CC BY
52УДК 620.9
Каманина М.А.
студент кафедры экономики в энергетике и промышленности НИУ «Московский энергетический институт» (г. Москва, Россия)
Демидова А.М.
студент кафедры экономики в энергетике и промышленности НИУ «Московский энергетический институт» (г. Москва, Россия)
Охлопков Д.О.
студент кафедры экономики в энергетике и промышленности НИУ «Московский энергетический институт» (г. Москва, Россия)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Аннотация: в работе рассмотрены перспективные сегменты для внедрения систем накопления электроэнергии в России, приведена классификация систем накопления энергии, рассмотрены варианты применения систем накопления энергии в различных областях, задачи, которые могут быть решены с помощью их использования, потенциальные сценарии развития данного направления и приведены примеры использования СНЭ компанией.
Ключевые слова: системы накопления электрической энергии, СНЭ, возобновляемые источники энергии, ВИЭ.
В последнее время СНЭ все чаще применяются при создании магистральных или локальных электрических сетей. Их использование
позволяет повышать надежность и стабильность электроснабжения, создавать запасы энергии на время возможных перебоев или неисправностей, сглаживать пиковые нагрузки, путём зарядки в непиковые часы, что позволяет генераторам работать в оптимальном режиме нагрузки и потенциально снижать себестоимость электроэнергии, а увеличение мощности систем накопления может помочь избежать необходимости увеличения мощности генерирующих установок (генераторов), снизить нагрузку на линии электропередач и интегрировать энергию от возобновляемых источников в общие электросистемы.
Классификация систем накопления электрической энергии
Системы накопления электрической энергии (СНЭ) можно классифицировать по самым различным критериям, включая тип энергии, мощность, ёмкость, длительность хранения, а также степень автоматизации, поэтому ниже будут приведены основные классификации систем накопления электрической энергии в зависимости от классификационного признака [1,2,3,4,5]:
1. По типу энергии:
1.1. Электрическая энергия (суперконденсаторы, аккумуляторы).
1.2. Механическая энергия (гидроаккумулирующие электростанции, воздушные системы накопления энергии).
1.3. Химическая энергия (водородные системы хранения).
2. По мощности:
2.1. Системы низкой мощности (батареи мобильных устройств) - до нескольких десятков киловатт.
2.2. Среднемощные системы (аккумуляторы электромобилей) - до нескольких мегаватт.
2.3. Высокомощные системы (гидроаккумулирующие электростанции) -сотни мегаватт и выше.
3. По емкости:
3.1. Малоёмкостные системы (конденсаторы).
3.2. Среднеемкостные системы (литий-ионные аккумуляторы).
3.3. Высокоемкостные системы (гидроаккумулирующие электростанции).
4. По длительности хранения:
4.1. Краткосрочные системы (суперконденсаторы).
4.2. Среднесрочные системы (литий-ионные аккумуляторы).
4.3. Долгосрочные системы (гидроаккумулирующие электростанции).
5. По степени автоматизации:
5.1. Ручные системы.
5.2. Полуавтоматические системы.
5.3. Полностью автоматические системы.
Заметим, что вышепредставленные классификации СНЭ дополняют друг друга, предоставляя более полное представление о различных характеристиках систем и их возможностях, поскольку каждая классификация обращает внимание на разные аспекты системы накопления энергии и их комбинация позволяет получить более всестороннюю картину.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся области применения систем накопления электроэнергии в энергосистеме и иных сферах [6]:
1. Энергетическая отрасль - системы накопления энергии используются для обеспечения надежности и стабильности энергосистемы (аккумуляторы Li-ion, свинцово-кислотные и суперконденсаторы, гидроаккумуляция).
2. Транспорт - системы накопления энергии могут использоваться в электрических автомобилях и других транспортных средствах, что позволяет со временем снизить количество машин на ДВС, которые осуществляют выбросы в окружающую среду (преимущественно Li-ion аккумуляторы).
3. Возобновляемая энергетика - системы накопления энергии позволяют сгладить колебания производства энергии, связанные с
возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная и ветровая энергия, а также накапливать невостребованную электроэнергию и в дальнейшем выдавать её в сеть (преимущественно Li-ion аккумуляторы).
4. Бизнес - системы накопления энергии могут использоваться для управления энергопотреблением в коммерческих и промышленных зданиях, чтобы снизить пиковую нагрузку и уменьшить расходы на энергию аккумуляторные системы).
Тем не менее, области применения систем накопления энергии постоянно расширяются, так как эти системы играют важную роль в повышении надежности и эффективности работы энергосистем, улучшении производительности технологий и обеспечении более устойчивого и экологически чистого будущего.
Системы накопления энергии решают множество задач, включая [6,7]:
1. Сглаживание нагрузки - системы накопления энергии могут использоваться для сохранения избыточной энергии в периоды низкой нагрузки, чтобы использовать ее в периоды пиковой нагрузки.
2. Хранение энергии из возобновляемых источников - позволяет избегать потерь электроэнергии при генерации в непиковые периоды.
3. Резервное электроснабжение - в случае аварии в электросети.
4. Регулирование напряжения - позволяет снизить потери энергии и улучшить качество электроснабжения.
5. Улучшение качества электроснабжения - для улучшения качества электроснабжения, предоставляя электроэнергию с более стабильным напряжением и частотой.
6. Управление нагрузкой - управление нагрузкой на электросеть, позволяет избежать перегрузок и повышения стоимости электроэнергии.
7. Управление микросетями - системы накопления энергии могут использоваться для управления микросетями, которые включают в себя группы
электропотребителей, которые могут работать автономно от централизованной сети энергоснабжения.
8. Стабилизация частоты - стабилизация частоты в электросети, что позволяет избежать перегрузок и повышения стоимости электроэнергии.
Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что системы накопления энергии имеют широкий спектр применений и могут быть использованы для решения самых разнообразных задач. Они позволяют сохранять и использовать энергию более эффективно, снижать затраты на производство и потребление электроэнергии, обеспечивать устойчивость работы электросетей и экономить ресурсы. Более того, системы накопления энергии могут служить важным компонентом в развитии возобновляемых источников энергии и содействовать снижению негативного воздействия человеческой деятельности на окружающую среду.
Существует несколько возможных сценариев развития систем накопления энергии в будущем [8]:
Консервативный. В рамках данного сценария в перспективе до 2030 года предполагается активное развитие и использование крупных накопителей с одновременным развитием гибридных электростанций, предполагающих строительство аккумулирующих мощностей с объектами ВИЭ. Он также предполагает активное участие СНЭ в национальных рынках мощности как полноценных участниках.
Оптимистичный. В дополнение к консервативному сценарию предполагается развитие механизма виртуальных электростанций, а также совершенствование механизмов балансирования электроэнергии с выводом из эксплуатации части резервной генерации и сетей за счет полного срезания пиковой нагрузки. Плюс ко всему, предполагается существенное снижение удельной стоимости систем хранения электроэнергии различной конфигурации и, соответственно, расширение масштабов их применения за счет снижения требований и затрат.
Прорывной. В его рамках рассматривается возможность ускоренного развития технологий в результате революционного решения вопросов, связанных с рисками хранения и эксплуатации.
Для того, чтобы рассматриваемое направление развивалось по наиболее благоприятным сценариям, необходимо:
1. Увеличение ёмкости.
2. Развитие новых технологий.
3. Интеграция с другими технологиями.
4. Улучшение экономической эффективности.
5. Создание более экологически чистых систем.
6. Улучшение безопасности.
Резюмируя, стоит отметить, что дальнейшее развитие систем накопления энергии может привести к созданию более эффективных, экологически чистых и безопасных решений в области энергетики. Всё это может быть достигнуто благодаря вышеперечисленным пунктам и достаточного объёма инвестиций в данное направление. В будущем системы накопления энергии могут играть ключевую роль в развитии возобновляемых источников энергии и уменьшении негативного воздействия человеческой деятельности на окружающую среду.
На сегодняшний день существует множество компаний, работающих над разработкой и применением систем накопления энергии:
1. Tesla
2. LG Chem
3. Build Your Dreams
4. Siemens
5. AES Energy Storage
Позитивные факторы для развития и использования систем накопления энергии в России [9]:
1. Обилие ВИЭ в РФ, что создает потенциал для развития и использования СНЭ.
2. Необходимость снижения зависимости от традиционных источников энергии, а также сокращение выбросов парниковых газов.
3. Развитие инфраструктуры и технологий для создания, хранения и распределения энергии, что создает благоприятные условия для использования систем накопления энергии.
4. Наличие децентрализованных регионов, в которых может быть использована или уже используется возобновляемая энергетика, которая наиболее эффективно функционирует совместно с СНЭ.
5. Государственная поддержка для инвесторов в ВИЭ.
Негативные факторы для развития и использования систем накопления
энергии в России [9]:
1. Недостаток финансирования и инвестиций в развитие СНЭ.
2. Отсутствие налоговых льгот и субсидий для инвесторов и производителей.
3. Недостаточная развитость технологической инфраструктуры и специалистов в области ВИЭ и СНЭ.
4. Необходимость совершенствования регулирования законодательства.
5. Высокие инвестиционные затраты на строительство.
В целом, Россия имеет хорошие условия для развития и использования систем накопления энергии, так как в стране есть обилие ВИЭ, которые могут быть использованы для производства электроэнергии, однако, на пути развития систем накопления энергии стоят некоторые препятствия, такие как недостаток финансирования, отсутствие налоговых льгот для инвесторов и т.д., поэтому, для успешного развития систем накопления энергии в России необходимо разработать эффективную стратегию и сотрудничать с инвесторами и специалистами в области ВИЭ и СНЭ.
В заключение стоит сказать, что системы накопления энергии имеют широкий спектр применения в различных отраслях и сферах, включая
энергетику, транспорт, промышленность и т.д. Они могут решать проблемы, связанные с нестабильностью сети, накоплением невостребованной электроэнергии от возобновляемых источников энергии и повышением энергоэффективности.
Для развития и использования систем накопления энергии в России есть как позитивные, так и негативные факторы. К позитивным факторам относятся государственная поддержка, открытость правительства к новым технологиям и наличие некоторого опыта в развитии возобновляемой энергетики, однако ограничивающие факторы также существуют и включают высокие инвестиционные затраты и недостаточное количество специалистов в области разработки и установки систем накопления энергии.
Что касается опыта производства и использования СНЭ, компания Tesla является примером успешного производства и использования систем накопления энергии, особенно в сфере электромобилестроения и установки систем хранения энергии на домах и предприятиях.
Однако, несмотря на ряд проблем и ограничений, развитие систем накопления энергии может сделать энергетическую систему более стабильной, устойчивой и экологически чистой, что будет оказывать положительный эффект на окружающую среду и экономику в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Анализ эффективности систем накопления энергии. Cyberlenika.ru [Электронный источник] URL: https://707.su/vUt (Дата обращения 08.05.23)
2. Otte B., Stelling O., and Müller C. High Pressure Lightweight Hydraulic Fully Composite Piston Accumulators // Proceedings of the 8th International Fluid Power Conference. Dresden, 2012.
3. Сайт The Engineer. http://www.theengineer.co.uk/in-depth/the-bigstory/compressed-air-energy-storage-has-bags-ofpotential/1008374.article.
4. IHS Engineering360. [Электронный источник] URL: https://707.su/Lh4.
5. Electropaedia. [Электронный источник] URL: http://www.mpoweruk.com.
6. Системы накопления энергии: Российский и зарубежный опыт. energypolicy.ru [Электронный источник] URL: https://energypolicy.ru/sistemy-nakopleniya-energii-rossijsk/energetika/2020/16/18/ (Дата обращения 08.05.23)
7. Применение систем накопления энергии в России: возможности и барьеры. eprussia.ru [Электронный источник] URL: https://707.su/NN7 (Дата обращения 08.05.23)
8. Приоритетные направления, ключевые технологии и сценарии развития систем накопления энергии. Cyberlenika.ru [Электронный источник] URL: https://707.su/KoG (Дата обращения 11.05.23)
9. Проблемы и перспективы развития возобновляемой энергетики в России. Cyberlenika.ru [Электронный источник] URL: https://707.su/h68 (Дата обращения 11.05.23)
Kamanina M.A.
Moscow Power Engineering Institute (Moscow, Russia)
Demidova A.M.
Moscow Power Engineering Institute (Moscow, Russia)
Okhlopkov D.O.
Moscow Power Engineering Institute (Moscow, Russia)
PROSPECTS FOR THE USE OF ENERGY STORAGE SYSTEMS
Abstract: the paper considers promising segments for the introduction of electricity storage systems in Russia, provides a classification of energy storage systems, considers options for the use of energy storage systems in various fields, tasks that can be solved by using them, potential scenarios for the development of this direction and provides examples of the use of SNES by the company.
Keywords: electric energy storage systems, renewable energy sources, RES.
