94
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
94
о
б
о
р
у
д
о
в
а
н
и
е
оборудование
ВВЕДЕНИЕ
К
аккумуляторной
батарее
(
АБ
)
как
составной
части
сете
-
вого
накопителя
энергии
(
СНЭ
)
предъявляются
определённые
требования
.
Сегодня
накопители
на
базе
аккумуляторных
бата
-
рей
экономически
и
технически
целесообразно
производить
но
-
минальной
мощностью
до
десят
-
ков
мегаватт
,
энергоёмкостью
от
10
кВт
•
ч
до
100
МВт
•
ч
и
про
-
должительностью
выдачи
мощ
-
ности
в
диапазоне
от
нескольких
десятков
минут
до
одного
дня
[1].
В
случае
выхода
за
указанные
пределы
номинальной
мощности
,
количества
запасаемой
энергии
и
продолжительности
цикла
на
-
копления
-
выдачи
экономически
более
выгодными
и
технически
проще
реализуемыми
оказыва
-
ются
накопители
,
основанные
на
базе
других
технологий
запасания
энергии
(
рис
.).
ТОК
ЗАРЯДА
/
РАЗРЯДА
Типовой
график
нагрузки
СНЭ
предполагает
накопление
энергии
в
течение
примерно
4—10
часов
(
ночной
заряд
)
и
выдачу
в
тече
-
ние
4—12
часов
(
дневной
разряд
).
В
случаях
,
когда
требуется
срезать
пиковую
нагрузку
,
время
разряда
может
составлять
десятки
минут
.
Желательно
,
чтобы
в
пределах
ука
-
занного
времени
батарея
смогла
выдать
или
запасти
максимум
энергии
.
Для
этого
необходимо
,
чтобы
токи
заряда
и
разряда
ба
-
тареи
численно
были
сравнимы
с
ёмкостью
батареи
:
раз
≈
0,1—2 C
10
.
При
изменении
в
ра
-
бочих
пределах
токов
разряда
не
должна
значительно
изменяться
снимаемая
с
АБ
ёмкость
.
КОЛИЧЕСТВО
ЦИКЛОВ
ЗАРЯДА
-
РАЗРЯДА
В
режиме
выравнивания
графика
нагрузки
СНЭ
на
базе
аккумуляторов
могут
эксплуати
-
роваться
в
режиме
с
суточными
циклами
(
в
ночной
период
—
за
-
ряд
,
утренний
и
вечерний
пики
—
разряд
)
или
недельными
циклами
(
в
выходные
—
заряд
,
в
будние
дни
—
разряд
).
При
такой
частоте
циклов
заряда
-
разряда
и
сроке
службы
батареи
25
лет
количе
-
ство
циклов
батареи
должно
со
-
ставлять
минимум
1300
для
ре
-
жима
c
недельными
циклами
и
9000 —
для
суточного
режима
.
КОЭФФИЦИЕНТ
ПОЛЕЗНОГО
ДЕЙСТВИЯ
Каждый
цикл
заряда
-
разряда
АБ
сопровождается
неизбежными
потерями
энергии
.
Значительно
снижают
КПД
батареи
такие
яв
-
ления
,
как
саморазряд
и
эффект
памяти
.
Предпочтительными
для
использования
в
СНЭ
являются
те
виды
батарей
,
у
которых
влияние
данных
факторов
минимизирова
-
но
.
Для
безубыточности
сетевого
накопителя
при
двухступенчатом
тарифе
на
электроэнергию
,
без
учёта
амортизационных
отчис
-
лений
на
батарею
,
КПД
батареи
должен
как
минимум
превышать
отношение
тарифа
во
время
за
-
ряда
(
часы
базовой
нагрузи
)
к
та
-
рифу
во
время
разряда
батареи
Требования к
аккумуляторным
батареям в сетевых
накопителях энергии
Илья ТИМОНИН,
главный специалист отдела региональных консультантов ОАО «ВНИИР»
Внешний
вид
демонстрационного
выставочного
экземпляра
СНЭ
95
№
1 (22),
январь
–
февраль
, 2014
95
(
часы
пик
).
Для
современных
акку
-
муляторных
батарей
значение
КПД
может
превышать
90%.
ГЛУБИНА
РАЗРЯДА
В
общем
случае
,
чем
больше
до
-
пустимая
глубина
разряда
,
тем
боль
-
ше
энергии
может
отдать
батарея
за
один
цикл
.
В
идеальном
случае
глубина
разряда
батареи
должна
со
-
ставлять
100%,
что
означает
полное
снятие
номинальной
ёмкости
бата
-
реи
в
пределах
одного
цикла
.
Одна
-
ко
с
увеличением
глубины
разряда
обычно
падает
общее
количество
ци
-
клов
,
на
которое
рассчитана
батарея
,
т
.
е
.
сокращается
её
срок
службы
.
Для
батарей
в
составе
СНЭ
желательно
подбирать
экономически
оптималь
-
ное
сочетание
допустимой
глубины
разряда
и
расчётного
количества
циклов
,
так
как
неправильное
согла
-
сование
этих
величин
между
собой
может
привести
к
сокращению
срока
службы
батареи
или
к
значительному
завышению
капитальных
затрат
и
за
-
трат
на
амортизацию
[2].
УДЕЛЬНАЯ
СТОИМОСТЬ
Стоимость
аккумуляторной
ба
-
тареи
в
большинстве
случае
со
-
ставляет
около
80%
от
стоимости
всего
накопителя
.
Требования
по
стоимости
аккумуляторных
батарей
для
СНЭ
логичнее
всего
приводить
в
удельных
величинах
:
долл
./
кВт
для
мощности
и
долл
./
кВт
•
ч
для
электроэнергии
.
Очевидно
,
что
эти
требования
определяются
текущим
соотношением
тарифов
в
часы
пи
-
ковой
и
базовой
нагрузок
в
месте
подключения
СНЭ
.
От
этого
напря
-
мую
зависит
срок
окупаемости
на
-
копителя
.
При
разнице
между
дневной
и
ночной
ступенями
тарифа
в
3
руб
-
ля
(
Москва
,
в
некоторых
регионах
России
эта
разница
значительно
больше
),
для
того
чтобы
накопитель
окупился
в
течение
трёх
лет
при
25
сутках
простоя
в
год
и
КПД
,
рав
-
ном
70%,
необходимо
,
чтобы
удель
-
ная
стоимость
кВт
•
ч
энергии
такого
накопителя
не
превышала
3
руб
.
х
340
дней
х
3
года
х
70%
≈
2100
руб
.
или
70
долл
.,
что
приближённо
со
-
ответствует
удельной
стоимости
450
долл
.
за
кВт
,
т
.
к
.
средний
на
-
копитель
должен
заряжаться
полно
-
стью
за
время
ночного
минимума
,
ориентировочно
длящегося
шесть
часов
.
Рис
.
Экономически
целесообразные
технологии
запасания
энергии
в
зависимости
от
требуемой
мощности
,
величины
запасаемой
энергии
и
длительности
цикла
накопления
-
выдачи
накопителя
Современные
реалии
,
однако
,
таковы
,
что
тарифы
на
электро
-
энергию
в
России
постепенно
при
-
1
с
1
мин
1
ГВт
100
МВт
10
МВт
1
МВт
100
кВт
10
кВт
1
кВт
0,1
кВт
•
ч
1
кВт
•
ч
10
кВт
•
ч
100
кВт
•
ч
1
МВт
•
ч
10
МВт
•
ч
100
МВт
•
ч
1
ГВт
•
ч
10
ГВт
•
ч
100
ГВт
•
ч
1
мес
Энергия
Номинальная
мощность
1
ч
1
д
Внутренняя
компоновка
шкафа
СНЭ
96
СЕТИ РОССИИ
ближаются
к
европейскому
уров
-
ню
,
а
следовательно
,
возрастает
и
разница
между
дневной
и
ночной
ступенями
.
Удельные
стоимости
на
-
копителей
,
наоборот
,
снижаются
со
скоростью
около
10—13%
в
год
.
Та
-
ким
образом
,
накопители
уже
сей
-
час
представляют
собой
довольно
выгодное
вложение
денег
.
КОНСТРУКЦИЯ
Элементы
АБ
должны
быть
гер
-
метичны
,
без
возможности
утечки
электролита
,
без
необходимости
ручного
контроля
уровня
электро
-
лита
и
его
долива
.
Для
АБ
в
СНЭ
не
-
обходима
простая
система
подклю
-
чения
,
не
требующая
значительных
затрат
времени
на
установку
и
за
-
мену
отдельных
модулей
.
Хорошим
решением
является
вертикальное
исполнение
шин
,
при
котором
моду
-
ли
представляют
собой
кейсы
,
кото
-
рые
легко
можно
устанавливать
на
специальные
стойки
или
стеллажи
.
Идеальным
вариантом
является
не
-
обслуживаемая
и
мобильная
акку
-
муляторная
батарея
.
ТЕМПЕРАТУРА
ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ
С
учётом
того
что
СНЭ
могут
устанавливаться
внутри
стандарт
-
ных
грузовых
контейнеров
,
распо
-
ложенных
на
улице
или
в
шкафах
наружной
установки
зачастую
в
удалённых
от
конечного
потребите
-
ля
районах
,
в
случае
исчезновения
напряжения
сети
на
достаточно
длительное
время
(
от
нескольких
часов
до
нескольких
недель
)
систе
-
мы
вентиляции
и
отопления
бата
-
рей
СНЭ
могут
остаться
обесточен
-
ными
.
Учитывая
климатические
реалии
нашей
страны
,
жела
-
тельно
,
чтобы
аккумулятор
-
ные
батареи
имели
диапа
-
зон
рабочих
температур
от
-50
до
+ 70
о
С
.
Это
позволит
в
том
числе
сократить
за
-
траты
на
установку
клима
-
тического
оборудования
в
контейнеры
и
шкафы
с
ба
-
тареями
.
Также
нежелатель
-
на
сильная
зависимость
от
окружающей
температуры
основных
эксплуатационных
характеристик
батарей
,
та
-
ких
как
допустимая
глубина
разряда
,
количество
циклов
заряда
-
разряда
,
ёмкость
и
других
.
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ
,
ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ
Под
экологичностью
бата
-
реи
понимается
отсутствие
токсичных
и
коррозионно
-
активных
выбросов
при
экс
-
плуатации
и
заряде
.
Важным
техническим
требованием
к
АБ
является
взрывобезопасность
,
так
как
она
снимает
необходимость
наличия
специализированного
помещения
для
заряда
батареи
,
уменьшая
тем
самым
общую
стои
-
мость
накопителя
.
КОНТРОЛЬ
И
УПРАВЛЕНИЕ
БАТАРЕЕЙ
Система
управления
батареей
может
составлять
значительную
часть
от
её
стоимости
.
Кроме
того
,
любая
дополнительная
техническая
система
ведёт
к
снижению
общей
надёжности
накопителя
и
усложне
-
нию
его
внутренней
структуры
.
Для
батарей
СНЭ
желательна
минималь
-
ная
по
цене
и
сложности
система
управления
батареей
.
ВЫВОДЫ
Аккумуляторная
батарея
явля
-
ется
одним
важнейших
элементов
электрохимических
сетевых
нако
-
пителей
энергии
.
К
ней
предъявля
-
ется
достаточно
обширный
список
технических
и
экономических
тре
-
бований
,
что
несколько
сдерживает
массовое
применение
сетевых
на
-
копителей
энергии
на
аккумулятор
-
ных
батареях
.
Однако
стремитель
-
ный
рост
числа
новых
разработок
в
области
повышения
технических
и
экономических
показателей
аккуму
-
ляторных
батарей
вселяет
надежду
на
их
скорое
массовое
применения
в
системах
накопления
энергии
,
что
станет
дополнительным
толчком
к
распространению
сетевых
накопи
-
телей
энергии
.
ЛИТЕРАТУРА
1. International
Electrotechnical
Commission: Electrical Energy
Storage. White Paper — 2011. —
92 p.
2.
U.S. Department of Energy
Energy Storage for Power
Systems Applications: A Regional
Assessment for the Northwest
Power Pool (NWPP) . MCW Kintner-
Meyer, M.A. Elizondo, PJ Balducci /
Paci
fi
c Northwest National
Labatory. — 2010. — 104 p.
Внешний
вид
блока
преобразователя
СНЭ
(
схематично
)
Оригинал статьи: Требования к аккумуляторным батареям в сетевых накопителях энергии
К аккумуляторной батарее (АБ) как составной части сетевого накопителя энергии (СНЭ) предъявляются определённые требования. Сегодня накопители на базе аккумуляторных батарей экономически и технически целесообразно производить номинальной мощностью до десятков мегаватт, энергоёмкостью от 10 кВт•ч до 100 МВт•ч и продолжительностью выдачи мощности в диапазоне от нескольких десятков минут до одного дня.
