Опыт внедрения накопителей электроэнергии на объектах с децентрализованным энергоснабжением

Page 1
background image

Page 2
background image

96

АНАЛИТИКА

СЕТИ  РОССИИ

96

о

б

о

р

у

д

о

в

а

н

и

е

оборудование

В

 

 

условиях

 

Севера

 

нашей

 

страны

 — 

Республика

 

Саха

 

(

Якутия

), 

широкое

 

распро

-

странение

 

получили

 

систе

-

мы

 

электропитания

 

на

 

основе

 

воз

-

обновляемых

 

источников

 

энергии

Связано

 

это

 

с

 

тем

что

 

энергосисте

-

ма

 

построена

 

по

 

децентрализован

-

ному

 

принципу

Электроснабжение

 

отдалённых

 

посёлков

 

республики

 

обеспечивается

 

с

 

помощью

 

дизель

-

генераторных

 

электростанций

Со

-

ответственно

 

значительную

 

долю

 

затрат

 

на

 

обеспечение

 

электро

-

энергией

 

потребителей

 

составляет

 

стоимость

 

дизельного

 

топлива

Так

-

же

 

большую

 

долю

 

затрат

 

составля

-

ет

 

сложнейшая

 

логистика

 

доставки

 

дизельного

 

топлива

 

к

 

местам

 

хранения

 

и

 

по

-

требления

Низкая

 

транспортная

 

доступность

 

объектов

 

энергетики

 

и

 

сезонность

 

маршрутов

 

связана

 

с

 

особенностями

 

климата

 

региона

Все

 

эти

 

факторы

 

заставляют

 

искать

 

пути

 

экономии

 

дизельного

 

топлива

 

и

 

проявлять

 

большой

 

инте

-

рес

 

к

 

возобновляемым

 

источникам

 

энергии

.  

Из

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

 

в

 

республике

 

наибольшее

 

распространение

 

наш

-

ли

 

системы

 

электропитания

 

на

 

основе

 

солнеч

-

ных

 

фотоэлектрических

 

панелей

  (

солнечных

 

батарей

). 

Фотоэлектрические

 

панели

 

работают

 

в

 

комплексе

 

с

 

сетевыми

 

инверторами

которые

 

преобразовывают

 

постоянный

 

электрический

 

ток

 

от

 

солнечной

 

батареи

 

в

 

переменный

 

одно

-

фазный

 

или

 

трёхфазный

 

электрический

 

ток

 

синфазно

 

с

 

основной

 

сетью

 

электроснабжения

 

Опыт внедрения накопителей 

электроэнергии на объектах 

с децентрализованным 

энергоснабжением

В статье приведён обзор результатов внедрения накопителей электроэнергии 
для систем электропитания на основе возобновляемых источников энергии в 
условиях Севера — Республика Саха (Якутия). Накопители электроэнергии 
были реализованы на базе аккумуляторных батарей со свинцово-кислотной и 
литий-ионной электрохимической формулой.

Александр ГОРЯНСКИЙ,

руководитель проектно-технического отдела ООО «Группа ЭНЭЛТ» 

Рис

. 1. 

Типовая

 

схема

 

включения

 

сетевой

 

солнечной

 

электростанции

 (

СЭС

)

Индикаторы

СЭС

ДГУ

Сеть

и

 

позволяют

 

обеспечить

 

часть

 

мощности

не

-

обходимой

 

для

 

питания

 

потребителей

Данное

 

решение

 

позволяет

 

снизить

 

нагрузки

 

на

 

дизель

-

генераторную

 

электростанцию

 

и

 

соответствен

-

но

 

снизить

 

расходы

 

на

 

дизельное

 

топливо

 

и

 

его

 

доставку

Однако

 

такое

 

решение

 

имеет

 

ряд

 

не

-

достатков

 

и

 

ограничений

 (

рис

. 1).

К

 

недостаткам

 

можно

 

отнести

 

тот

 

факт

что

 

дизельный

 

генератор

 

при

 

таком

 

решении

 

нель

-

зя

 

остановить

 

даже

 

при

 

высокой

 

солнечной

 

ак

-

тивности

 

и

 

значительной

 

мощности

 

солнечной

 

электростанции

Сетевым

 

инверторам

 

необхо

-

димо

 

опорное

 

напряжение

 

для

 

генерации

 

элек

-

троэнергии

С

 

этим

 

же

 

связаны

 

и

 

ограничения

 

в

 

применении

 

сетевой

 

солнечной

 

электростанции

 

по

 

мощности

В

 

случае

когда

 

выработка

 

СЭС

 

велика

 

и

 

мощности

 

солнечной

 

энергии

 

доста

-


Page 3
background image

97

 4 (31) 2015

97

точно

 

чтобы

 

покрыть

 

нужды

 

потребителей

 

электро

-

энергии

дизельный

 

генератор

 

остаётся

 

практически

 

без

 

нагрузки

 

и

 

работает

 

нестабильно

А

 

в

 

случае

 

если

 

мощность

 

СЭС

 

превышает

 

мощность

 

потребителей

генератор

 

превращается

 

в

 

нагрузку

 

для

 

инвертора

 

и

 

начинает

 

работать

 

в

 

режиме

 

электродвигателя

Всё

 

это

 

вызывает

 

сбои

 

в

 

работе

 

электростанции

и

 

пер

-

сонал

 

в

 

таком

 

случае

 

вынужден

 

искусственно

 

отклю

-

чать

 

инверторы

и

 

избыточная

 

солнечная

 

энергия

 

просто

 

теряется

 (

рис

. 2).

Компанией

 

ООО

  «

Группа

 

ЭНЭЛТ

» 

было

 

пред

-

ложено

 

применение

 

накопителей

 

электроэнергии

 

на

 

базе

 

аккумуляторных

 

батарей

Накопители

 

пред

-

ставляли

 

собой

 

набор

 

двунаправленных

 

батарейных

 

инверторов

шкафы

 

ввода

-

синхронизации

необхо

-

димые

 

защитные

 

аппараты

модули

 

мониторинга

 

и

 

управления

 

и

 

собственно

 

аккумуляторные

 

батареи

Батарейные

 

инверторы

 

способны

 

заряжать

 

аккуму

-

ляторные

 

батареи

 

от

 

сети

 

переменного

 

тока

 

и

 

гене

-

рировать

 

трёхфазный

 

переменный

 

ток

 

за

 

счёт

 

энер

-

гии

запасённой

 

в

 

аккумуляторах

 (

рис

. 3). 

Данное

 

решение

 

позволило

 

не

 

терять

 

избыточ

-

ную

 

энергию

 

солнечной

 

электростанции

а

 

запасать

 

её

 

для

 

дальнейшего

 

использования

А

 

также

 

решить

 

следующие

 

задачи

:

• 

за

 

счёт

 

того

что

 

батарейные

 

инверторы

 

генериру

-

ют

 

опорное

 

напряжение

появилась

 

возможность

 

полной

 

остановки

 

ДГУ

 

и

 

работы

 

совместно

 

с

 

СЭС

 

как

 

ватт

-

добавка

 (

разряд

 

аккумуляторов

);

• 

помимо

 

прямой

 

экономии

 

топлива

происходит

 

экономия

 

моторесурса

 

ДГУ

 

и

 

соответственно

 

затрат

 

на

 

обслуживание

;

• 

вывод

 

ДГУ

 

на

 

оптимальный

 

режим

 

расхода

 

топли

-

ва

 

за

 

счёт

 

догрузки

 

ДГУ

 

до

 

оптимальной

 

мощно

-

сти

Свободная

 

энергия

 

дизельного

 

генератора

 

идёт

 

на

 

заряд

 

аккумуляторных

 

батарей

• 

сглаживание

 

пиковых

 

нагрузок

 

на

 

ДГУ

 

за

 

счёт

 

инверторов

 

и

 

энергии

запасённой

 

в

 

аккумулятор

-

ных

 

батареях

.

В

 

качестве

 

опытных

 

площадок

 

были

 

выбраны

 

солнце

-

дизельные

 

электростанции

 

в

 

посёлках

 

Бата

-

май

 

Кобяйского

 

района

 

и

 

Ючюгей

 

Оймяконского

 

рай

-

она

 

Республики

 

Саха

 (

Якутия

). 

Весь

 

комплекс

 

обору

-

дования

 

накопителей

 

был

 

размещён

 

во

 

всепогодных

 

контейнерах

 

с

 

необходимым

 

обогревом

 

и

 

кондициони

-

рованием

Такое

 

решение

 

позволяет

 

удобно

 

расши

-

рять

 

блочно

-

модульную

 

конструкцию

 

существующих

 

автоматических

 

дизельных

 

электростанций

 (

АДЭС

). 

В

 

посёлке

 

Батамай

 

в

 

качестве

 

накопителя

 

элек

-

троэнергии

 

были

 

применены

 

литий

-

ионные

 

аккуму

-

ляторные

 

батареи

 

с

 LiFePO4 

в

 

качестве

 

катодного

 

материала

Напряжение

 

аккумуляторной

 

батареи

 

48 

В

общая

 

ёмкость

 

накопителя

 1800 

А

ч

Преиму

-

ществом

 

применения

 

литий

-

ионных

 

аккумуляторных

 

батарей

 

является

 

высокая

 

скорость

 

заряда

широкий

 

Рис

. 2. 

Искусственные

 

потери

 

энергии

 

СЭС

 

при

 

высокой

 

солнечной

 

активности

 

и

 

низкой

 

нагрузке

Мощность

 

нагрузки

 (

ДГУ

 + 

СЭС

)

Генерация

 

ДГУ

 

Генерация

 

СЭС

t

P

Рис

. 3. 

Схема

 

включения

 

накопителя

 

электроэнергии


Page 4
background image

98

СЕТИ РОССИИ

температурный

 

диапазон

 

эксплуатации

 

и

 

большой

 

ресурс

 

аккумуляторов

 

по

 

количеству

 

циклов

 

заряд

-

разряд

Применение

 

литий

-

ионных

 

аккумуляторных

 

батарей

 

возможно

 

только

 

в

 

комплексе

 

с

 

контрол

-

лером

 

управления

 

зарядом

-

разрядом

 BMS (Battery 

Management System). 

ООО

 «

Группа

 

ЭНЭЛТ

» 

приме

-

няет

 BMS 

собственной

 

разработки

.

Контроллер

 

управления

 

зарядом

-

разрядом

 BMS 

(Battery Management System) 

имеет

 

следующие

 

ос

-

новные

 

функции

:

• 

защита

 

батареи

 

от

 

перегрузок

 

по

 

току

перезаря

-

да

глубокого

 

разряда

перегрева

;

• 

балансировка

 

заряженности

 

аккумуляторов

 

в

 

батарее

;

• 

локальный

 

и

 

удалённый

 

мониторинг

 

состояния

 

батареи

.

В

 

поселке

 

Ючюгей

 

в

 

качестве

 

накопителя

 

элек

-

троэнергии

 

были

 

применены

 

герметичные

 

свинцово

-

кислотные

 

аккумуляторные

 

батареи

 

с

 

электролитом

 

в

 

виде

 

геля

 (

тип

 OPzV). 

Напряжение

 

аккумуляторной

 

батареи

 48 

В

общая

 

ёмкость

 

накопителя

 3000 

А

ч

Преимуществом

 

применения

 

свинцово

-

кислотных

 

аккумуляторных

 

батарей

 

является

 

простота

 

и

 

надёж

-

ность

 

решения

более

 

низкая

 

первоначальная

 

стои

-

мость

Но

 

свинцово

-

кислотные

 

аккумуляторы

 

более

 

требовательны

 

к

 

температурному

 

диапазону

 

эксплу

-

атации

 

и

 

к

 

режимам

 

заряда

Обладают

 

меньшим

 

ре

-

сурсом

 

циклов

 

заряд

-

разряд

.

Для

 

поселка

 

Батамай

 

Кобяйского

 

района

где

 

уста

-

новлена

 

значительная

 

мощность

 

СЭС

 (60 

кВт

), 

ожи

-

даемая

 

прямая

 

экономия

 

топлива

 

за

 

счёт

 

останов

-

ки

 

дизельных

 

генераторов

 

в

 

период

 

существенной

 

солнечной

 

активности

 

составит

 8617 

литров

 

за

 

год

Дополнительная

 

экономия

 

топлива

 

за

 

счёт

 

вывода

 

дизель

-

генератора

 

на

 

оптимальный

 

режим

 

работы

 

со

-

ставит

 

еще

 702 

л

Итого

 

полная

 

ожидаемая

 

экономия

 

при

 

текущем

 

расходе

 

около

 250 

литров

 

в

 

сутки

 

соста

-

вит

 9319 

литров

 

за

 

год

 (

примерно

 35 

литров

 

в

 

сутки

). 

Системы

 

накопителей

 

электроэнергии

 

в

 

комплек

-

се

 

с

 

сетевыми

 

солнечными

 

инверторами

 (

СЭС

явля

-

ются

 

легко

 

масштабируемым

 

решением

 

и

 

позволяют

 

строить

 

системы

 

вплоть

 

до

 

полностью

 

автономной

 

солнечной

 

электростанции

Что

 

позволит

 

в

 

весенний

 

и

 

летний

 

периоды

 

полностью

 

отказаться

 

от

 

исполь

-

зования

 

дизельных

 

генераторов

 

и

 

получить

 

значи

-

тельную

 

экономию

 

дизельного

 

топлива

.

ООО

  «

Группа

 

ЭНЭЛТ

» 

сотрудничает

 

с

 

Институ

-

том

 

систем

 

энергетики

 

им

Л

.

А

Мелентьева

 

СО

 

РАН

Разработанный

 

в

 

институте

 

оптимизационный

 

ком

-

плекс

 

позволяет

 

провести

 

комплексную

 

оптимиза

-

цию

 

децентрализованных

 

систем

 

электроснабжения

использующих

 

возобновляемые

 

источники

 

энергии

 

и

 

аккумуляторные

 

батареи

:

• 

определение

 

наиболее

 

эффективной

 

технологии

 

производства

 

электроэнергии

• 

выбор

 

вспомогательного

 

оборудования

;

• 

нахождение

 

оптимального

 

единичного

 

типоразме

-

ра

 

оборудования

;

• 

выбор

 

оптимального

 

соотношения

 

генерирующих

 

мощностей

.


Читать онлайн

В статье приведён обзор результатов внедрения накопителей электроэнергии для систем электропитания на основе возобновляемых источников энергии в условиях Севера — Республика Саха (Якутия). Накопители электроэнергии были реализованы на базе аккумуляторных батарей со свинцово-кислотной и литий-ионной электрохимической формулой.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»