CC BY
49
©РИВС
Д.А. Устинов,
канд. техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет
Ю.А. Сычев,
канд. техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет
М.С. Ковальчук,
канд. техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет
В. Абдалла,
аспирант,
Санкт-Петербургский горный университет
ВА. Сериков,
аспирант,
Санкт-Петербургский горный университет
Р.Ю. Зимин,
аспирант,
Санкт-Петербургский горный университет
И.А. Архипова,
заместитель директора департамента проектирования электроснабжения и электрооборудования, АО «НПО «РИВС»
Аннотация
При реализации концепции Smart Grid в развитии систем электроснабжения на предприятиях минерально-сырьевого комплекса нарастает интерес к использованию накопителей энергии большой емкости. Это особенно актуально для регионов, не охваченных централизованным электроснабжением: Сибири, Дальнего Востока, районов Северного морского пути. Выполнен анализ накопителей электрической энергии для систем гарантированного электроснабжения на основе гидроак-кумулирующей электростанции, систем сохранения энергии в виде сжатого воздуха, супермаховиков, аккумуляторных батарей, водородных топливных элементов, модулей суперконденсаторов, сверхпроводниковых магнитных аккумуляторов. К настоящему времени представлены и описаны в литературе различные структуры комбинированных источников питания систем распределенной генерации. Показано, как сочетание двух или более технологий хранения энергии может взаимодействовать с системами возобновляемой энергии и поддерживать их. Рассмотрены различные структуры автономных систем возобновляемой энергии с гибридными системами хранения энергии, такими как пассивные, полуактивные и активные гибридные системы хранения энергии. Целью данной статьи является анализ современных тенденций в развитии промышленных накопителей энергии в составе систем гарантированного электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса.
Ключевые слова: система электроснабжения, накопитель электроэнергии, аккумуляторные батареи, суперконденсатор, топливные элементы
Development Trends of Industrial Energy Storage Units for Sustainable Development of Mineral Complex Facilities
D.A. Ustinov, Ya.A. Sychev, M.S. Kovalchuk, V. Abdalla, V.A. Serikov, R.Yu. Zimin, I.A. Arkhipova Abstract
When implementing the Smart Grid concept in development of power supply systems at facilities of the mineral and raw materials complex, there is a growing interest in the use of high-capacity energy storage units. This is especially relevant for the regions that do not have a centralized power supply system, i.e. Siberia, the Far East, areas of the Northern Sea Route. The paper analyzes electric energy storage units for the uninterruptible supply systems based on a hydroelectric pumped storage power plant, systems of energy conservation with compressed air, flywheel storage plants, rechargeable batteries, hydrogen fuel cells, supercapacitor modules, superconducting magnetic accumulators. To date, various configurations of combined power supply units of distributed generation systems have been presented and described in the literature. The article assesses the efficiency of one of the hybrid storage system options. The purpose of this article is to analyze current trends in the development of industrial energy storage units as part of uninterruptible power supply systems at facilities of the mineral and raw materials complex.
Keywords: Power supply system, energy storage unit, rechargeable batteries, supercapacitor, fuel cells
Введение
Основной тенденцией для современных предприятий минерально-сырьевого комплекса (МСК) РФ является разработка перспективных запасов твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Особая актуальность обусловлена необходимостью развития удаленных регионов РФ, расположенных на севере и северо-востоке, а также районов, имеющих отношение к Северному морскому пути. Как правило, эти районы не охвачены сетью централизованного электроснабжения [3].
Одними из основных задач АО «НПО «РИВС» при проектировании систем электроснабжения являются поиск эффективных средств решения проблемы бесперебойного электроснабжения промышленных объектов, создание системы гарантированного электроснабжения (СГЭ), которая включает в себя источники и преобразователи электроэнергии и служит для централизованного, индивидуального или комбинированного электроснабжения потребителей.
В настоящий момент существует большое количество различных вариантов построения СГЭ промышленных предприятий [4, 6]. Как правило, в качестве основного источника электроэнергии в СГЭ промышленных предприятий выступает внешняя энергетическая система, а в качестве резервных используются различные варианты и комбинации автономных источников электроэнергии: дизельные электрические станции, газотурбинные и поршневые станции, источники бесперебойного питания, возобновляемые источники электрической энергии (ВИЭ), системы накопления электрической энергии на основе аккумуляторных батарей (АКБ), модулей суперконденсаторов, водородных топливных элементов и т.д.
При современном развитии систем электроснабжения предприятий МСК на базе концепции Smart Grid необходимо обеспечить возможность для потребителей электроэнергии самостоятельно изменять объем, параметры, показатели качества электроэнергии с учетом тарифов, показателей надежности, баланса возможностей энергосистемы и своих потребностей [33]. Реализация этой концепции возможна на основе применения в системе электроснабжения разнотипных источников питания, включая ВИЭ и системы накопления электрической энергии [9]. При этом отсутствие или слабое развитие систем накопления электрической энергии может привести к снижению эффективности функционирования систем
распределенной генерации. Например, в Германии, в 2008 и 2011 гг. выработка электричества на ветрогенераторах была настолько огромной, что было принято решение о бесплатной поставке электроэнергии в некоторые страны Европы, а затем даже доплачивали за это. На рис. 1 показано ежегодное увеличение мощности НЭЭ по странам, 2013-2019 гг. [38].
Другие страны I Германия
США I Китай
I Южная Корея
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Рис. 1 Увеличение мощности НЭЭ по странам, 2013-2019 гг.
Таким образом, создание системы накопления электрической энергии промышленного масштаба является актуальной задачей. Выбор структуры и типа источника электропитания зависит от конкретного объекта электроснабжения и в общем определяется исходя из стоимостных, массогабаритных показателей и режимов работы потребителя.
Выполним анализ накопителей электрической энергии (НЭЭ) для СГЭ. Рассмотрим НЭЭ, различные по принципу хранения энергии: электрические (конденсаторы, суперконденсаторы и сверхпроводниковые магнитные аккумуляторы), механические (гидроаккумулирующие электростанции, использование энергии сжатого воздуха, супермаховики) и химические (аккумуляторные батареи и топливные элементы).
Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)
Принцип действия ГАЭС заключается в использовании энергии воды, предварительно накопленной в бассейнах верхнего уровня. В связи с тем что емкость этих бассейнов велика, ГАЭС являются самыми большими накопителями
энергии. Объем запасаемой энергии ГАЭС составляет около 99% от общего объема накопителей электроэнергии мире. Возможность работы в качестве управляемого и оперативного источника большой мощности является самым большим преимуществом гидроэнергетики в обеспечении высокой эффективности и эксплуатационной гибкости в режимах параллельной работы с другими источниками питания [14]. При реализации этого типа накопителя может возникнуть следующий вопрос. Является ли гидроак-кумулирующее предприятие генерирующей установкой, которая должна конкурировать с другими производителями на рынке вспомогательных услуг или ГАЭС должна быть классифицирована как объект системного регулирования?
Установленная мощность существующих ГАЭС варьируется от 1 до 3000 МВт, при КПД порядка 70-85% и эксплуатационном сроке службы до 40 лет [14]. Крупнейшие ГАЭС приведены в табл. 1.
Таблица 1 Крупнейшие ГАЭС
Наименование Месторасположение Установленная мощность, МВт
Бат Каунти США, Вирджиния 3033
Хойчжоу Китай 2448
Гуандун Китай 2400
Загорская РФ 2040
Окутатараги Япония 1932
Лудингтон США 1872
Плотина Гранд Мезон Франция 1800
Динорвиг Великобритания 1728
Необходимо отметить, что на станции Бат Каунти энергия для закачки воды в верхний бассейн поступает от атомной электростанции, а не от альтернативных источников, в связи с тем, что АЭС чрезвычайно тяжело переводятся на режим уменьшения генерации [32]. Это является одним из примеров эффективного сочетания свойств электростанций разных типов.
Сохранение энергии в виде сжатого воздуха (Compressed air enegy storage (CAES)
Установки для хранения энергии на сжатом воздухе (CAES) уже используются в коммерческих целях. Сегодня в мире действуют только две полномасштабные системы CAES: одна в Германии и одна в США. Система CAES накапливает энергию, подобно ГАЭС, используя электрическую энергию для сжатия воздуха до высокого давления с помощью компрессоров в периоды низкого спроса на электроэнергию, а затем сохраненный сжатый воздух выпускается для приведения в действие детандера для выработки электроэнергии в периоды пиковых нагрузок энергосистемы. Для установок CAES обычно требуются определенные географические условия. Хотя большие стальные надземные контейнеры и могут быть использованы в качестве резервуара для сжатого воздуха, естественные соляные пещеры являются более экономичной альтернативой. Перед реализацией этого типа накопителя необходимо учитывать, что эффективность процесса хранения и преобразования энергии в установках CAES ниже по сравнению с
другими типами накопителей, например, ГАЭС. И установки CAES медленнее реагируют на сбои в питающей электросети по сравнению с маховиками и аккумуляторными батареями [23].
Крупнейшие хранилища сжатого воздуха находятся в Германии (Huntorf, мощность установки 110 МВт, объем запасаемой электроэнергии 2860 МВт-ч) и в США, штат Алабама (Mcintosh, мощность установки 290 МВт, объем запасаемой электроэнергии 870 МВт-ч) [31].
Супермаховик (Flywheel energy storage (FES)
Применение маховиков восходит к гончарному кругу и сыграло решающую роль в промышленной революции в качестве компонента поршневого парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Увеличенный момент инерции маховика служит для сглаживания выходной мощности при работе двигателя для повышения устойчивости. Точно так же маховики могут использоваться для согласования режимов потребления и генерации между энергоснабжающей организацией и потребителями электроэнергии. Маховики, называемые механическими батареями, накапливают кинетическую энергию, вращаясь с высокой скоростью. Есть много преимуществ у интеграции технологии хранения с FES в энергосистему. Примеры включают экономически эффективное удовлетворение пикового спроса, обеспечение стабильного и надежного источника энергии в случае чрезвычайной ситуации и защиту окружающей среды за счет применения возобновляемых источников энергии. Еще одно желаемое качество заключается в том, что технология применения маховиков практически не зависит от факторов окружающей среды, таких как высота над уровнем моря и близость к подземным пещерам. Это позволяет размещать маховики в непосредственной близости от возобновляемых источников энергии, от береговой линии для приливной энергии до очагов геотермальной активности. Это способствует повышению эффективности применения ВИЭ. Кроме того, компактный размер большинства систем хранения энергии с маховиком позволяет легко включать их в большинство планов этажей зданий. Важной проблемой для этих систем являются высокие ветровые потери системы, которые повышаются с увеличением размеров установки. Система должна работать в условиях жесткого вакуума, чтобы поддерживать потери на ветер на уровне, близком к нулю [5].В 2011 г. были разработаны и установлены фирмой BeaconPower, США, накопительные системы на базе супермаховиков для поддержания частоты сетевого напряжения. Мощность каждой установки составляет 20МВт [32].
Аккумуляторные батареи
Основанные на принципе обратимости химической реакции НЭЭ на основе аккумуляторных батарей (АКБ) нашли широкое применение как в промышленности, так и в быту.
Крупнейшие мировые аккумуляторные электростанции приведены в табл. 2.
Также необходимо отметить проект накопителя на основе литий-ионных АКБ емкостью 4000 МВт-ч в Австралии, который существенно больший, чем проект компании Тесла (129 МВт-ч) [35]. Прогноз о возможном доминировании литий-ионной технологии АКБ в связи с улучшением их параметров производительности, таких как количество циклов заряда-разряда и срок службы, дан в [22].
Таблица 2
Крупнейшие мировые аккумуляторные электростанции
Тип АКБ Энергоемкость, МВт-ч Месторасположение Примечание
Свинцово-кислотный 52 Австралия, озеро Бонни Заряжается от ветрогенераторов
Ультрабатареи на основе свинцовых пластин АКБ и электродов суперконденсаторов 3,7 США, Пенсильвания Не подвержены риску сульфатирования пластин при эксплуатации в жёстком режиме (допускают глубокий разряд, работу при низкой и/или высокой температуре)
Литий-ионный 185 Австралия, Аделаида Проект Hornsdale Power Reserve
Натрий-серный 648 ОАЭ, Абу-Даби Высокая плотность энергии, рабочая температура около 450 °С, пожароопасны
Никель-кадмиевый 6,7 США, Аляска Обслуживает город Форнбенкс
Ванадиевый проточный более 800 Китай, Далянь Минимальный саморазряд, срок службы 20 лет
Натрий-никель-хлоридный 20 Канада, о-в Принца Эдуарда Высокая плотность энергии, используют в ракетах Томагавк и Патриот
Литий-железо-фосфатный 36 Китай, Хэбэй Обслуживает солнечную электростанцию в течение 4 лет
Литий-титанатный 1 Гавайи Обслуживает солнечную электростанцию
Цинково-хлорный проточный 75 США, Калифорния Аналогичны ванадиевым, более дешёвые реактивы. Проект Primus Power. Один из инвесторов - РосНАНО
Водородные топливные элементы
Сегодня водород признан экологически чистым энергоносителем, поскольку он не способствует глобальному потеплению, если производится из возобновляемых источников [11, 13]. Кроме того, водород является единственным вторичным энергоносителем, который подходит для широкого спектра применения. В центре внимания тот факт, что водород можно получить различными способами: электролиз, паровая конверсия метана и природного газа, пиролиз, частичное окисление, биотехнологии, газификация угля. Кроме того, водород можно использовать в децентрализованных системах без выделения диоксида углерода [12, 28]. Водород уже является частью современной химической промышленности, но его редкие преимущества в качестве источника энергии могут быть достигнуты только с помощью таких технологий, как топливные элементы. Преимущество водорода перед электричеством состоит в том, что он может храниться в среднесрочной и долгосрочной перспективе [17, 24]. Как следствие, энергоноситель помогает повысить стабилизацию энергетической безопасности и цены, вызывая конкуренцию между различными источниками энергии [19, 20, 25, 41]. Преимущества водородных накопителей:
• водород - это концентрированный первичный источник энергии, который можно сделать доступным для потребителя;
• неисчерпаемый источник, если он получен электролитическим путем из воды;
• производство и потребление водорода представляет собой замкнутый цикл, источник производства -вода - остается постоянным и представляет собой классический цикл рециркуляции этого типа сырья;
• самое простое и чистое топливо; сжигание водорода практически полностью исключает выбросы загрязняющих веществ;
• имеет гораздо более высокую плотность энергии по сравнению с другими видами топлива;
• можно хранить разными способами, например, в газообразном состоянии при нормальном или высо-
ком давлении, в виде жидкого водорода или твердого гидрида;
• можно транспортировать на большие расстояния;
• топливные элементы на водородной основе имеют КПД до 60%.
Водород конденсируется при -252,77 °С, а удельный вес сжиженного водорода составляет 71 г/л, что дает ему самую высокую плотность энергии на единицу массы среди всех видов топлива и энергоносителей: 1 кг водорода содержит столько же энергии, сколько 2,1 кг природного газа или 2,8 кг нефти. Эта его особенность является основанием для использования водорода в силовых установках космических кораблей. В отличие от других видов топлива, таких как нефть, природный газ и уголь, водород является возобновляемым и нетоксичным при использовании в топливных элементах. Водород имеет очень высокий потенциал в качестве экологически чистого топлива и при сокращении импорта энергоресурсов [10, 13].
Распределение общих установленных мощностей по регионам графически проиллюстрировано на рис. 2 и в табл. 3. Последние пять лет Америка и Азия конкурировали за лидирующие позиции с точки зрения внедрения водородных топливных элементов.
Рис. 2 Распределение суммарной установленной мощности водородных топливных элементов
©РИВС
Таблица 3
Суммарная мощность водородных топливных элементов
Регион Суммарная мощность водородных топливных элементов, МВт, годы
2014 2015 2016 2017 2018
Остальные страны 1.2 2.3 1.7 2.1 1.4
Азия 104.5 159.7 273.8 285.8 343.3
С. Америка 69.8 108.4 213.6 331.8 415
Европа 9.9 27.7 27.4 38.9 43.4
При долгосрочном планировании развития энергетического комплекса, несмотря на перспективность развития водородных топливных элементов, в настоящий момент шансы на развитие водородной инфраструктуры ниже, чем у возобновляемой энергетики, в связи с тем что полностью отсутствуют технологии распределения и хранения водорода, инфраструктура, механизмы функционирования рынков для осуществления производства, отмечено в [17]. Однако эти обстоятельства не должны оказывать влияния на продолжение научных разработок в данной области, поскольку результаты исследований будут способствовать совершенствованию технологии применения водородных топливных элементов. Например, исследования в области хранения водорода в твёрдых носителях (гидридах металлов) показали возможность повышения плотности водорода в 2,7 раза больше, чем при хранении в жидком виде [34]. Результаты исследований по сравнению ключевых российских тенденций развития «зеленого» водорода с мировыми тенденциями приведены в [16]. Установлено, что экономическая эффективность «зеленого» водорода находится на грани нуля, а срок окупаемости составляет около 17 лет. Основная причина этого - низкая среднерыночная цена на водород (14 долл. США за кг), которая лишь немного выше себестоимости его производства (12,5 долл. США за кг), в то время как для транспортировки требуется примерно на 0,96 долл. США за кг больше. Несмотря на обескураживающие результаты, следует учитывать, что такие стратегические проекты находятся на пороге развития энергетики. Технология производства экологически чистого водорода может быть конкурентоспособной в среднесрочной перспективе, особенно при государственной поддержке.
Суперконденсаторы
Суперконденсаторы (supercapacitor (SC), также известные как ультраконденсаторы и электрические двухслойные конденсаторы, находят применение в разнообразных устройствах и установках. В автомобильных системах, таких как системы старт-стоп с рекуперативным торможением, SC могут обеспечивать энергию, необходимую для включения стартера, чтобы перезапустить двигатель внутреннего сгорания, а также принимать кинетическую энергию, восстанавливаемую во время торможения. Суперконденсаторы выгодны тем, что их можно заряжать и разряжать значительно большее число раз, чем традиционные свинцово-кислотные батареи, а также они могут быстрее поглощать энергию без снижения ожидаемого срока службы. Эти возможности делают SC привлекательными для промышленных систем резервного электропитания, где частая замена батарей нецелесообразна, или при наличии резко переменной нагрузки [1, 7].
Сверхпроводниковый магнитный аккумулятор (Superconducting magnetic energy storage (SMES)
Сверхпроводящий накопитель магнитной энергии (SMES) - это система накопления энергии в сверхпроводящей катушке в виде магнитного поля. Это магнитное поле создается потоком постоянного тока в катушке. Катушка с постоянным током работает при криогенной температуре и представляет собой сверхпроводящую катушку. Во время формирования магнитного поля в сверхпроводящей катушке резистивные потери незначительны из-за фиксированных рабочих условий (криогенная температура). Основная проблема успешного функционирования этой системы - поддерживать температуру системы до криогенной температуры, чтобы SMES сохранял необходимые электрические параметры на протяжении всей работы. Поскольку процесс преобразования энергии в системе SMES происходит только из переменного тока в постоянный, отсутствуют потери, связанные с преобразованием одной формы энергии в другую. Накопленная энергия может быть возвращена в подключенную нагрузку или в электрическую сеть путем преобразования электричества из магнитной энергии путем разряда сверхпроводящей катушки. В 1974 г. первый действующий блок SMES с трехфазным преобразователем был успешно испытан в Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL). В 1976 г. группа ученых из «Бонневильского энергетического ведомства» и «Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL)» предложила различные практические реализации SMES в реальной жизни. После этого система дорабатывается до гигаваттного диапазона мощности для систем вооружения и систем передачи энергии. В коммерческом масштабе первый SMES был разработан в 1997 г. американской сверхпроводниковой компанией и использовался в Германии. Для поддержания качества электроэнергии установлены и в настоящее время успешно работают устройства SMES суммарной мощностью около 50 МВт в различных областях США. Некоторые другие проекты SMES реализуются в Японии, где смоделировали и спроектировали «SMES на основе комбинированного жидкого водородного охлаждения с системой водородно-топливных элементов», но еще не построены, исследования продолжаются [21].
Преимущества SMES:
• способность хранить и разряжать большое количество энергии;
• высокая эффективность (более 90%);
• быстрое время отклика (менее 100 мс);
• низкие эксплуатационные расходы;
• могут работать со всеми типами нагрузок.
• Недостатки SMES:
• необходимо большое количество энергии для поддержания низкой температуры катушки;
• высокая стоимость установки.
Результаты и обсуждение
Известные на сегодняшний день системы накопления энергии: аккумуляторные батареи, модули суперконденсаторов, водородные топливные элементы и т.д., основаны на разных принципах действия и, следовательно, обладают разными параметрами, характеристиками, достоинствами и недостатками. На рис. 3 показано сравнение параметров систем накопления энергии [37].
Очевидно, что литиевые батареи обладают хорошей комбинацией высочайшей энергии и удельной мощности
©РИВС
Рис. 3 Сравнение параметров систем накопления энергии
с приемлемыми характеристиками при езде на велосипеде. В то время как высокая удельная мощность и очень длительный срок службы НА позволяют ему играть роль вспомогательной энергии, способной эффективно снизить требования к производительности основного накопителя энергии в режиме высокого крутящего момента с почти нулевой скоростью [37].
Например, АКБ позволяют обеспечить бесперебойную автономную работу оборудования в широком временном интервале, вплоть до десятков часов. Однако эксплуатация АКБ в режимах с высокими пиковыми нагрузками приводит к уменьшению их срока службы. Системы хранения водорода должны выдерживать либо высокие давления, либо криогенные температуры, либо содержать активные материалы, которые взаимодействуют с водой или воздухом [18]. Суперконденсаторы обладают высокой степенью саморазряда, низким напряжением на одну единицу элемента, малой энергетической плотностью.
Гибридные системы накопления характеризуются выгодным сочетанием двух или более технологий накопления энергии с дополнительными рабочими характеристиками (такими как энергия, мощность, скорость саморазряда, эффективность, срок службы и т.д.).
В [2, 26, 29, 39] рассматриваются различные структуры объединения накопителей энергии, основные концепции управления энергопотреблением и принципиальный подход к декомпозиции потока мощности. В [15, 30, 40] обсуждаются инновации в области гибридных систем хранения энергии, а также долговечность, практичность, экономичность и полезность гибридных систем. Показано, как сочетание двух или более технологий хранения энергии может взаимодействовать с системами возобновляемой энергии и поддерживать их. Рассмотрены различные структуры автономных систем возобновляемой энергии с гибридными системами хранения энергии, такими как пассивные, полуактивные и активные гибридные системы хранения энергии. Различные технологии накопления энергии значительно различаются по капитальным затратам, а также затратам на эксплуатацию и техническое обслуживание, в зависимости от специфических характеристик устройств и систем, размера и материала устройств, а также емкости и продолжительности накопления энергии. Сравнение и оценка
гибридных систем накопления энергии приведены в [2]. Например, гибридизация батарей и суперконденсаторов оказалась эффективной при использовании в секторе электрифицированного транспорта в ветроэнергетических системах.
Анализ технических характеристик БС и АКБ выполнен в [8, 27, 36]. Установлено, что на базе этих накопителей целесообразно создание гибридных устройств, сочетающих достоинства и нивелирующего недостатки каждого из накопителей. Суперконденсатор здесь функционирует как накопитель «большой мощности», покрывает пики, переходные процессы и быстрые колебания мощности. Это помогает избежать перегрузки аккумулятора (например, высоких зарядных токов и циклов микрозарядки) и, как следствие, увеличивает срок службы аккумулятора. Показано, что аккумуляторная батарея в гибридной системе испытала значительно меньшее количество малых циклов, которые характеризуются глубиной разрядки менее 0,02. При применении гибридной накопительной системы можно ожидать, что количество циклов с глубиной разрядки до 0,02% снизится вдвое. Установлено, что фактор деградации АКБ в гибридной системе значительно снижается. Это обусловлено тем, что в гибридной системе БС компенсирует кратковременные провалы напряжения, в связи с чем снижается показатель разрядки АКБ и уменьшается суммарное количество циклов разрядки АКБ. Представлены результаты моделирования режимов работы гибридного накопителя энергии на основе БС и АКБ. Показано, что максимальная выходная мощность гибридного устройства может в несколько раз превышать мощность одиночной АКБ с аналогичными параметрами.
Заключение
Для обоснования эффективности той или иной технологии создания, развития и применения систем накопителей энергии требуются глубокие знания о современных источниках глобальной энергии, их возможной взаимной корреляции, современном состоянии мировой экономики и интересах ведущих игроков из числа компаний -производителей энергоресурсов. В статье рассмотрены основные типы накопителей энергии. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Очевидно, что один из путей борьбы с недостатками накопителей - это создание комбинированных накопителей энергии, состоящих из элементов, работающих на разных принципах. Например, аккумуляторные батареи и модули суперконденсаторов.
Благодарность
Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России в сфере научной деятельности и Дополнительного соглашения № 075-00314-20-02 от 03.03.2020 к Соглашению Минобрнауки России о предоставлении субсидии на финансовое обеспечение выполнения государственного задания «Развитие междисциплинарных направлений комплексного освоения недр Земли и сохранения природы» по научному направлению «.Аналитический обзор и современные тенденции в развитии электроэнергетики и энергоснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса».
Список литературы
1. Abdallah W.J. Studies of voltage stabilization and balancing systems in energy storage modules based on supercapacitors // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1333. 062001 DOI:10.1088/1742-6596/1333/6/062001.
2. Ahmed Zayed AL Shaqsi Review of energy storage services, applications, limitations, and benefits / Ahmed Zayed AL Shaqsi, Kamaruzzaman Sopian, Amer Al-Hinai // Energy Reports, Volume 6, Supplement 7, 2020, Pages 288-306, ISSN 2352-4847. https://doi. org/10.1016/j.egyr.2020.07.028.
3. Analysis of technological changes in integrated intelligent power supply systems / Y.L. Zhukovskiy, V.V. Starshaia, D.E. Batueva, A.D. Buldysko // Innovation-Based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects. 11th conference of the Russian-German Raw Materials, 2019. 2020. pp. 249-258. ISBN: 978-036707726-6.
4. Voytyuk I.N. Software and Hardware Complex for Ore Quality Control on a Belt Conveyor / I.N. Voytyuk, A.V. Kopteva, A.N. Skamyin // 2020 2nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA), 2020, pp. 762-765. DOI: 10.1109/SUMMA50634.2020.9280715.
5. Aydin K. Sizing design and implementation of a flywheel energy storage system for space applications / K. Aydin, M.T. Aydemir // Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences. 2016. Vol. 24(3). pp. 793-806. DOI: 10.3906/elk-1306-206.
6. Turysheva A.V. Power Supply of Oil Production Facilities Using Associated Petroleum Gas / A.V. Turysheva, Y.V. Gulkov, S.V. Baburin // 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2020, pp. 1333-1338, DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039526.
7. Balancing Circuits on Performance, Reliability, and Lifetime of Supercapacitor Systems / D. Linzen, S. Buller, E. Karden, R. Doncker // 2005 IEEE Transactions on Industry Applications. 2005. Vol. 41 (5). pp. 1135-1141.
8. Belsky A.A. The Use of Hybrid Energy Storage Devices for Balancing the Electricity Load Profile of Enterprises. / A.A. Belsky, A.N. Skamyin, O.S. Vasilkov // ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2020;63(3):212-222. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-3-212-222
9. Belsky A.A. Small wind-driven power plant operating experience / A.A. Belsky, V.S. Dobush // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 489. 012013. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/489/1/012013/meta (дата обращения 01.09.2020).
10. Felseghi R.A. Contributions Regarding the Application of Fuel Cell in the Passive Houses Domain: Ph.D. Thesis / Building Services Engineering Department, Technical University of Cluj-Napoca. Cluj-Napoca, Romania. 2015.
11. Hydrogen Fuel Cell Technology for the Sustainable Future of Stationary Applications / RA. Felseghi, E. Carcadea, M.S. Raboaca,
C.N. Trufin, C. Filote // Energies. 2019. Vol. 12(23). 4593. DOI: 10.3390/en12234593.
12. Inci M. Review of fuel cells to grid interface: Configurations, technical challenges and trends / M. Inci, O. Türksoy // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 213. pp. 1353-1370. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.12.281.
13. International Energy Agency (IEA). The Future of Hydrogen Seizing Today's Opportunities. Available online: https://www.iea.org/ reports/the-future-of-hydrogen (дата обращения: 09.09.2020).
14. Istvan Taczi Pumped Storage Hydroelectric Power Plants: Issues and Applications // ERRA. Budapest, Hungary. 2016. 11 p.
15. Jeon H. Fuel Cell Application for Investigating the Quality of Electricity from Ship Hybrid Power Sources / H. Jeon, S. Kim, K. Yoon // Journal of Marine Science and Engineering. 2019. Vol. 7. pp. 241-262. DOI: 10.3390/jmse7080241.
16. Kopteva A. Prospects and Obstacles for Green Hydrogen Production in Russia. / A. Kopteva, L. Kalimullin, P. Tcvetkov, A. Soares // Energies 2021, 14, 718. https://doi.org/10.3390/en14030718
17. Kuhn P. Rolle des Wasserstoffs bei der großtechnischen Energiespeicherung im Stromsystem. / P. Kuhn, M. Kühne, C. Heilek. // Wasserstoff und Brennstoffzelle. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. 2017. pp. 25-42. DOI: 10.1007/978-3-662-53360-4_2.
18. Lars Hagvaag Seim. Modeling, control and experimental testing of a supercapacitor/battery hybrid system : passive and semi-active topologies. Thesis / Department of Mathematical Sciences and Technology. Norwegian University of Life Scieces. 2011.
19. Litvinenko V.S. The Role of Hydrocarbons in the Global Energy Agenda: The Focus on Liquefied Natural Gas Resources // Resources. 2020. Vol. 9(5). pp. 59 - 81. DOI:10.3390/resources9050059.
20. Midilli A. On hydrogen and hydrogen energy strategies. II: Future projections affecting global stability and unrest / A. Midilli, M. Ay, I. Dincer, M.A. Rosen // Renewable and Sustainable Energy Reviews 2005. Vol. 9(3). pp. 273-287. DOI: 10.1016/j. rser.2004.05.002.
21. Nishant K. Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) System // Project: Optimization in Power System. 2015. URL: https://www.researchgate.net/publication/261204920_Superconducting_Magnetic_Energy_Storage_SMES_System (дата обращения 01.09.2020).
22. Oliver Schmidt, Sylvain Melchior, Adam Hawkes, Iain Staffell, Projecting the Future Levelized Cost of Electricity Storage Technologies, Joule, Volume 3, Issue 1, 2019, Pages 81-100, ISSN 2542-4351, https://doi.org/10.1016/jjoule.2018.12.008.
23. Overview of Compressed Air Energy Storage and Technology Development / J. Wang, K. Lu, L. Ma, J. Wang, M. Dooner, S. Miao, J. Li,
D. Wang // Energies. 2017. Vol. 10. 991. DOI:10.3390/en10070991.
24. Pötzinger C. Influence of Hydrogen-Based Storage Systems on Self-Consumption and Self-Sufficiency of Residential Photovoltaic Systems / C. Pötzinger, M. Preißinger, D. Brüggemann // Energies. 2015. Vol. 8. pp. 8887-8907. DOI: 10.3390/en8088887.
25. Stolten D. Hydrogen and Fuel Cells, Fundamentals, Technologies and Applications // WILEY-VCH Verlag GmbH&Co. KgaA: Weinheim, Germany. 2010. 877 p.
26. Thilo Bocklisch, Hybrid Energy Storage Systems for Renewable Energy Applications, Energy Procedia, Volume 73, 2015, Pages 103-111, ISSN 1876-6102. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.582.
27. Vasilkov O.S. Features of Application Hybrid Energy Storage in Power Supply Systems. / O.S. Vasilkov, V.S. Dobysh // 2019 IEEE
Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Saint Petersburg and Moscow, Russia, 2019, pp. 728-730, doi: 10.1109/EIConRus.2019.8656802.
28. View. Japan Launches World's First Liquid Hydrogen Carrier. Available online: https://www.h2-view.com/story/japan-launches-worlds-first-liquid-hydrogen-carrier/ (дата обращения: 09.09.2020).
29. Tahir Y. A Review on Hybrid Energy Storage Systems in Microgrids. / Y. Tahir, M.F. Nadeem, A. Ahmed, IA. Khan, F. Qamar // 2020 3rd International Conference on Computing, Mathematics and Engineering Technologies (iCoMET), Sukkur, Pakistan, 2020, pp. 1-7. DOI: 10.1109/iCoMET48670.2020.9073919.
30. Zohuri, B. Hybrid Energy Systems Driving Reliable Renewable Sources of Energy Storage. Springer, New York, NY, USA, 2018, [online] Available: http://www.bookmetrix.com/detail/book/171762c8-ce8b-4e3d-a64e-787745b9162a#citations
31. Аккумулированные большие объемы сжатого воздух высокого давления - источник энергии для широкого внедрения пнев-мотехники. URL: https://aftershock.news/?q=node/661827&full (дата обращения 09.09.2020).
32. Гигантские аккумуляторные электростанции. URL: https://alter220.ru/akkum/gigantskie-akkumulyatorye-elektrostantsii.html (дата обращения: 19.08.2021).
33. Кобец Б. Б. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid / Б. Б. Кобец , И.О. Волкова // М.: ИАЦ Энергия. 2010. 208 с.
34. Проблемы водородной энергетики. URL: https://zen.yandex.ru/media/dbk/problemy-vodorodnoi-energetiki-5eee2ee0f1d-451486f2d1211 (дата обращения: 19.08.2021).
35. Тесла построит крупнейший накопитель энергии в Австралии. URL: https://renen.ru/tesla-will-build-the-largest-energy-store-in-australia/ (дата обращения: 19.08.2021).
36. Li J. Analysis of battery lifetime extension in a SMES-battery hybrid energy storage system using a novel battery lifetime model / Li J., Gee A. M., Zhang M., Yuan W. // Energy, 2015. pp. 175-185. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.03.132
37. Lin T. Development and key technologies of pure electric construction machinery / Lin T, Lin Y, Ren H, Chen H, Chen Q, Li Z // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. 132. 110080. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110080.
38. International Energy Agency (IEA) 2020 World Energy Investment 2020. URL: https://www.iea.org/reports/energy-storage (дата обращения: 19.08.2021).
39. Lavrik A. Optimizing the Size of Autonomous Hybrid Microgrids with Regard to Load Shifting/ A. Lavrik, Y. Zhukovskiy, P. Tcvetkov // Energies 2021, 14, 5059. https://doi.org/10.3390/en14165059
40. Belsky AA. Operation of a Single-phase Autonomous Inverter as a Part of a Low-power Wind Complex / A.A. Belsky, V.S. Dobush, Sh.F. Haikal // Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 239. pp. 564-569. DOI: 10.31897/PMI.2019.5.564
41. Litvinenko V.S. Barriers to implementation of hydrogen initiatives in the context of global energy sustainable development / V.S. Litvinenko, P.S. Tsvetkov, M.V. Dvoynikov, G.V. Buslaev // Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 244. pp. 428-438. DOI: 10.31897/ pmi.2020.4.5.
