Возможности и проблемы развития систем хранения энергии

31 марта Организацией по развитию и сотрудничеству в области глобального объединения энергосистем GEIDCO был проведен вебинар на тему: «Возможности и проблемы развития систем хранения энергии». На мероприятии обсуждались инновации в области технологий хранения энергии, практика применения подобных технологий в Европе и Китае, а также перспективные решения, необходимые к реализации в будущем, с учетом передового мирового опыта. Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение», являясь членом GEIDCO, также принял участие в вебинаре.

С докладом на тему: «Практика внедрения новых инновационных технологий хранения энергии» выступил руководитель исследовательского центра комплексных энергетических технологий Научно-технического исследовательского института Китайской корпорации «Три ущелья» доктор Чжу Сяои (Zhu Xiaoyi).

Он напомнил собравшимся, что в соответствии с политикой достижения целей углеродной нейтральности и концепцией построения новой энергосистемы, доля возобновляемых источников энергии в энергобалансе стран будет постоянно повышаться. К 2060 году планируется увеличение общего объема потребления электроэнергии до 15 триллионов кВт·ч, при этом общая установленная мощность генерации увеличится до 8 000 ГВт, из которых 5 000 ГВт будет приходиться на ВИЭ. Чтобы сохранить гибкость управления энергосистемами с такой большой долей ВИЭ, уже сейчас необходимо наряду с новой генерацией вводить в работу крупные хранилища энергии.

Далее докладчиком был представлен научно-исследовательский центр корпорации «Три ущелья», в котором на больших испытательных полигонах проводятся исследования в отношении различных технологий хранения энергии (7 типов различных систем общей мощностью 19,5 МВт/51,7 МВт·ч). В тестовых лабораториях проводится тестирование как отдельных батарей и модулей, так и систем управления ими, преобразователей и элементов систем безопасности. По результатам тестирования формируются предложения по улучшению в соответствующих направлениях.

Доктор Чжу Сяои рассказал и о реализованных на практике крупных проектах, направленных на формирование более гибкой системы регулирования. Среди упомянутых проектов первый STATCOM большой мощности (70 МВА), первая динамически реконфигурируемая батарея на 100 МВт·ч и первая крупномасштабная интеллектуальная система управления ветровыми электростанциями общей мощностью 1 млн. кВт.

Были представлены и другие достижения, а также перспективные направления работы Китайской корпорации «Три ущелья».

С презентацией, посвященной опыту совершенствования традиционных электростанций и возможностям применения накопителей энергии, выступил технический директор D3 Power Generation Ltd (Мальта) Дэвид Гришти (David Griscti).

На примере собственной компании докладчик подробно рассказал о возможностях внедрения систем очистки и фильтрации выхлопных газов и дыма на электростанциях, работающих с использованием ископаемых видов топлива. Помимо этого, компания ведет активные исследования в области развития ВИЭ и систем хранения электроэнергии. Большинство пилотных проектов в настоящее время реализованы с использованием литий-ионных батарей, устанавливаемых вблизи солнечных и ветровых электростанций.

О практическом применении технологии хранения энергии от батарей с децентрализованным контроллером рассказала научный сотрудник Научно-исследовательского института чистой энергии Хуанэн доктор Бай Пансин (Bai Panxing).

Современные системы накопления энергии имеют множество форм и технических решений, среди которых физические, термальные, электрохимические, водородные хранилища и т.д. Литий-ионные системы хранения, относящиеся к электрохимическим формам, на сегодняшний день являются одним из наиболее растущих сегментов в этой области. Среди их преимуществ большая плотность хранения энергии (150–180 Вт·ч/кг), высокий коэффициент конверсии (85–93%), очень хорошая скорость реакции (миллисекунды) и высокая жизнеспособность (6000–10000 циклов разряда/заряда). Основным недостатком литий-ионных систем является их пожарная опасность. Однако эта проблема решается с помощью внедрения интеллектуальной системы управления энергохранилищем. Также внедрение интеллектуальных систем позволяет повысить эффективность работы системы хранения энергии и может способствовать снижению стоимости электроэнергии для потребителей.

Первая подобная система была внедрена в 2021 году в провинции Шандонг. Хранилище из 236 тысяч элементов, расположенных в 37 контейнерах, мощностью 100 МВт/200 МВт·ч эквивалентно по запасам энергии 30 000 тоннам угля и может обеспечить энергией до 1000 домовладений в течение 1 месяца.

Аналогичных систем меньшей мощности в КНР в настоящее время построено достаточно много. В июне 2022 года общая мощность созданных по технологиям Научно-исследовательского института чистой энергии Хуанэн хранилищ превысила 1 ГВт. К июню 2023 года мощность таких хранилищ превысит 2 ГВт.

С докладом, содержащим прогноз спроса на развитие систем хранения энергии и оценку перспектив для энергосистемы выступил научный сотрудник Института экономических и технологических исследований GEIDCO доктор Цзинь Чен (Jin Chen).

Развитие систем хранения напрямую коррелирует с развитием ВИЭ и, в определенной мере, с общим развитием энергосистемы, в рамках которой строятся крупные энергетические связи между регионами.

Докладчик также обратил внимание собравшихся, что среди систем хранения нельзя рассматривать только крупные проекты, ранее упомянутые другими выступающими. Батареи электромобилей, установки преобразования водорода, системы преобразования тепла также могут выступать в качестве распределенных хранилищ энергии.

Переходя к прогнозам развития систем хранения, Цзинь Чен описал методики прогнозирования, которые позволили сформировать три основных сценария развития данного сегмента. Согласно основному сценарию, к 2060 году общая мощность систем хранения электроэнергии должна составить 1 250 ГВт. В Китае уже в полной мере понимают необходимость координации проектов по строительству ВИЭ, новых энергетических связей и систем накопления, поскольку это позволяет существенным образом оптимизировать развития энергосистемы. К примеру, Китай уже планирует на ближайшие 30 лет синхронное развитие крупных систем передачи электрической энергии и строительство водородных хранилищ и трубопроводов. Запланировано строительство электрических связей общей передающей способностью 93 ГВт и водородных трубопроводов с ежегодным объемом транспортировки 100 млрд. м³.

Внедрение систем хранения, основанных на различных физических принципах, должно предваряться технико-экономической оценкой по множеству параметров, таких как мощность, емкость, инерционность в части отдачи мощности и ее накопления и т.д. Разные системы накопления могут демонстрировать свою эффективность при работе в различных условиях и решении определенных задач в составе энергосистемы.

В финальной части вебинара участники высказались в пользу дальнейшего развития технологий хранения энергии, назвав их ключевыми для дальнейшего совершенствования мировой электроэнергетики, повышения эффективности работы энергосистем и ускорения перехода к использованию чистых источников энергии для всеобщего процветания человечества.