26
АККУМУЛИРОВАНИЕ
Энергии
Январь–февраль 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Энергоаккумулирующая
установка
располагается
в
здании
блочной
трансформаторной
подстанции
недалеко
от
Хемсби
(Hemsby)
Н
акопители
энергии
играют
всё
более
важную
роль
в
энергосистемах
с
тех
пор
,
как
послед
-
ние
стали
превращаться
в
«
умные
»
системы
с
распределёнными
возобновляемыми
ис
-
точниками
энергии
,
такими
как
ветровые
и
солнечные
электростанции
,
а
также
с
тех
пор
,
как
появились
новые
потребители
электричества
,
такие
как
электромобили
и
тепловые
насосы
.
В
ближайшем
будущем
на
карте
мира
появится
огромное
количество
накопителей
энергии
.
Сегодня
традиционными
технологиями
накопления
электро
-
энергии
являются
гидроаккумулирующие
станции
(
ГАЭС
)
и
свинцово
-
кислотные
аккумуляторы
,
а
также
аккумуляторы
на
основе
никеля
.
Новые
технологии
се
-
тевых
накопителей
энергии
с
использованием
литий
-
ионных
и
проточных
аккумуляторов
,
а
также
кинети
-
Великобритания
вводит в эксплуатацию
аккумуляторные батареи
Распределительная сетевая компания UK Power
Networks (UKPN) устанавливает литий-ионные
аккумуляторные батареи в распределительной сети.
Питер ЛАНГ (Peter Lang),
компания UKPN,
Нил УЭЙД (Neal Wade)
и
Филип ТЕЙЛОР (Philip Taylor),
Даремский университет
27
АККУМУЛИРОВАНИЕ
Энергии
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Январь–февраль 2012
ческих
накопителей
в
настоящее
время
проходят
апробацию
в
целом
ряде
пилотных
проектов
.
Согласно
Директиве
ЕС
2009
го
-
да
правительство
Великобрита
-
нии
подтвердило
,
что
к
2020
г
. 15%
общего
электропотребления
будет
обеспечиваться
возобновляемы
-
ми
источниками
энергии
.
Компания
UKPN,
которой
принадлежат
три
распределительные
сети
,
снаб
-
жающие
электричеством
четверть
населения
страны
,
совместно
с
всемирно
известной
инжиниринго
-
вой
компанией
АББ
инвестировали
1,8
млн
фунтов
стерлингов
(2,5
млн
долларов
)
в
развитие
технологии
накопления
энергии
.
В
местечке
Хемсби
,
недалеко
от
г
.
Грейт
Ярмут
(Great Yarmouth),
реализуется
пилотный
проект
с
ис
-
пользованием
системы
накопле
-
ния
электроэнергии
(
СНЭ
)
на
базе
литий
-
ионных
аккумуляторов
,
за
-
пасающих
электроэнергию
,
про
-
изводимую
расположенными
не
-
подалёку
ветроэнергетическими
установками
(
ВЭУ
)
в
то
время
,
когда
объём
вырабаты
-
ваемой
ими
электроэнергии
превышает
спрос
потреби
-
телей
,
подключённых
к
распределительной
сети
.
Одной
из
целей
этого
проекта
является
выравнивание
графи
-
ков
потребления
мощности
в
распределительной
сети
,
к
которой
подключены
ВЭУ
.
Кроме
того
,
становится
воз
-
можным
регулирование
напряжения
в
сети
и
управле
-
ние
потоками
мощности
.
Характеристика
сети
,
задействованной
в
пилотном
проекте
Рассматриваемый
пилотный
проект
компании
UKPN
является
частью
программы
Совета
по
инженер
-
ным
и
физическим
научным
исследованиям
(EPSRC),
финансируемой
Автономной
региональной
системой
управления
электрическими
сетями
(AuRA-NMS)
в
со
-
Изменение
числа
событий
реверса
мощности
на
питающей
подстанции
(
с
регистрацией
по
30-
минутным
интервалам
в
течение
годичного
периода
)
при
применении
преобразователя
с
пределами
регулирования
мощности
от
0
до
0,4
МВт
.
Эти
события
,
вызываемые
изме
-
нением
выдачи
мощности
ветроэнергетической
установкой
,
сопровождаются
импортом
мощности
СНЭ
трудничестве
с
АББ
,
Электросетью
Шотландии
и
ше
-
стью
университетами
.
Специалисты
компании
UKPN
хотели
проверить
,
насколько
реально
получение
про
-
гнозируемого
экономического
эффекта
от
внедрения
СНЭ
.
Объект
для
реализации
проекта
был
выбран
таким
образом
,
чтобы
получить
максимальное
пред
-
ставление
об
экономическом
эффекте
от
применения
одной
установки
.
В
качестве
пилотной
для
реализации
проекта
была
выбрана
сельская
распределительная
сеть
напря
-
жением
11
кВ
в
северной
части
графства
Норфолк
с
подключённой
к
ней
ветроэнергетической
установкой
мощностью
2,25
МВт
.
СНЭ
была
установлена
в
точке
размыкания
сети
между
существующими
питающими
подстанциями
33/11
кВ
.
Если
бы
СНЭ
была
установле
-
на
на
такой
подстанции
,
то
это
не
оказало
бы
никакого
С и с т е
-
мы
накопле
-
ния
энергии
(
далее
СНЭ
)
–
инноваци
-
онная
технология
на
основе
при
-
менения
аккумуляторных
батарей
большой
мощности
.
Высокотехно
-
логичные
батареи
способны
запа
-
сать
электроэнергию
из
электри
-
ческой
сети
и
при
необходимости
выдавать
её
обратно
с
заданными
параметрами
.
Система
СНЭ
в
Хэмсби
исполь
-
зуется
совместно
с
ветроэнерге
-
тической
установкой
–
элементом
спонтанной
генерации
и
возобнов
-
ляемым
источником
энергии
,
кото
-
рые
при
совместном
использовании
в
сочетании
с
СНЭ
увеличивают
эффективность
регулирования
из
-
меняющейся
энергии
в
сети
.
Исходя
из
графика
,
приведённого
в
статье
,
можно
судить
о
реальных
изменениях
«
спроса
»
на
электро
-
энергию
во
времени
.
На
основании
этих
данных
можно
сделать
выводы
об
оптимальном
размещении
,
режи
-
мах
работы
и
необходимой
мощно
-
сти
СНЭ
.
Применение
в
электриче
-
ских
сетях
аккумуляторных
батарей
большой
энергоёмкости
является
перспективной
технологией
,
кото
-
рая
может
найти
широкое
примене
-
ние
в
электроэнергетических
систе
-
мах
и
электрических
сетях
России
,
обеспечивая
повышение
энергоэф
-
фективности
,
надёжности
,
устой
-
чивости
и
экономичности
.
Тестовый
модуль
СНЭ
был
про
-
демонстрирован
в
рамках
ПМЭФ
-
2011
в
июне
2011
г
.
в
г
.
Санкт
-
Петербург
.
В
настоящее
время
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
завершило
уста
-
новку
системы
СНЭ
на
подстанциях
220
кВ
«
Псоу
»
и
«
Волхов
-
Северная
».
Оборудование
СНЭ
предназначено
для
организации
бесперебойного
электроснабжения
собственных
нужд
энергообъектов
при
полной
потере
внешнего
питания
КОММЕНТАРИЙ
Александр Федоров, начальник Департамента реализации
инфраструктурных проектов ОАО «ФСК ЕЭС»:
28
АККУМУЛИРОВАНИЕ
Энергии
Январь–февраль 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
положительного
влияния
на
фидеры
11
кВ
.
Кроме
того
,
было
бы
ограничено
положительное
влияние
на
транс
-
форматоры
33/11
кВ
и
на
линии
33
кВ
,
которые
питают
эту
подстанцию
.
Сотрудниками
Даремского
университета
был
проведён
ряд
исследований
по
моделированию
раз
-
личных
ситуаций
с
целью
выявления
наиболее
эф
-
фективного
способа
использования
СНЭ
в
работе
распределительной
сети
.
При
этом
рассматрива
-
лась
возможность
улучшения
показателей
сети
при
условии
отсутствия
каких
-
либо
сбоев
в
сетях
11
кВ
по
сравнению
с
нормальным
режимом
работы
.
Мощ
-
ность
установленной
СНЭ
определялась
её
стоимо
-
стью
,
которая
бы
оправдывала
целевую
направлен
-
ность
проекта
.
Инновационные
технологии
Установка
АББ
DynaPeaQ
была
ранее
известна
как
SVC Light with Energy Storage,
то
есть
как
статический
тиристорный
компенсатор
(
СТК
)
с
накопителем
энер
-
гии
.
Она
является
инновационной
технологией
,
которая
обеспечивает
преобразование
электроэнергии
в
фор
-
му
,
пригодную
для
накопления
в
аккумуляторах
.
В
ней
используются
быстродействующие
преобразователи
с
управляемой
широтно
-
импульсной
модуляцией
на
базе
биполярных
транзисторов
с
изолированным
затвором
(IGBT),
предназначенные
для
решения
таких
задач
,
как
подавление
фликкера
и
активная
фильтрация
гармо
-
ник
.
Система
обеспечивает
быстродействующую
ком
-
пенсацию
реактивной
мощности
в
электрических
сетях
высокого
напряжения
.
Электрическая
схема
СНЭ
Размещение
контрольно
-
измерительной
аппаратуры
в
распределительной
сети
11
кВ
29
АККУМУЛИРОВАНИЕ
Энергии
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Январь–февраль 2012
Эта
новая
технология
позволяет
осуществить
ди
-
намическое
управление
потоками
мощности
в
распре
-
делительной
сети
,
улучшить
качество
напряжения
и
устойчивость
системы
,
выравнивать
колебания
мощ
-
ности
,
получаемой
от
возобновляемых
источников
энергии
.
Обычные
СНЭ
обеспечивают
номинальную
мощность
около
20
МВт
за
время
от
15
до
45
минут
,
но
данная
технология
позволяет
увеличить
эти
цифры
до
50
МВт
за
60
минут
и
более
.
Установка
системы
Компания
АББ
проектировала
и
устанавливала
СНЭ
как
«
проект
под
ключ
».
Она
явилась
своего
рода
допол
-
нением
к
статическому
тиристорному
компенсатору
типа
SVC Light.
Модуль
из
восьми
рядов
литий
-
ионных
акку
-
муляторов
производства
компании
Saft
был
размещён
в
здании
площадью
25
м
2
комплектной
трансформатор
-
ной
подстанции
блочного
типа
.
Суммарная
энергоём
-
кость
установки
составила
200
кВт
•
ч
,
что
достаточно
для
снабжения
электроэнергией
200
домов
в
течение
одного
часа
.
Эти
модули
постоянно
заряжаются
и
разряжаются
,
и
в
будущем
конструкцию
модулей
предполагается
из
-
менить
для
накопления
большей
энергии
.
Календарный
срок
службы
литий
-
ионных
аккуму
-
ляторов
составляет
15
лет
,
и
они
рассчитаны
на
3000
циклов
«
заряд
-
разряд
»,
т
.
е
.
на
время
,
вполне
доста
-
точное
для
пятилетнего
срока
реализации
проекта
при
глубине
разрядки
аккумуляторов
80%
и
КПД
порядка
90%.
Надёжность
и
защита
обеспечивались
блокиров
-
ками
,
аппаратурой
контроля
и
управления
,
начиная
от
уровня
подключения
аккумуляторной
батареи
и
кончая
уровнем
питающей
системы
.
Контрольно
-
измерительная
аппаратура
в
сети
В
большинстве
случаев
в
английских
распредели
-
тельных
сетях
11
кВ
измерения
ограничиваются
за
-
мерами
напряжения
и
тока
на
питающих
подстанциях
.
Вместе
с
тем
для
получения
максимальной
выгоды
от
реализации
проекта
в
контрольных
точках
на
существу
-
ющем
оборудовании
подстанций
сети
11
кВ
были
уста
-
новлены
датчики
,
которые
повышали
наблюдаемость
состояния
сети
в
двух
направлениях
:
•
обеспечение
ввода
данных
в
систему
управления
для
обеспечения
функционирования
СНЭ
;
•
получение
данных
об
изменении
потоков
мощности
и
уровня
напряжения
в
сети
во
время
работы
СНЭ
.
Датчики
передавали
данные
об
измерениях
по
техно
-
логии
GPRS
на
компьютер
,
установленный
на
питающей
подстанции
.
Эти
данные
архивировались
для
последую
-
щего
анализа
,
а
результаты
измерения
использовались
в
алгоритме
управления
,
реализованном
в
компьютер
-
ной
программе
,
для
определения
уставок
СНЭ
.
Система
управления
Система
управления
MACH2
компании
ABB
контро
-
лирует
работу
СНЭ
.
Взаимодействие
с
сетью
электро
-
снабжения
осуществляется
при
помощи
компьютера
COM600
компании
ABB,
который
установлен
на
питаю
-
щей
подстанции
.
Измерения
обрабатываются
прибором
типа
REF615,
совместимым
со
стандартом
IEC 61850.
СНЭ
переключается
в
автоматический
режим
,
ког
-
да
система
управления
MACH2,
используя
результаты
измерения
напряжения
на
подстанции
,
определяет
ве
-
личину
реактивной
мощности
,
необходимой
для
под
-
держания
напряжения
на
СНЭ
.
Для
принятия
решений
по
управлению
системой
по
всей
сети
производятся
СНЭ
на
базе
литий
-
ионных
аккумуляторов
производства
компании
Saft,
установленных
на
восьми
стеллажах
измерения
,
которые
обрабатываются
компьютером
.
За
-
тем
эти
решения
выдаются
на
СНЭ
в
виде
задаваемых
значений
активной
и
реактивной
мощности
.
Алгоритмы
,
которые
были
разработаны
для
достижения
определён
-
ных
целей
на
проектной
фазе
при
моделировании
,
те
-
перь
используются
на
этапе
реализации
этого
проекта
.
Ввод
в
действие
системы
накопления
электроэнергии
Первое
внедрение
СНЭ
в
распределительную
сеть
Великобритании
сопровождалось
значительными
труд
-
ностями
.
Основной
из
них
являлось
использование
устройств
силовой
электроники
,
аналогичных
приме
-
няемым
на
управляемой
(
гибкой
)
системе
передачи
переменного
тока
(FACTS),
что
необычно
для
англий
-
ских
распределительных
сетей
.
Эксплуатационный
пер
-
сонал
имеет
больший
опыт
работы
с
пассивным
обо
-
рудованием
,
таким
как
трансформаторы
,
кабели
и
т
.
п
.,
то
есть
с
оборудованием
,
имеющим
предсказуемые
экс
-
плуатационные
характеристики
.
В
отличие
от
этого
в
преобразователе
напряжения
используются
силовые
полупроводниковые
приборы
(IGBT)
для
управления
перетоками
мощности
в
обоих
направлениях
— «
в
»
и
«
из
»
СНЭ
.
Кроме
того
,
он
мо
-
жет
поддерживать
напряжение
в
узлах
сети
в
диапа
-
зоне
,
соответствующем
режимам
экспорта
и
импорта
активной
мощности
.
Поэтому
для
прогнозирования
по
-
30
АККУМУЛИРОВАНИЕ
Энергии
Январь–февраль 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Компании
,
упомянутые
в
статье
:
ABB
www.abb.com
Durham University
www.dur.ac.uk
Ofgem
www.ofgem.gov.uk
Saft
www.saftbatteries.com
Scottish Power Energy Networks
www.scottishpower.com/EnergyNetworks.htm
UK Power Networks
www.ukpowernetworks.co.uk
ведения
СНЭ
были
разработаны
новые
принципы
мо
-
делирования
,
в
которых
в
качестве
важного
параметра
используется
время
.
Для
того
чтобы
убедить
потребителей
в
том
,
что
электроснабжение
по
-
прежнему
будет
надёжным
и
бесперебойным
после
установки
СНЭ
,
обслуживаю
-
щий
персонал
должен
знать
принцип
работы
системы
управления
.
При
обнаружении
повреждения
в
распре
-
делительной
сети
,
которое
требует
вывода
из
работы
накопителя
,
система
управления
быстро
отключает
СНЭ
от
сети
.
Эта
система
контролирует
сеть
и
блоки
-
рует
вентили
IGBT
в
течение
миллисекунд
,
чтобы
не
допустить
подачу
электроэнергии
от
СНЭ
в
автоном
-
ном
режиме
работы
.
Здесь
также
имеется
резервный
компьютер
,
который
готов
незаметно
для
потребите
-
ля
«
перехватить
»
управление
системой
при
выходе
из
строя
основного
компьютера
.
На
случай
выхода
из
строя
и
второго
компьютера
СНЭ
отключается
от
сети
резервной
защитой
.
Стадия
выполнения
проекта
СНЭ
была
введена
в
строй
в
марте
2011
г
.
Сейчас
проект
находится
на
этапе
контроля
и
оценки
;
за
этот
этап
отвечает
Даремский
университет
,
который
прово
-
дил
работы
по
моделированию
режимов
.
Финансиро
-
вание
этих
работ
обеспечивается
Программой
Фонда
сетевых
операторов
по
поддержке
низкоуглеродных
технологий
под
эгидой
Службы
по
рынкам
газа
и
элек
-
троэнергии
в
Великобритании
(Great Britain regulator
Ofgem’s Low Carbon Network Fund Scheme).
Внедрение
накопителей
электроэнергии
в
распреде
-
лительные
сети
—
это
новая
и
потенциально
трудная
задача
для
операторов
таких
сетей
.
Это
первый
случай
,
когда
устройство
накопления
энергии
на
литий
-
ионных
аккумуляторах
было
установлено
в
распределитель
-
ной
сети
11
кВ
в
Великобритании
.
В
настоящее
время
эксплуатационные
показатели
системы
находятся
под
наблюдением
специалистов
Даремского
университета
,
и
если
проект
окажется
успешным
,
разработку
можно
будет
дублировать
и
применять
в
промышленном
мас
-
штабе
на
территории
Великобритании
.
Выражение
признательности
Авторы
статьи
хотят
поблагодарить
Питера
Джонса
(Peter Jones) —
сотрудника
компании
«A
ББ
-
Великобритания
»,
и
Томаса
Ларс
co
на
(Tomas Larsson) —
сотрудника
компании
«
АББ
-
Швеция
»,
за
поддержку
и
помощь
при
подготовке
этой
статьи
к
публикации
.
Питер
Ланг
(Peter Lang,
peter.lang@
ukpowernetworks.co.uk)
получил
степень
бакалавра
в
области
электротехники
после
окончания
Саутгемптон
-
ского
университета
,
дипломированный
инженер
,
член
Института
инжиниринга
и
технологий
Великобритании
(Institution of Engineering and Technology).
Он
прорабо
-
тал
в
компании
UK Power Networks
и
ее
предшественни
-
це
21
год
.
В
настоящее
время
возглавляет
выполняемый
компанией
UKPN
Лондонский
проект
по
разработке
и
эксплуатации
низкоуглеродных
технологий
.
Питер
Ланг
являлся
представителем
компании
UKPN
в
ряде
проек
-
тов
,
финансируемых
Комиссией
Европейского
Союза
,
таких
как
ADDRESS, FENIX
и
HiPerDNO.
Нил
Уэйд
(Neal Wade
име
-
ет
степени
бакалавра
и
доктора
наук
по
физике
,
член
Института
инжиниринга
и
технологий
Великобритании
,
а
также
IEEE.
В
качестве
преподавателя
Даремского
университета
он
продолжает
изучение
и
участвует
в
раз
-
работке
программ
перехода
распределительных
сетей
на
низкоуглеродные
технологии
.
Нил
Уэйд
разработал
программное
обеспечение
по
моделированию
,
которое
используется
для
оценки
выгод
от
установки
СНЭ
в
электрических
сетях
.
Фил
Тейлор
(Phil Taylor, [email protected])
имеет
степени
бакалавра
и
доктора
наук
по
инжинирин
-
гу
,
дипломированный
инженер
,
член
IEEE,
научный
со
-
трудник
Института
инжиниринга
и
технологий
и
Ака
-
демии
высшей
школы
.
Его
исследования
направлены
на
решение
проблем
,
связанных
с
интегрированием
и
управлением
распределённой
генерацией
в
распредели
-
тельных
сетях
.
Он
приобрёл
огромный
опыт
инженера
-
электрика
,
в
частности
,
работая
в
проектной
группе
по
передаче
и
распределению
электроэнергии
в
компании
GEC Alsthom.
Заместитель
директора
в
Даремском
энер
-
гетическом
институте
,
директор
межотраслевого
центра
подготовки
молодых
учёных
,
желающих
получить
сте
-
пень
доктора
наук
в
области
энергетики
.
Примене
-
ние
аккуму
-
л я т о р н ы х
б а т а р е й
в о с т р е
-
бовано
во
многих
энергетических
системах
мира
.
Подобные
системы
приме
-
няются
для
стабилизации
нагруз
-
ки
в
сети
,
в
также
как
временные
источники
энергии
в
аварийных
ситуациях
.
В
качестве
основных
,
на
сегодняшний
день
применя
-
ются
литиево
-
ионные
аккумуля
-
торы
,
но
уже
существуют
про
-
тотипы
аккумуляторов
с
анодом
из
нанонитей
кремния
и
серным
катодом
.
Такие
аккумуляторы
будут
обладать
увеличенным
КПД
и
повышенным
количеством
циклов
заряда
/
разряда
.
Перспек
-
тивы
использования
в
сетях
воз
-
обновляемых
источников
энергии
немыслимы
без
систем
накопле
-
ния
энергии
,
что
обусловлено
со
-
ображениями
надёжности
энер
-
гообеспечения
потребителей
.
Сегодня
мировые
производители
аккумуляторных
батарей
пред
-
лагают
генерирующим
и
распре
-
делительным
компаниям
широкий
ряд
стационарных
и
портатив
-
ных
систем
,
мощность
которых
варьируется
от
1
до
20
МВт
.
Так
,
одна
из
компаний
США
,
анонси
-
ровала
информацию
о
системе
мощностью
до
200
МВт
с
возмож
-
ностью
её
наращивания
в
зависи
-
мости
от
запросов
заказчика
.
КОММЕНТАРИЙ
Антон Петров, ведущий специалист ГК ИМАГ:
Оригинал статьи: Великобритания вводит в эксплуатацию аккумуляторные батареи
Распределительная сетевая компания UK Power Networks (UKPN) устанавливает литий-ионные аккумуляторные батареи в распределительной сети.
Комментарий к статье:
Александр Федоров, начальник Департамента реализации инфраструктурных проектов ОАО «ФСК ЕЭС»;
Антон Петров, ведущий специалист ГК ИМАГ.
