LCOS
32,5 руб/кВт·ч
Russian (Russia)

Мировой опыт применения систем накопления энергия в электрических сетях среднего класса напряжения

В.В. Гужавина – руководитель службы технической поддержки ООО "Системы накопления энеригии"

В.Д. Мельников – инженер технической поддержки ООО «Системы накопления энергии». 

Введение

Настоящая публикация подготовлена с целью ознакомления с зарубежным опытом применения систем накопления энергии (далее – СНЭ) в электрических сетях среднего класса напряжения (в России это распределительные сети классом напряжения до 35 кВ).

В публикации приведена аналитика по количеству проектов СНЭ, их суммарной мощности и энергоемкости, выполняемым функциям. Также коротко даны характеристики отдельных проектов.

Кроме того, в публикации приведены данные по реализованным проектам с применением систем накопления энергии в России.

1. Анализ информации по существующим зарубежным проектам

Для подготовки материала была использована информация о существующих проектах энергоснабжения с применением систем накопления энергии с сайта www.energystorageexchange.org. Выборка проектов производилась по типу технологии накопления энергии (Electro-chemical) и точки подключения СНЭ (PrimaryDistribution– распределительные сети среднего напряжения).

Основные данные по СНЭ, соответствующих критерию запроса, представлены в таблице 1. На рисунке 1 и в таблице 2 представлено распределение проектов по странам.

Таблица 1 – Основная информация по запросу

Параметр

Значение

1.

Количество объектов, шт.

71

2.

Суммарная мощность, МВА

203,2

3.

Суммарная энергоемкость, МВт·ч

402,3

4.

Максимальная мощность, МВА

32

5.

Максимальная энергоемкость, МВт·ч

120

6.

Средняя мощность, МВА

2,9

7.

Средняя энергоемкость, МВт·ч

5,7

 

Рисунок 1 – Распределение проектов по странам

Таблица 2 – Распределение количества проектов по странам

Страна

Кол-во систем

1.

США

37

2.

Германия

9

3.

Великобритания

5.7

4.

Канада

4

5.

Италия

3

6.

Австралия

3

7.

Южная Корея

2

8.

Япония

1

 

Для наглядности параметров систем накопления энергии все проекты были представлены на графике, по оси абсцисс отложена энергоемкость СНЭ, по оси ординат – мощность (рисунок 2).

Рисунок 2 – График распределения проектов

Из рисунка 2 очевидно, что наибольшая концентрация параметров лежит в диапазоне до 20000 кВт·ч и до 10000 кВт. Для наглядности на рисунке 3 представлен аналогичный график в большем масштабе.

Рисунок 3 – График распределения проектов

Рисунок 4 – Ежегодный объем ввода СНЭ для сетей среднего класса напряжения

Большинство из найденных проектов СНЭ так или иначе касаются тематики интеграции возобновляемых источников энергии в распределительную сеть. Количество проектов, в которых системы накопления энергии предназначены не для поддержания работы возобновляемых источников энергии, в полученной выборке всего 22.

Таблица 3 – Основная информация по запросу

Параметр

Значение

1.

Количество объектов, шт.

22

2.

Суммарная мощность, МВА

78,6

3.

Суммарная энергоемкость, МВт·ч

103,2

4.

Максимальная мощность, МВА

32

5.

Максимальная энергоемкость, МВт·ч

12

6.

Средняя мощность, МВА

3,6

7.

Средняя энергоемкость, МВт·ч

4,7

 

Рисунок 5 – График распределение проектов (за исключением проекта KEPCO)

Можно выделить наиболее распространенные назначения систем накопления энергии в распределительных сетях среднего класса напряжения: отсрочка инвестиций в модернизацию сетей (68% СНЭ), регулирование частоты (41% СНЭ) и перераспределение энергии во времени (32% СНЭ). Также следует отметить, что одна и та же система в основном выполняет несколько функций. Сводная информация по назначению СНЭ в рамках рассматриваемых проектов применения приведена в таблице 4.

Таблица 4 – Сводная информация по назначению СНЭ

Назначение

Кол-во СНЭ из выборки

шт.

%

Отсрочка инвестиций в модернизацию оборудования

15

68

Регулирование частоты

9

41

Перераспределение энергии во времени

7

32

Надежность и качество

5

23

Горячий резерв (вращающийся)

5

23

Поддержание напряжения

4

18

Резервирование

3

14

Холодный резерв

2

9

Ниже приведены примеры реализованных проектов, в которых не предусмотрено применение СНЭ совместно с ВИЭ.

2. Примеры реализованных проектов

Проект«Charleston NaS Energy Storage Project – AEP»

Параметр

Значение

Месторасположение

USA, Charleston, WV

Номинальная мощность, МВА

1,2

Номинальная энергоемкость, МВт·ч

7,2

Технология

NaS

Дата ввода в эксплуатацию

26 июня 2006

Объект

ПС 46/12 кВ

Производитель АБ

NGK Insulators Ltd

Производитель силовой электроники

S&C Electric Company

Рисунок 6 – Внешний вид СНЭ

Назначение:

1. Отсрочка инвестиций

2. Снижение перегрузки трансформатора.

3. Срезание пиков нагрузки.

4. Повышение коэффициента заполнения графика нагрузки.

5. Резервирование питания объекта.

Компанией AmericanElectricPower(AEP) в 2008 году было реализовано еще 3 похожих проекта в различных штатах США, схожего назначения, но более крупные (2 МВА, 12 МВт·ч). Данных о проектах, реализованных компанией после 2008 года, нет.

Проект «EnelDirilloSubstationBESSProject»

Параметр

Значение

Месторасположение

Contrada Dirillo, Ragusa, Sicily 97011, Italy

Номинальная мощность, МВА

2

Номинальная энергоемкость, МВт·ч

1

Технология

Lithium-ion Battery

Дата ввода в эксплуатацию

4 октября 2012 г.

Объект

Распределительная подстанция

Производитель АБ

FIB

Производитель силовой электроники

ABB


Рисунок 7 – Внешний вид СНЭ

Назначение:

1. Отсрочка инвестиций.

2. Регулирование частоты.

3. Снижение пиков мощности.

Проект«KEPCO Ulsan Substation»

Параметр

Значение

Месторасположение

Ulsan, South Korea

Номинальная мощность, МВА

32

Номинальная энергоемкость, МВт·ч

12

Технология

Lithium-ion Battery

Дата ввода в эксплуатацию

12 июля 2017 г.

Объект

ПС

Производитель АБ

Samsung SDI

Производитель силовой электроники

LSIS


Рисунок 8 – Внешний вид СНЭ

Назначение:

1. Регулирование частоты

Проект «Powercor 2 MWGridScaleEnergyStorage– Kokam»

Параметр

Значение

Месторасположение

Buninyong, Victoria 3357,Australia

Номинальная мощность, МВА

2

Номинальная энергоемкость, МВт·ч

2.2

Технология

Lithium-ion Battery

Дата ввода в эксплуатацию

8 апреля 2016 г.

Объект

Распределительная линия 22 кВ

Производитель АБ

Kokam

Производитель силовой электроники

S&C Electric

 


Рисунок 9 – Внешний вид СНЭ

Назначение:

1. Резервирование

2. Регулирование частоты

3. Поддержание напряжения

4. Отсрочка инвестиций в модернизацию сетей

5. Снижение перегрузки оборудования

6. Динамическое поддержание изменений нагрузки.

3. Опыт применения систем накопления энергии в России

В России было реализовано несколько проектов систем накопления энергии. Наиболее известные – это два проекта на подстанциях ПАО «ФСК ЕЭС» ПС 220 кВ Псоу (г. Сочи) и ПС 330 кВ Волхов-Северная (г. Санкт-Петербург). Обе системы идентичны по своему составу и параметрам:

Параметр

Значение

Номинальная мощность, МВА

1,5

Номинальная энергоемкость, МВт·ч

2,5

Технология

Lithium-ion Battery

Дата ввода в эксплуатацию

2012-2014.

Объект

Подстанция

Производитель АБ

EnerDel

Производитель силовой электроники

Parker Hannifin


Назначение:

1. Бесперебойное питание.

2. Работа в составе изолированной сети

3. Регулирование частоты (посредством внешней диспетчеризации)

4. Срезание пиков мощности (посредством внешней диспетчеризации)

Однако, рассматриваемые проекты нельзя отнести к тематике настоящего отчета, поскольку СНЭ установлены на магистральных подстанциях, и в основном предназначены для резервирования электропитания собственных нужд энергообъекта.

Таким образом, можно заключить, что опыт применения систем накопления энергии в распределительных электрических сетях среднего класса напряжения в России отсутствует.

Заключение

По результатам анализа зарубежного опыта применения систем накопления энергии в электрических сетях среднего класса напряжения на основании данных интернет-ресурса  www.energystorageexchange.org можно сделать вывод, что в большинстве проектов (70%) системы накопления энергии используются для интеграции возобновляемых источников энергии в существующие сети и поддержания их совместной работы с сетью.

Всего 30% проектов (22 проекта суммарной мощностью 78,6 МВА) изначально спроектированы для поддержания эффективной работы распределительных сетей среднего класса напряжения, при этом применение СНЭ в таких проектах предлагает комплексное решение проблем электроснабжения. Наиболее часто данные системы устанавливаются для отсрочки инвестиций в модернизацию существующей инфраструктуры за счет срезания пиков мощности, протекающих через участки сетей; регулирования частоты; повышения надежности и качества электроснабжения.

Опыт применения систем накопления энергии в распределительных электрических сетях среднего класса напряжения в России отсутствует.

Однако, мировая практика и наличие широких проблем в сетях данного класса напряжения (перегрузка центров питания, старое оборудование и т.п.), а также заинтересованность профессионального сообщества и государства, позволяют говорить о перспективности направления применения систем накопления энергии в распределительных электрических сетях России.

Список литературы

  1. DOE Global Energy Storage Database: https://www.energystorageexchange.org/
  2. Электронный ресурс: http://kokam.com/australias-largest-battery-bound-for-buninyong/
  3. Электронный ресурс: http://www.physics.arizona.edu/~cronin/Solar/References/Storage/Nourai.pdf
  4. Электронный ресурс: http://www.abb.com/cawp/seitp202/8c2b9149039d2d0ec1257b5200331466.aspx
  5. Электронный ресурс: http://www.abb.com/cawp/seitp202/0b80d94850f2df5ac1257a4c002d4430.aspx
  6. EnerDel, Back Up Power for Sochi. Renewable Energy, May 2014. http://www.lugarenergycenter.org/files/4414/0207/7318/EnerDel_-_Lugar_Center_Microgrid_Conference_ENERDEL_Backup_Sochi_2014_05_06.pdf
  7. А.В. Лыкин. Оценка снижения потерь электроэнергии при использовании сетевых накопителей энергии. Инфраструктурные отрасли экономики: проблемы и перспективы развития: сб. материалов 18 Всерос. науч.-практ. конф., Новосибирск, 12 мая, 06 июня 2017 г. - Новосибирск: Центр развития науч. сотрудничества, 2017. - С. 218-224. - ISBN 978-5-00068-872-4.