют
также
другие
виды
накопите
-
лей
электроэнергии
,
которые
в
перспективе
при
снижении
их
стоимости
могут
быть
использованы
в
СНЭ
[9]:
–
электрохимические
(
гелиевые
,
щелочные
,
ни
-
кель
-
кадмиевые
,
цинк
-
хлорные
и
свинцово
-
кис
-
лотные
батареи
и
т
.
д
.),
–
электрические
(
суперконденсаторы
);
–
химические
(
водородные
и
алюмоводородные
накопители
энергии
).
В
настоящее
время
СНЭ
на
базе
аккумулятор
-
ных
батарей
(
в
основном
,
свинцово
-
кислотных
)
в
энергосистеме
применяются
на
традиционных
электростанциях
в
качестве
резервного
источника
питания
собственных
нужд
.
Далее
выполнено
сопоставление
трех
видов
на
-
копителей
энергии
,
пригодных
для
использования
№
5 (80) 2023
56
НАКОПИТЕЛИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
в
СНЭ
:
литий
-
ионных
аккумуляторов
(
ЛИА
),
супер
-
конденсаторов
и
водородных
топливных
элемен
-
тов
.
Сравнительная
характеристика
приведена
в
таблице
1.
Стоит
отметить
,
что
для
всех
видов
на
-
копителей
энергии
в
настоящее
время
характерна
высокая
стоимость
.
Современные
литий
-
ионные
аккумуляторы
спо
-
собны
быстро
заряжаться
и
длительно
работать
с
высокой
нагрузкой
,
имеют
приемлемое
значение
КПД
.
Их
недостатком
является
малый
срок
служ
-
бы
—
существенная
потеря
емкости
литий
-
ионных
аккумуляторов
происходит
приблизительно
через
1000–2000
циклов
заряда
-
разряда
.
Таким
обра
-
зом
,
при
ежесуточном
использовании
СНЭ
на
базе
литий
-
ионных
аккумуляторных
батарей
срок
их
службы
составит
3–6
лет
,
что
является
наимень
-
шим
сроком
среди
рассматриваемых
видов
нако
-
пителей
.
В
настоящее
время
литий
-
ионные
бата
-
реи
производятся
в
России
и
активно
применяются
в
качестве
резервного
источника
собственных
нужд
электростанций
и
подстанций
[10].
Литий
-
ионные
аккумуляторы
являются
наибо
-
лее
востребованным
источником
питания
из
-
за
простоты
производства
и
эксплуатации
.
При
этом
данный
тип
аккумуляторных
батарей
содержит
в
себе
вредные
и
опасные
вещества
,
токсичность
которых
возрастает
при
попадании
отработанных
ЛИА
в
окружающую
среду
.
Стоимость
утилизации
ЛИА
высокая
,
так
как
они
сложны
в
переработ
-
ке
.
Наиболее
пристальное
внимание
направлено
к
способам
их
утилизации
,
а
также
к
ужесточению
надзора
и
контроля
за
обращением
литиевых
акку
-
муляторных
батарей
на
каждой
стадии
их
жизнен
-
ного
цикла
.
Литий
-
ионные
батареи
сейчас
активно
использу
-
ются
в
пилотных
проектах
.
С
точки
зрения
Систем
-
ного
оператора
ЕЭС
России
,
использование
СНЭ
помогает
обеспечить
эффективную
интеграцию
объектов
ВИЭ
в
энергосистему
и
позволяет
мак
-
симально
эффективно
использовать
их
возмож
-
ности
,
снижая
негативные
факторы
влияния
не
-
стабильной
генерации
на
режимы
энергосистемы
.
В
2018
году
в
Республике
Алтай
на
Кош
-
Агачской
СЭС
были
установлены
СНЭ
,
которые
включают
в
себя
литий
-
ионную
аккумуляторную
батарею
ем
-
костью
580
кВт
·
ч
.
Были
проведены
следующие
ис
-
пытания
в
использовании
СНЭ
:
–
опробование
участия
СНЭ
в
регулировании
ак
-
тивной
и
реактивной
мощностей
и
общем
пер
-
вичном
регулировании
частоты
,
в
том
числе
при
совместной
работе
с
СЭС
;
–
опыты
по
регулированию
частоты
в
изолирован
-
ном
районе
и
поддержанию
суточного
графика
нагрузки
.
Результаты
испытаний
подтвердили
возмож
-
ность
стабильной
работы
СЭС
,
оснащенных
СНЭ
,
при
выделении
на
изолированную
от
ЕЭС
России
работу
и
организации
устойчивого
энергоснабже
-
ния
потребителей
.
По
итогам
экспериментов
были
получены
данные
,
позволяющие
говорить
о
допу
-
стимости
строительства
солнечных
электростан
-
ций
,
оборудованных
промышленными
накопителя
-
ми
электроэнергии
,
как
изолированно
работающих
энергообъектов
в
тех
районах
,
куда
передача
элек
-
троэнергии
из
ЕЭС
России
по
магистральным
элек
-
трическим
сетям
невозможна
.
Суперконденсаторы
представляют
собой
кон
-
денсаторы
большой
емкости
(
до
несколько
десят
-
ков
Фарад
)
с
длительным
сроком
службы
и
более
высоким
КПД
(
таблица
1).
Преимущество
суперкон
-
денсаторов
состоит
в
том
,
что
они
имеют
большой
ток
заряда
-
разряда
,
тем
сам
могут
реагировать
на
резкие
изменения
активной
мощности
в
энергосис
-
теме
.
Стоимость
суперконденсаторов
ниже
стоимо
-
сти
литий
-
ионных
аккумуляторных
батарей
.
Также
суперконденсаторы
имеют
малое
время
отклика
при
изменении
режима
,
измеряемое
единицами
миллисекунд
,
имеют
наибольшее
КПД
среди
срав
-
ниваемых
видов
накопителей
.
Количество
циклов
заряда
-
разряда
достигает
100 000,
следователь
-
но
обеспечивается
срок
службы
накопителей
не
менее
30
лет
.
В
настоящее
время
СНЭ
на
основе
суперконденсаторов
применяются
на
железной
до
-
роге
в
системах
рекуперации
энергии
подвижных
Табл
. 1.
Сопоставление
параметров
литий
-
ионных
аккумуляторов
,
суперконденсаторов
и
водородных
топливных
элементов
[10]
Название
параметра
Значение
параметров
в
зависимости
от
типа
СНЭ
Литий
-
ионные
аккумуляторы
Суперконденсаторы
Водородные
элементы
Номинальная
мощность
1
модуля
,
МВт
0–100
0–0,3
0–58,8
КПД
, %
85–90
90–95
50–70
Время
отклика
на
изменение
режима
20
мс
– 1
с
8
мс
< 1
с
Срок
службы
,
лет
3–6
не
менее
30
5–30
Число
циклов
заряда
-
разряда
1000–20 000
более
100 000
1000–20 000+
Капитальные
затраты
на
единицу
мощности
, $/
кВт
900–4000
100–450
5000–10 000
Капитальные
затраты
на
единицу
энергии
, $/
кВт∙ч
600–3800
200–2000
15
Время
заряда
мин
–
дни
1 c –
несколько
часов
мин
–
дни
Время
разряда
мин
–
ч
1
мс
– 60
мин
1
с
– 24
ч
Влияние
на
окружающую
среду
высокое
незначительное
незначительное
57
составов
,
опыт
эксплуатации
составляет
5–10
лет
.
Система
способна
рекуперировать
энергию
тор
-
можения
и
возвращать
обратно
для
питания
элек
-
тродвигателей
.
Суперконденсаторы
применяются
в
электропоезде
на
участке
Владимир
—
Иваново
,
на
котором
в
связи
с
отсутствием
электрической
сети
электропоезд
«
Ласточка
»
стыкуется
с
тепло
-
возом
[11].
В
настоящее
время
ведутся
разработки
по
улучшению
их
характеристик
и
снижению
стои
-
мости
,
что
дает
возможность
для
более
обширного
применения
.
Однако
суперконденсаторные
накопи
-
тели
энергии
обладают
маленькой
доступной
мощ
-
ностью
по
сравнению
с
литий
-
ионными
батареями
и
водородными
топливными
элементами
аналогич
-
ных
габаритов
.
Перспективные
СНЭ
на
основе
водородных
топ
-
ливных
элементов
состоят
из
системы
производ
-
ства
водорода
,
топливных
элементов
и
системы
связи
и
управления
электроэнергетической
систе
-
мой
.
Данные
накопители
энергии
характеризуются
на
порядок
более
низкой
удельной
стоимостью
на
1
кВт∙ч
накопленной
энергии
(
таблица
1),
однако
опыт
эксплуатации
рассматриваемых
накопителей
на
объектах
энергосистемы
России
в
настоящее
время
отсутствует
.
По
сравнению
с
суперконденса
-
торами
аккумулирование
энергии
в
виде
водорода
прогнозируется
дешевле
для
выдачи
мощности
на
более
продолжительных
промежутках
времени
.
Количество
циклов
заряда
-
разряда
заявляется
до
20 000,
что
соответствует
сроку
службы
данных
накопителей
не
менее
30
лет
.
Явным
недостатком
водородных
топливных
элементов
является
низкое
КПД
—
порядка
60%.
Водородные
топливные
эле
-
менты
сейчас
исследуются
,
совершенствуется
тех
-
нология
их
производства
.
Известные
к
настоящему
времени
характеристики
говорят
о
том
,
что
данный
тип
накопителя
обладает
длительным
временем
разряда
,
относительно
большой
располагаемой
мощностью
,
высоким
сроком
службы
,
но
длитель
-
ным
временем
отклика
.
Накопители
на
основе
во
-
дорода
пригодны
для
сохранения
баланса
мощно
-
сти
в
пиковые
часы
.
При
этом
электролизеры
процесса
производ
-
ства
водорода
должны
выдерживать
переменные
режимы
работы
,
необходимые
для
поддержания
баланса
электрических
режимов
энергосистемы
.
В
настоящее
время
электролизеры
с
протонными
мембранами
(PEM)
имеют
лучшие
динамические
характеристики
по
сравнению
с
щелочными
элек
-
тролизерами
(ALK),
более
широкий
рабочий
диапа
-
зон
,
а
также
более
короткое
время
отклика
.
По
соображениям
безопасности
щелочные
элек
-
тролизеры
не
могут
разгружаться
до
нуля
.
Данное
ограничение
не
применяется
к
мембранным
элек
-
тролизерам
.
Таким
образом
,
для
целей
обеспече
-
ния
баланса
производства
и
потребления
электро
-
энергии
в
энергосистеме
с
большой
долей
ВИЭ
технология
PEM
более
востребована
,
чем
текущая
технология
ALK.
Их
характеристики
представлены
в
таблице
2 [4].
КПД
электролизеров
значительно
выше
,
чем
у
традиционных
энергоустановок
,
и
может
достигать
90%.
Имеется
возможность
практически
мгновен
-
ного
возобновления
их
энергоресурса
—
для
этого
достаточно
установить
новую
емкость
(
картридж
)
с
используемым
топливом
.
Применение
не
расхо
-
дуемых
в
процессе
реакции
электродов
позволяет
создавать
топливные
элементы
с
очень
большим
сроком
службы
.
Водород
может
быть
получен
прямым
электро
-
лизом
воды
электрическим
током
.
Так
может
ре
-
шаться
проблема
хранения
электроэнергии
.
Такую
схему
хранения
можно
использовать
для
регулиро
-
вания
работы
электростанций
как
традиционного
типа
,
так
и
на
основе
ВИЭ
,
в
силу
более
высокой
маневренности
электролизера
воды
по
сравнению
с
электролизером
типа
ALK,
который
требует
бу
-
ферного
накопителя
из
-
за
высокой
чувствительно
-
сти
к
изменению
режимов
работы
.
Стоимость
производства
«
зеленого
»
водорода
в
Российской
Федерации
в
процессе
электролиза
воды
с
использованием
электроэнергии
ветровых
электростанций
,
в
соответствии
с
прогнозом
Меж
-
дународного
энергетического
агентства
,
будет
од
-
ной
из
самых
высоких
в
мире
.
ТЕХНИКО
-
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ
ВЭС
С
ПРИМЕНЕНИЕМ
СНЭ
Каждая
технология
накопления
энергии
харак
-
теризуется
определенным
уровнем
капитальных
вложений
на
ее
внедрение
,
а
также
эксплуатацион
-
ными
расходами
.
В
настоящее
время
применение
на
объектах
энергосистемы
России
СНЭ
на
основе
различных
видов
накопителей
энергии
в
большин
-
Табл
. 2.
Параметры
щелочных
и
мембранных
электролизеров
Наименование
параметра
Значения
Щелочной
(ALK)
Мембранный
(PEM)
Диапазон
нагрузок
в
режиме
разряда
(
процент
от
номинальной
нагрузки
)
15–100%
0–160%
Время
пуска
(
из
горячего
/
холодного
состояния
)
1
мин
/ 10
мин
1
с
/ 5
мин
Время
отключения
1–10
мин
единицы
секунд
Расход
электроэнергии
49
кВт
·
ч
/
кг
Н
2
52
кВт
·
ч
/
кг
Н
2
КПД
производства
водорода
в
цикле
68%
64%
Ресурс
работы
электролизеров
90 000
ч
50 000
ч
Срок
службы
системы
20
лет
20
лет
№
5 (80) 2023
58
НАКОПИТЕЛИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
стве
случаев
характеризуется
низкой
экономиче
-
ской
эффективностью
по
причине
высоких
капи
-
тальных
вложений
.
Более
активное
использование
СНЭ
в
энергосистеме
возможно
в
перспективе
при
снижении
их
стоимости
.
Стоимость
СНЭ
различно
-
го
типа
и
эффективность
их
применения
на
элек
-
тростанциях
ВИЭ
в
значительной
степени
зависят
от
двух
основных
параметров
:
мощности
разряда
(
МВт
)
и
емкости
для
хранения
энергии
(
МВт∙ч
).
СНЭ
могут
являться
основным
инструментом
,
поз
-
воляющим
электростанции
на
основе
ВИЭ
накапли
-
вать
энергию
в
ночное
время
и
выдавать
ее
в
энер
-
госистему
во
время
утренних
,
дневных
или
вечерних
пиков
.
Применение
СНЭ
может
позволить
увеличить
экономическую
эффективность
внедрения
электро
-
станций
на
базе
ВИЭ
в
энергосистеме
России
.
Рассмотрим
установку
СНЭ
на
ВЭС
номиналь
-
ной
мощностью
P
ном
= 60
МВт
,
расположенную
в
ОЭС
Юга
.
Энергия
,
которую
будут
вырабатывать
ВЭС
за
год
с
учетом
собственных
нужд
:
W
ээ
.
вэс
= (
P
ном
–
P
с
.
н
.
)
∙
T
раб
∙
КИУМ
=
= (60 – 1,2)
∙
8760
∙
0,35 = 180 280,80
МВт∙ч
,
где
P
с
.
н
.
1,2
МВт
(2%
∙
P
ном
) —
мощность
собствен
-
ных
нужд
ВЭС
,
МВт
;
T
раб
—
число
часов
использо
-
вания
ВЭС
в
году
,
ч
;
КИУМ
≈
35% —
коэффициент
использования
установленной
мощности
.
Годовая
выручка
за
продажу
электроэнергии
:
В
г
=
W
ээ
.
вэс
∙
Ц
= 180 280,80
∙
1667,93 = 300,695
млн
руб
.,
где
Ц
—
среднесуточный
тариф
электроэнергии
,
руб
./
МВт
·
ч
;
принят
исходя
из
равномерной
выра
-
ботки
электроэнергии
ВЭС
в
течение
суток
по
дан
-
ным
2022
года
по
ОЭС
Юга
.
Предельная
величина
капитальных
затрат
на
воз
-
ведение
1
кВт
установленной
мощности
генерирую
-
щего
объекта
,
функционирующего
на
основе
ВИЭ
,
на
2022
год
составила
:
Ц
2022
= 109 232
руб
./
кВт
[12].
По
данным
отраслевых
СМИ
,
стоимость
стро
-
ительства
ВЭС
увеличилась
на
1/3
по
сравнению
с
данными
программы
ДПМ
2.0.
Следовательно
,
предельные
величины
капитальных
затрат
на
воз
-
ведение
1
кВт
установленной
мощности
ВИЭ
на
2023
год
с
учетом
удорожания
на
33%
составят
:
Ц
2023
=
Ц
2022
∙
33 % = 109 232
∙
33% = 145 279
руб
./
кВт
.
Капитальные
затраты
на
ВЭС
:
К
вэс
=
Ц
2023
∙
P
ном
= 145 279
∙
60
∙
10
3
= 8716,714
млн
руб
.
Рассмотрим
установку
СНЭ
номинальной
мощ
-
ностью
20
МВт
и
емкостью
140
МВт
·
ч
на
ВЭС
но
-
минальной
мощностью
60
МВт
.
Емкость
накопите
-
ля
выбрана
исходя
из
возможности
заряда
СНЭ
в
течение
7
часов
с
мощностью
заряда
20
МВт
.
По
данным
российского
производителя
СНЭ
,
удельная
стоимость
накопителя
составляет
порядка
1
млн
руб
.
за
1
кВт
.
Удельная
стоимость
накопителя
мощностью
20
МВт
при
установке
на
ВЭС
составляет
20 000
млн
рублей
.
Суммарные
капитальные
вложения
для
со
-
оружения
ВЭС
60
МВт
,
оборудованной
СНЭ
,
состав
-
ляют
28 716,714
млн
рублей
.
Допускаем
,
что
строительство
ВЭС
и
установка
СНЭ
происходит
за
1
год
.
Ежегодные
эксплуатаци
-
онные
затраты
содержат
составляющую
амортиза
-
ции
и
прочие
затраты
и
составляют
7,27%
от
сум
-
марных
капитальных
вложений
в
сооружение
ВЭС
и
СНЭ
— 2088,620
млн
рублей
.
Годовой
доход
генерирующей
компании
состоит
из
следующих
составляющих
:
–
от
продажи
электроэнергии
(
в
расчетах
учтена
особенность
накопления
электроэнергии
накопи
-
телем
от
ВЭС
в
ночные
часы
при
снижении
цены
на
мощность
и
выдачу
электроэнергии
ВЭС
и
на
-
копителя
в
дневные
часы
при
повышении
цены
на
мощность
)
доход
составляет
360,695
млн
рублей
в
год
;
–
цена
мощности
ДПМ
ВИЭ
за
1
кВт
рассчи
-
тывается
индивидуально
в
рамках
заключе
-
ния
договора
(
в
расчетах
принято
значение
2500
руб
./
кВт
·
мес
) —
исходя
из
этого
за
мощ
-
ность
ВЭС
и
СНЭ
компания
может
получить
1764
млн
руб
лей
в
год
.
При
установлении
ставки
дисконтирования
,
рав
-
ной
7%,
получаем
график
окупаемости
проекта
(
ри
-
сунок
1).
Таким
образом
,
применение
СНЭ
сейчас
эконо
-
мически
не
обосновывается
,
но
тем
не
менее
ис
-
пользование
СНЭ
целесообразно
по
следующим
техническим
причинам
:
–
возможность
первичного
регу
-
лирования
частоты
;
–
возможность
работы
ВЭС
с
СНЭ
в
изолированном
ре
-
жиме
(
без
СНЭ
при
отделении
энергорайона
с
ВЭС
от
энерго
-
системы
,
ВЭС
вынужденно
от
-
ключаются
);
–
обеспечение
следования
гра
-
фика
генерации
ВЭС
за
графи
-
ком
нагрузки
потребителей
[12].
Также
стоит
отметить
,
что
при
снижении
стоимости
накопителя
до
20%
от
капитальных
вложений
Рис
.1.
Окупаемость
строительства
ВЭС
с
применением
СНЭ
Су
мма
,
млн
ру
б
.
2000,00
–2000,00
–6000,00
–10
000,00
–14
000,00
–18
000,00
–22
000,00
–26
000,00
–30
000,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12 13 14
15
Года
59
ные
аккумуляторы
способны
быстро
заряжать
-
ся
и
длительно
работать
с
высокой
нагрузкой
,
имеют
приемлемое
значение
КПД
,
но
их
недо
-
статком
является
малый
срок
службы
,
необхо
-
дима
частая
замена
аккумуляторных
батарей
(
через
каждые
3–6
лет
).
Суперконденсаторные
накопители
имеют
низкие
массогабаритные
показатели
на
единицу
запасенной
энергии
по
сравнению
с
другими
накопителями
.
Водород
-
ные
накопители
при
текущем
развитии
техноло
-
гии
не
дошли
до
стадии
внедрения
в
энергоси
-
стеме
России
.
4.
В
ЕЭС
России
и
изолированных
электрических
сетях
,
сетях
электроснабжения
железной
доро
-
ги
проходят
опытную
эксплуатацию
системы
на
-
копления
энергии
на
основе
литий
-
ионных
акку
-
муляторных
батарей
и
суперконденсаторов
.
По
итогам
опытной
эксплуатации
получена
полезная
информация
о
функционировании
СНЭ
в
ЕЭС
России
,
подтверждены
прогнозируемые
техниче
-
ские
характеристики
.
5.
В
статье
рассмотрена
установка
СНЭ
на
основе
литий
-
ионных
аккумуляторных
батарей
номи
-
нальной
мощностью
20
МВт
и
номинальной
емко
-
стью
140
МВт
·
ч
на
ВЭС
номинальной
мощностью
60
МВт
,
исходя
из
продолжительности
заряда
СНЭ
в
ночное
время
в
течение
7
часов
с
23:00
до
06:00,
когда
в
ЕЭС
имеют
место
минимальные
тарифы
на
электроэнергию
.
6.
Согласно
результатам
технико
-
экономическо
-
го
расчета
капитальные
затраты
на
сооруже
-
ние
ВЭС
мощностью
60
МВА
без
СНЭ
состав
-
ляют
8717
млн
рублей
.
Стоимость
СНЭ
20
МВт
140
МВт
·
ч
при
текущем
уровне
цен
на
СНЭ
соста
-
вит
20 000
млн
рублей
.
Суммарные
капитальные
вложения
составляют
28 717
млн
рублей
.
С
таки
-
ми
показателями
применение
СНЭ
экономически
не
обосновывается
.
7.
При
текущем
уровне
стоимости
СНЭ
их
приме
-
нение
совместно
с
ВИЭ
может
быть
обосновано
в
основном
в
изолированных
системах
электро
-
снабжения
на
фоне
дорогостоящего
дизельного
топлива
,
а
также
в
единой
энергосистеме
в
элек
-
трически
слабых
участках
сети
как
альтернатива
строительству
новых
ЛЭП
и
подстанций
с
целью
снижения
недоотпуска
электроэнергии
потреби
-
телям
.
в
ВЭС
,
применение
СНЭ
на
ВЭС
становится
экономически
целе
-
сообразным
даже
при
снижении
платы
за
ДПМ
ВИЭ
.
Суммарные
капитальные
вло
-
жения
составят
10 460,056
млн
рублей
,
ежегодные
эксплуата
-
ционные
затраты
— 688,620
млн
рублей
.
Годовой
доход
составит
:
–
от
продажи
электроэнергии
—
300,695
млн
рублей
в
год
;
–
цена
мощности
ДПМ
ВИЭ
(
при
2000
руб
./
кВт
·
мес
за
1
кВт
) — 1411,2
млн
рублей
в
год
.
При
установлении
ставки
дисконтирования
,
равной
7%,
получаем
график
окупаемости
проекта
(
рисунок
2),
из
которого
видно
,
что
проект
окупится
в
течение
10,5
лет
,
что
является
допустимым
сро
-
ком
для
реализации
проекта
.
При
капитальных
вложениях
в
размере
28 717
млн
рублей
сооружение
ВИЭ
мощностью
60
МВА
с
уче
-
том
СНЭ
экономически
не
обосновывается
.
Но
су
-
ществуют
области
функционирования
электро
-
энергетики
,
где
ВИЭ
не
имеют
альтернатив
и
могут
иметь
дальнейшее
развитие
даже
при
своей
высо
-
кой
стоимости
.
Например
,
в
изолированных
систе
-
мах
электроснабжения
на
фоне
дорогостоящего
дизельного
топлива
ВИЭ
с
СНЭ
показывают
свою
экономическую
эффективность
.
В
единой
энер
-
госистеме
России
ВИЭ
с
СНЭ
могут
применяться
в
электрически
слабых
участках
сети
как
альтерна
-
тива
строительству
новых
ЛЭП
и
подстанций
с
це
-
лью
снижения
недоотпуска
электроэнергии
потре
-
бителям
.
ВЫВОДЫ
1.
Согласно
отчетным
данным
Системного
опера
-
тора
ЕЭС
России
,
объем
установленной
мощ
-
ности
электростанций
объединенных
энерго
-
систем
и
ЕЭС
России
на
01.01.2023 (
по
итогам
2022
года
)
составляет
:
ВЭС
— 2298,4
МВт
,
СЭС
—
2115,5
МВт
.
Наибольшая
доля
введенных
в
экс
-
плуатацию
ВЭС
и
СЭС
—
в
объединенной
энерго
-
системе
Юга
России
.
2.
Применение
систем
накопления
энергии
совмест
-
но
с
электростанциями
на
основе
ВИЭ
в
ЕЭС
России
может
оказать
не
только
экономический
эффект
на
электростанции
на
основе
ВИЭ
,
но
и
способствовать
решению
технических
вопро
-
сов
функционирования
ЕЭС
России
(
первичного
регулирования
частоты
,
обеспечения
электро
-
снабжения
потребителей
в
изолированном
от
энергосистемы
режиме
,
обеспечения
потребите
-
лей
электроэнергией
по
переменному
графику
нагрузки
,
в
том
числе
в
часы
пикового
электропо
-
требления
).
3.
В
работе
проведено
сравнение
технических
характеристик
наиболее
перспективных
видов
накопителей
энергии
,
показаны
их
преимуще
-
ства
и
недостатки
.
Современные
литий
-
ион
-
Рис
. 2.
Окупаемость
строительства
ВЭС
с
применением
СНЭ
при
снижении
стоимости
накопителя
до
20%
от
капитальных
вложений
2000,00
–2000,00
–6000,00
–10
000,00
–14
000,00
–18
000,00
–22
000,00
–26
000,00
–30
000,00
Су
мма
,
млн
ру
б
.
Года
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
№
5 (80) 2023
60
ЛИТЕРАТУРА
1.
Постановление
Правительства
РФ
от
28.05.2013
№
449 «
О
механизме
стимулирования
использования
возобновляемых
источников
энер
-
гии
на
оптовом
рынке
электриче
-
ской
энергии
и
мощности
». URL:
https://base.garant.ru/70388616/.
2.
Новавинд
Росатом
.
Берестовская
ВЭС
. URL: https://novawind.ru/pro-
duction/our-projects/berestovskay_
wind_farm/.
3.
Отчет
о
функционировании
ЕЭС
России
в
2022
году
(
на
основе
оперативных
данных
).
Системный
оператор
единой
энергетической
системы
. URL: https://www.so-ups.
ru/fileadmin/files/company/reports/
disclosure/2023/ups_rep2022.pdf.
4.
Белобородов
С
.
С
.,
Гашо
Е
.
Г
.,
Нена
-
шев
А
.
В
.
Возобновляемые
источ
-
ники
энергии
и
водород
в
энергоси
-
стеме
:
проблемы
и
преимущества
.
СПб
.:
Наукоемкие
технологии
,
2021. 152
с
.
5.
ГОСТ
Р
58092.1-2018.
Системы
накопления
электрической
энер
-
гии
(
СНЭЭ
).
Термины
и
опреде
-
ления
. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200159405.
6.
ГОСТ
Р
58092.5.1-2018.
Системы
накопления
электрической
энер
-
гии
(
СНЭЭ
).
Безопасность
систем
,
работающих
в
составе
сети
.
Об
-
щие
требования
. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200159406.
7.
ГОСТ
Р
58092.2.1-2020.
Системы
накопления
электрической
энер
-
гии
(
СНЭЭ
).
Параметры
устано
-
вок
и
методы
испытаний
.
Общее
описание
. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200173636.
8.
ГОСТ
Р
58092.3.1-2020.
Систе
-
мы
накопления
электрической
энергии
(
СНЭЭ
).
Проектирование
и
оценка
рабочих
параметров
.
Об
-
щие
требования
. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200173637.
9.
Бушуев
С
.
А
.,
Виноградов
К
.
А
.,
Ви
-
ноградов
П
.
К
.
и
др
.
Современная
рыночная
электроэнергетика
Рос
-
сийской
Федерации
.
Под
общ
.
ред
.
О
.
Г
.
Баркина
.
М
.:
Совет
рынка
,
2017. 530
с
.
10.
Васильков
О
.
С
.
Повышение
энер
-
гоэффективности
электротехниче
-
ских
комплексов
горно
-
обогатитель
-
ных
предприятий
с
использованием
систем
накопления
электроэнергии
.
Дис
. …
канд
.
техн
.
наук
.
Санкт
-
Петербург
:
ФГБОУ
ВО
«
Санкт
-
Петербургский
горный
универси
-
тет
», 2021. 100
с
.
11.
Агеев
С
.
А
.
Перспективы
примене
-
ния
решений
на
основе
суперкон
-
денсаторов
в
железнодорожном
транспорте
//
Вестник
института
проблем
естественных
моно
-
полий
:
Техника
железных
дорог
,
2020,
№
3(51).
С
. 37–41.
12.
Механизмы
поддержки
генериру
-
ющих
объектов
,
функционирую
-
щих
на
основе
возобновляемых
источников
энергии
,
на
оптовом
рынке
.
Министерство
энергетики
РФ
. URL: https://minenergo.gov.ru/
node/489.
НАКОПИТЕЛИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
REFERENCES
1. Resolution of the RF Government
dated 28.05.2013 no. 449 “On the
stimulating mechanism for using
the renewable energy sources in
the wholesale energy and power
market”. URL: https://base.garant.
ru/70388616/.
2. Novawind Rosatom. Berestovskaya
WPP. URL: https://novawind.ru/pro-
duction/our-projects/berestovskay_
wind_farm/.
3. Report on UES of Russia operation
in 2022 (online data-based). System
operator of the Uni
fi
ed Energy Sys-
tem of Russia. URL: https://www.
so-ups.ru/fileadmin/files/company/
r e p o r t s / d i s c l o s u r e / 2 0 2 3 / u p s _
rep2022.pdf.
4. Beloborodov S.S., Gasho E.G.,
Nenashev A.V. Renewable energy
sources and hydrogen in the power
system: problems and advantages.
Saint Petersburg,
Naukoyomkiye
tekhnologii
[Hi-Tech], 2021. 152 p.
(In Russian)
5. State standard GOST R 58092.1-
2018. Electric energy storage (ESS)
systems. Terms and de
fi
nitions.
URL: https://docs.cntd.ru/document/
1200159405.
6. State standard GOST R 58092.5.1-
2018. Electric energy storage (EES)
systems. Safety considerations for
grid-integrated EES systems. Gen-
eral speci
fi
cation. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200159406.
7. State standard GOST R 58092.2.1-
2020. Electric energy storage (ESS)
systems. Unit parameters and test
methods. General speci
fi
cation.
URL: https://docs.cntd.ru/document/
1200173636.
8. State standard GOST R 58092.3.1-
2020. Electric energy storage (EES)
systems. Planning and performance
assessment. General requirements.
URL: https://docs.cntd.ru/document/
1200173637.
9. Bushuev S.A., Vinogradov K.A., Vi-
nogradov P.K. and others. Present-
day market power of the Russian
Federation. Under general editorship
of Barkin O.G. Moscow,
Sovyet ryn-
ka
[Market council], 2017. 530 p. (In
Russian)
10.
Vasil’kov O.S. Energy ef
fi
ciency
improvement of electromechanical
complexes of mine-mills with the use
of energy storage systems. Ph.D.
thesis in Engineering Science. Saint
Petersburg, Saint Petersburg Mining
University, 2021. 100 p. (In Russian)
11. Ageev S.A. Prospects of using the
supercapacitor-based solutions in
the railway service //
Vestnik instituta
problem yestestvennykh monopoliy:
Tekhnika zheleznykh dorog
[Bulletin
of the Institute of natural monopolies:
Railway equipment], 2020, no. 3(51),
pp. 37-41. (In Russian)
12. Mechanisms of supporting the RES-
based operating generating utilities
in the wholesale market. Ministry of
Energy of RF. URL: https://minen-
ergo.gov.ru/node/489.
8.
Показано
,
что
при
снижении
стоимости
на
-
копителя
в
5
раз
(
до
20%
от
уровня
текущих
цен
)
в
варианте
ВЭС
60
МВт
с
накопителем
20
МВт
140
МВт
·
ч
,
использование
накопителей
экономически
эффективно
,
проект
окупится
в
течение
10–11
лет
.
Таким
образом
,
в
насто
-
ящее
время
высокая
стоимость
СНЭ
являет
-
ся
дополнительной
преградой
для
их
более
массового
применения
на
объектах
электро
-
энергетики
.
Оригинал статьи: Использование систем накопления энергии на ВЭС, работающих в составе ЕЭС России
В статье рассмотрена установка систем накопления электроэнергии (СНЭ) к существующим ветряным электростанциям (ВЭС) и солнечным электростанциям (СЭС) для сохранения срока окупаемости их сооружения, а также проанализирована текущая ситуация по строительству возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России. Рассмотрены некоторые типы накопителей, возможные для установки к ВИЭ. Оценены перспективы использования СНЭ с целью увеличения экономической эффективности проектов сооружения ВЭС и СЭС. Произведен технико-экономический расчет установки литий-ионного накопителя 20 МВт к ВЭС 60 МВт.
