80
СЕТИ
РОССИИ
ВВЕДЕНИЕ
Приоритетными
задачами
раз
-
вития
современных
интеллектуаль
-
ных
электроэнергетических
систем
(
ИЭС
)
является
повышение
надёж
-
ности
электроснабжения
потребите
-
лей
,
эффективности
и
экологичности
энергетики
.
Реализацию
указанных
задач
нередко
осложняют
такие
проблемы
электрических
сетей
,
как
высокая
перегруженность
оборудо
-
вания
,
большие
потери
,
длительные
перерывы
питания
потребителей
при
авариях
в
сети
,
сложность
управ
-
ления
режимом
сети
с
возобновляе
-
мыми
источниками
энергии
(
ВИЭ
)
из
-
за
неравномерного
графика
ге
-
нерируемой
ими
мощности
.
Одним
из
возможных
решений
перечислен
-
ных
проблем
является
применение
накопителей
электроэнергии
.
На
сегодняшний
день
применя
-
ются
несколько
типов
накопителей
с
различными
способами
хранения
энергии
и
техническими
характе
-
ристиками
:
гидроаккумулирующие
электростанции
,
накопители
на
основе
сжатого
воздуха
,
кинетиче
-
ские
накопители
(
маховики
),
супер
-
конденсаторы
и
т
.
д
.
Данная
статья
посвящена
одному
из
наиболее
ак
-
тивно
развивающихся
и
перспектив
-
ных
для
энергетики
направлений
—
применению
сетевых
накопителей
электроэнергии
(
СНЭ
)
на
основе
ак
-
кумуляторных
батарей
(
АБ
).
Основными
конструктивными
компонентами
таких
СНЭ
являют
-
ся
АБ
,
двунаправленный
инвер
-
тор
для
преобразования
тока
при
заряде
и
разряде
АБ
,
а
также
си
-
стема
мониторинга
,
управления
и
защиты
элементов
СНЭ
.
До
не
-
давнего
времени
одними
из
наи
-
более
изученных
и
практически
освоенных
были
СНЭ
со
свинцово
-
кислотными
батареями
.
Однако
в
последние
годы
активно
развива
-
ется
применение
в
СНЭ
других
ти
-
пов
АБ
,
например
натрий
-
серных
,
никель
-
солевых
,
литий
-
ионных
.
По
-
вышенный
интерес
к
таким
АБ
об
-
условлен
тем
,
что
по
сравнению
со
свинцово
-
кислотными
они
,
как
правило
,
имеют
более
высокие
удельные
характеристики
и
боль
-
ший
срок
службы
.
В
зависимости
от
выполняемых
функций
СНЭ
может
подключать
-
ся
либо
непосредственно
к
сети
низкого
напряжения
(0,4
кВ
),
либо
через
силовой
трансформатор
к
сети
более
высокого
напряжения
.
Основными
режимами
работы
СНЭ
являются
:
•
режим
накопления
электроэнер
-
гии
,
в
котором
накопитель
потре
-
бляет
энергию
из
электрической
сети
для
заряда
АБ
;
•
режим
выдачи
ранее
запасён
-
ной
в
АБ
СНЭ
электроэнергии
в
сеть
.
Применение сетевых
накопителей
электроэнергии в
электроэнергетических
системах
Денис ЖУРАВЛЕВ,
к.т.н., ведущий инженер ОАО «ВНИИР»
о
б
о
р
у
д
о
в
а
н
и
е
оборудование
81
№
4 (19),
июль
–
август
, 2013
ПРИМЕНЕНИЕ
СНЭ
В
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
В
настоящее
время
в
России
и
за
рубежом
проводятся
активные
исследования
и
практическое
вне
-
дрение
СНЭ
для
решения
различ
-
ных
задач
,
таких
как
:
•
снижение
максимума
нагрузки
,
выравнивание
суточного
графи
-
ка
нагрузки
;
•
выравнивание
графика
мощно
-
сти
,
генерируемой
ВИЭ
;
•
резервное
питание
потребите
-
лей
и
систем
собственных
нужд
энергообъектов
;
•
снижение
потерь
и
повышение
качества
электроэнергии
в
элек
-
трической
сети
;
•
регулирование
частоты
в
электрической
сети
.
СНИЖЕНИЕ
МАКСИМУМА
И
ВЫРАВНИВАНИЕ
СУТОЧНОГО
ГРАФИКА
НАГРУЗКИ
Снижение
максимума
и
выравнивание
суточно
-
го
графика
нагрузки
исто
-
рически
являются
одни
-
ми
из
первых
задач
,
для
решения
которых
начали
применяться
СНЭ
с
АБ
.
Ещё
в
80-
х
годах
было
ре
-
ализовано
несколько
пи
-
лотных
проектов
в
Герма
-
нии
,
Японии
и
США
,
где
для
решения
указанных
задач
были
применены
СНЭ
на
свинцово
-
кислотных
Рис
. 1.
Выравнивание
суточного
графика
нагрузки
с
применением
СНЭ
Рис
. 2.
Пример
суточного
графика
нагрузки
и
генерируемой
мощности
в
электрической
сети
с
распределённой
солнечной
генерацией
•
снизить
потери
мощ
-
ности
и
напряжения
в
электрической
сети
при
работе
СНЭ
на
выдачу
электроэнергии
за
счёт
уменьшения
значения
мощности
,
передаваемой
по
линиям
от
шин
питаю
-
щей
ПС
к
потребителю
,
на
величину
мощности
,
по
-
лучаемой
потребителем
от
СНЭ
;
•
поддерживать
требуе
-
мое
нормативными
до
-
кументами
значение
на
-
пряжения
у
потребителей
во
время
суточного
мак
-
симума
нагрузки
.
ВЫРАВНИВАНИЕ
ГРАФИКА
МОЩНОСТИ
,
ГЕНЕРИРУЕМОЙ
ВИЭ
Возобновляемые
источники
энергии
,
активно
внедряемые
за
рубежом
,
обычно
имеют
неравно
-
мерный
график
генерируемой
мощности
.
Это
,
в
свою
очередь
,
усложняет
задачи
прогнозирова
-
ния
значений
выдаваемой
ими
мощности
и
управления
режимом
электрической
сети
,
к
которой
они
подключены
.
Для
выравнивания
графика
генерируемой
ВИЭ
мощ
-
ности
в
настоящее
время
успешно
применяются
СНЭ
.
В
режиме
избы
-
точной
генерации
СНЭ
переходят
в
режим
заряда
АБ
,
при
недостатке
мощности
,
генерируемой
ВИЭ
,
СНЭ
АБ
[1].
Для
выравнивания
суточно
-
го
графика
нагрузки
в
часы
ночно
-
го
минимума
нагрузки
(
рис
. 1)
СНЭ
переходит
в
режим
заряда
АБ
и
работает
как
трёхфазная
нагрузка
,
в
часы
максимума
нагрузки
нако
-
питель
переходит
в
режим
выдачи
электроэнергии
и
выдаёт
активную
и
реактивную
мощность
в
сеть
.
В
последние
годы
данное
на
-
правление
применения
СНЭ
ста
-
новится
всё
более
актуальным
,
поскольку
позволяет
решить
сразу
несколько
важных
задач
:
•
частично
разгрузить
перегружен
-
ные
трансформаторы
питающих
подстанций
(
ПС
),
что
потенциаль
-
но
даёт
возможность
подключить
к
ним
дополнительную
нагрузку
;
82
СЕТИ РОССИИ
работает
на
выдачу
электроэнергии
потребителю
.
В
системах
автоном
-
ного
питания
на
базе
ВИЭ
приме
-
нение
СНЭ
позволяет
обеспечивать
электропитание
потребителя
даже
в
том
случае
,
когда
ВИЭ
в
их
составе
не
вырабатывают
необходимую
для
электропитания
потребителя
мощ
-
ность
.
На
рис
. 2
приведён
пример
суточного
графика
нагрузки
элек
-
трической
сети
с
большой
долей
распределённой
солнечной
гене
-
рации
.
В
данном
случае
примене
-
ние
ВИЭ
позволяет
в
дневные
часы
разгрузить
питающие
подстанции
.
СНЭ
используется
для
снижения
ко
-
лебаний
генерируемой
солнечны
-
ми
батареями
мощности
,
при
этом
величина
потребляемой
из
электри
-
ческой
сети
мощности
остаётся
не
-
изменной
.
На
рис
. 3
приведен
пример
су
-
точного
графика
нагрузки
потре
-
бителей
,
питаемых
от
автономной
системы
электроснабжения
на
базе
солнечных
батарей
,
ветрогенерато
-
ра
и
СНЭ
.
В
этом
случае
основным
назначением
СНЭ
является
питание
нагрузки
при
недостатке
мощности
,
генерируемой
автономной
систе
-
мой
электроснабжения
.
На
сегодняшний
день
ве
-
дущие
зарубежные
компании
-
производители
аккумуляторов
предлагают
АБ
различного
типа
для
применения
в
СНЭ
для
ВИЭ
.
Это
в
первую
очередь
герметизи
-
рованные
свинцово
-
кислотные
необслуживаемые
аккумуляторы
большой
ёмкости
,
выполненные
по
технологии
GEL
(
реже
AGM
),
ориен
-
тированные
на
циклическую
рабо
-
ту
и
обладающие
по
сравнению
со
свинцово
-
кислотными
батареями
других
типов
меньшим
саморазря
-
дом
и
повышенной
устойчивостью
к
глубоким
разрядам
.
В
последние
годы
с
ВИЭ
всё
чаще
используют
-
ся
СНЭ
с
натрий
-
серными
,
никель
-
солевыми
и
литий
-
ионными
АБ
.
Достоинством
их
использования
является
больший
по
сравнению
со
свинцово
-
кислотными
батареями
ресурс
по
циклам
заряда
/
разряда
,
возможность
более
глубокого
раз
-
ряда
батарей
,
лучшие
массогаба
-
ритные
показатели
,
однако
для
их
функционирования
требуется
более
сложная
система
управления
АБ
.
РЕЗЕРВНОЕ
ПИТАНИЕ
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
И
СИСТЕМ
СОБСТВЕННЫХ
НУЖД
ЭНЕРГООБЪЕКТОВ
Для
резервного
питания
по
-
требителей
малой
мощности
СНЭ
с
АБ
в
настоящее
время
приме
-
няются
весьма
широко
.
На
рынке
представлено
большое
количество
решений
,
преимущественно
на
основе
свинцово
-
кислотных
аккуму
-
ляторов
,
позволяющих
автономно
снабжать
электроэнергией
потреби
-
телей
с
относительно
небольшой
на
-
грузкой
за
счёт
ранее
заряженной
от
электрической
сети
АБ
.
Применение
СНЭ
для
резервного
питания
групп
потребителей
с
большой
эквивалентной
потребляемой
мощно
-
стью
реализовано
в
на
-
стоящее
время
в
ряде
проектов
за
рубежом
.
Данное
направление
представляется
пер
-
спективным
,
однако
высокая
стоимость
АБ
пока
ограничивает
воз
-
можности
массового
использования
СНЭ
с
АБ
для
решения
указан
-
ной
задачи
.
Примером
успешного
внедрения
СНЭ
в
распределитель
-
ных
электрических
сетях
являются
проекты
аме
-
риканской
компании
American Electric Power
(
AEP
),
осуществлённые
при
финансовой
поддержке
Ми
-
нистерства
энергетики
США
[2].
В
рамках
этих
проектов
к
2010
г
.
в
штатах
Техас
и
Западная
Вирджи
-
ния
установлены
пять
крупных
СНЭ
общей
мощностью
11
МВт
и
энер
-
гоёмкостью
75,4
МВт
·
ч
,
которые
используются
для
резервирования
питания
потребителей
,
а
также
для
поддержания
стабильного
уровня
мощности
при
скачках
нагрузки
.
Также
в
рамках
проекта
«
Commu-
nity Energy Storage
»
в
настоящее
время
в
штате
Огайо
устанавлива
-
ется
80
СНЭ
мощностью
25
кВт
и
энергоёмкостью
25
кВт
·
ч
каждый
на
основе
литий
-
ионных
АБ
,
одной
из
задач
которых
является
резер
-
вирование
питания
потребите
-
лей
.
Применение
СНЭ
для
резерви
-
рования
систем
собственных
нужд
энергообъектов
при
полной
по
-
тере
внешнего
питания
является
важным
направлением
использо
-
вания
накопителей
энергии
,
по
-
зволяющим
повысить
надёжность
электроснабжения
потребителей
.
Данное
направление
успешно
раз
-
вивается
за
рубежом
,
а
с
недавних
пор
и
в
России
.
Одни
из
первых
в
нашей
стране
СНЭ
для
резервно
-
го
электроснабжения
собственных
нужд
подстанций
были
установлены
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
в
2010
году
на
ПС
220
кВ
«
Псоу
» (
г
.
Сочи
)
и
в
2011
году
на
ПС
220
кВ
«
Волхов
-
Северная
»
(
г
.
Санкт
-
Петербург
).
Рис
. 3.
Пример
суточного
графика
нагрузки
и
генерируемой
мощности
при
питании
потребителей
от
автономного
источника
электроснабжения
на
ВИЭ
с
СНЭ
График
нагрузки
потребителей
,
подключённых
к
автономному
источнику
питания
График
мощности
,
генерируемой
автономным
источником
питания
на
ВИЭ
с
СНЭ
83
№
4 (19),
июль
–
август
, 2013
СНИЖЕНИЕ
ПОТЕРЬ
И
ПОВЫШЕНИЕ
КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СЕТИ
В
электрических
сетях
существу
-
ет
ряд
проблем
,
таких
как
перегру
-
женность
оборудования
,
старение
материальных
активов
,
неопти
-
мальная
конфигурация
распредели
-
тельных
электрических
сетей
и
т
.
д
.,
которые
ведут
к
повышению
потерь
в
электрических
сетях
и
снижению
качества
электроэнергии
у
потре
-
бителей
.
Для
улучшения
ситуации
проводятся
различные
технические
мероприятия
,
обычно
требующие
значительных
временных
и
мате
-
риальных
затрат
:
разукрупнение
су
-
ществующих
электрических
сетей
,
строительство
и
ввод
в
эксплуата
-
цию
новых
питающих
подстанций
и
прилегающих
к
ним
участков
сети
,
применение
вольтодобавочных
трансформаторов
,
устройств
ком
-
пенсации
реактивной
мощности
и
т
.
д
.
Одним
из
оперативных
реше
-
ний
указанных
проблем
является
установка
в
распределительных
электрических
сетях
СНЭ
.
Системы
управления
применяе
-
мых
в
СНЭ
двунаправленных
ин
-
верторов
позволяют
регулировать
коэффициент
потребляемой
и
выда
-
ваемой
накопителем
мощности
.
За
счёт
этого
накопитель
может
исполь
-
зоваться
как
устройство
компенса
-
ции
реактивной
мощности
.
При
-
менение
СНЭ
для
регулирования
реактивной
мощности
способствует
поддержанию
заданных
норматив
-
ными
требованиями
значений
на
-
пряжения
в
узлах
электрической
сети
,
позволяет
снизить
потери
на
-
пряжения
и
мощности
в
электриче
-
ской
сети
,
а
также
повысить
коэф
-
фициент
мощности
нагрузки
.
При
работе
СНЭ
на
выдачу
электроэнергии
в
сеть
снижает
-
ся
величина
активной
мощности
,
передаваемой
по
участкам
сети
от
питающей
подстанции
до
места
установки
СНЭ
,
что
также
ведёт
к
уменьшению
потерь
мощности
и
напряжения
на
этих
участках
сети
.
Таким
образом
,
применение
СНЭ
в
распределительных
сетях
мо
-
жет
повысить
качество
напряжения
в
сети
,
обеспечить
требуемое
зна
-
чение
напряжения
у
потребителей
в
режиме
суточного
максимума
на
-
грузки
и
на
время
отсрочить
прове
-
дение
необходимых
мероприятий
по
реконструкции
и
модернизации
электрических
сетей
.
РЕГУЛИРОВАНИЕ
ЧАСТОТЫ
В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СЕТИ
Ещё
одним
важным
для
энер
-
гетики
направлением
применения
СНЭ
является
регулирование
ча
-
стоты
в
электрической
сети
.
В
этом
случае
подключённые
к
электриче
-
ской
сети
СНЭ
могут
использоваться
либо
как
горячий
резерв
активной
мощности
,
либо
как
дополнитель
-
ная
нагрузка
.
При
снижении
часто
-
ты
в
сети
по
команде
диспетчера
или
автоматически
СНЭ
могут
быть
переведены
в
режим
выдачи
в
сеть
активной
мощности
на
время
,
пока
частота
не
вернётся
в
заданный
до
-
пустимый
диапазон
или
АБ
СНЭ
не
разрядятся
до
допустимого
значе
-
ния
.
При
повышении
частоты
СНЭ
могут
быть
переведены
в
режим
заряда
АБ
для
увеличения
мощ
-
ности
нагрузки
в
сети
.
За
рубежом
пилотные
проекты
по
применению
СНЭ
для
регулирования
частоты
су
-
ществуют
с
80-
х
годов
.
В
настоящее
время
это
направление
приобрета
-
ет
всё
большую
актуальность
в
свя
-
зи
с
ростом
доли
распределённой
генерации
,
в
том
числе
на
ВИЭ
,
ко
-
торая
часто
имеет
неравномерный
,
сложно
прогнозируемый
график
генерируемой
мощности
и
ограни
-
ченные
возможности
управления
при
отклонениях
частоты
сети
.
ВЫВОДЫ
За
рубежом
СНЭ
рассматрива
-
ются
как
один
из
ключевых
компо
-
нентов
современных
ИЭС
.
По
мере
усложнения
топологии
электриче
-
ских
сетей
,
увеличения
мощности
нагрузок
,
роста
распределённой
ге
-
нерации
и
ВИЭ
внедрение
СНЭ
ста
-
новится
всё
более
актуальным
.
На
сегодняшний
день
СНЭ
успешно
при
-
меняются
для
решения
целого
ряда
важных
задач
:
снижения
максимума
и
выравнивания
суточного
графика
нагрузки
,
выравнивания
графика
ге
-
нерируемой
ВИЭ
мощности
,
резерв
-
ного
питания
потребителей
и
систем
собственных
нужд
энергообъектов
,
снижения
потерь
и
повышения
ка
-
чества
электроэнергии
в
электриче
-
ской
сети
,
регулирования
частоты
в
электрической
сети
и
т
.
д
.
Имеющиеся
на
сегодняшний
день
технологии
аккумулирования
энергии
и
силовой
электроники
по
-
зволяют
создавать
СНЭ
с
высоки
-
ми
удельными
характеристиками
и
большим
сроком
службы
.
Одним
из
основных
факторов
,
сдерживающих
внедрение
СНЭ
,
по
-
прежнему
оста
-
ётся
их
высокая
стоимость
,
опреде
-
ляемая
в
первую
очередь
стоимо
-
стью
АБ
.
Несмотря
на
это
,
благодаря
широким
функциональным
возмож
-
ностям
,
применение
сетевых
нако
-
пителей
энергии
для
решения
задач
электроэнергетики
представляется
весьма
перспективным
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Valve-regulated lead-acid bat-
teries/ D.A.J Rand, P.T. Moseley,
J. Garche, C.D. Parker. — Elsevier,
2004.
2.
Окафор
Э
.
Распределённое
на
-
копление
электроэнергии
//
«Transmission & Distribution
World. Russian Edition».
При
-
ложение
к
журналу
«
ЭЛЕКТРО
-
ЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распреде
-
ление
», 2012,
№
3,
с
. 38—42.
Накопитель
энергии
16
МВт
с
литий
-
ионными
АБ
для
регулирования
частоты
электриче
-
Накопитель
энергии
16
МВт
с
литий
-
ионными
АБ
для
регулирования
частоты
электриче
-
ской
сети
.
Установлен
компанией
AES Energy Storage
в
г
.
Джонсон
-
Сити
,
Нью
Йорк
ской
сети
.
Установлен
компанией
AES Energy Storage
в
г
.
Джонсон
-
Сити
,
Нью
Йорк
Оригинал статьи: Применение сетевых накопителей электроэнергии в электроэнергетических системах
Приоритетными задачами развития современных интеллектуальных электроэнергетических систем (ИЭС) является повышение надёжности электроснабжения потребителей, эффективности и экологичности энергетики. Реализацию указанных задач нередко осложняют такие проблемы электрических сетей, как высокая перегруженность оборудования, большие потери, длительные перерывы питания потребителей при авариях в сети, сложность управления режимом сети с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) из-за неравномерного графика генерируемой ими мощности. Одним из возможных решений перечисленных проблем является применение накопителей электроэнергии.