Гигантские батареи, ВИЭ и цифровизация

В одном из прошлых постов мы уже рассказывали вам о том, что такое Smart Grid. Сегодня мы расскажем вам об одном из его элементов - накопителях энергии для энергосистем.

Но для начала ознакомьтесь с 10 интересными фактами о возобновляемой энергетике:

1. Согласно данным Международного энергетического агентства, в 2019 году 27% электричества выработано из возобновляемых источников энергии.

2. 1 ветряная турбина способна обеспечить 1400 домов электричеством.

3. Китай строит две ветряные турбины в час (да-да, в час!).

4. Компания Siemens построила первую коммерческую морскую ветряную турбину в 1988 году. Ее лопасти были длиной 5 метров, а мощность - всего 30 киловатт. Последняя модель турбин Siemens имеет 75-метровые лопасти, вырабатывающие 6 мегаватт (в 25 000 раз больше) - этого достаточно для питания 6000 домов.

5. Самая большая в мире ветряная турбина Haliade-X 12 MW была построена компанией GE в Роттердамском порту. Высота 260 м, диаметр турбины - 220 метров, может обеспечить энергией 16000 домов.

6. В 2016 году Португалия вошла в историю, использовав только возобновляемые источники энергии в течение 107 часов.

7. При правильном использовании всего за один час на Землю попадает достаточно солнечного света, чтобы удовлетворить мировые потребности в энергии на целый год.

8. Исследования показывают, что мировая ресурсная база геотермальной энергии больше, чем ресурсная база угля, нефти, газа и урана вместе взятых.

9. «Зеленый Интернет» - более экологичный подход, применяемый сегодня крупными технологическими гигантами, такими как Google, Facebook и Apple, которые используют возобновляемые источники энергии для питания Интернета.

10. За десятилетие с 2007 по 2017 год общая установленная в мире энергетическая мощность от фотоэлектрических панелей увеличилась на целых 4300 процентов.

Как видим, возобновляемая энергия набирает колоссальные обороты, но для дальнейшего роста применения ВИЭ не обойтись без накопителей энергии. Накопители энергии помогают повысить эффективность энергетической системы путем хранения возобновляемой энергии, когда производство превышает спрос, а затем повторного ввода ее в систему, когда предложение ограничено.

Технологии хранения энергии включают в себя различные типы накопителей в зависимости от принципа работы:

Несколько фактов:

• Во всем мире используются батареи для хранения энергии общей емкостью 10 ГВт (2017 г.)

• Аккумуляторы с общим годовым производством 27 МВтч обеспечивают четверть общей возможности регулирования частоты в Великобритании.

• Пилотный проект в США показал, что аккумулятор мощностью 4 МВт / 40 МВтч может сэкономить 2 миллиона долларов США в расходах на топливо и предотвратить 400 часов перегрузки сети.

Роль накопителей в системе электроснабжения

Технологии хранения энергии помогают в достижении заявленных целей в области чистой энергии:

❏ Сокращение выбросов парниковых газов: накопление возобновляемой энергии приводит к замещению использования ископаемого топлива для выработки электроэнергии.

❏ Снижение спроса на пиковую выработку электроэнергии: например, в Калифорнии электростанции, работающие на природном газе, используются, когда пиковая потребность в электроэнергии слишком высока, чтобы ее можно было удовлетворить за счет возобновляемых источников энергии. Накопители энергии могут использоваться вместо электростанций с максимальным потреблением электроэнергии в часы наибольшего потребления электроэнергии.

❏ Отложить или заменить инвестиции в производство, передачу или распределение: поглощая и компенсируя колебания энергии от солнечной и ветровой энергии, накопление энергии может дополнять существующую инфраструктуру для удовлетворения потребностей энергетической системы.

❏ Повышение надежности работы передающей или распределительной электросети: Технологии накопления энергии могут предоставлять электрические сети несколько услуг, включая регулирование частоты, поддержку напряжения, адекватность ресурсов, управление счетами за время использования и снижение платы за потребление.

Применение накопителей позволяет повысить эффективность энергосистемы и приносит ряд преимуществ:

Оборот мирового рынка накопителей в 2019 году составил 99 млрд долл. США, при этом львиная доля приходится на электрохимические аккумуляторы, которые реализуются в виде множества в одном корпусе ячеек.

Накопители и цифровизация

«Интернет энергии» — это концепция, которая предполагает создание локальной энергетической инфраструктуры (микроэнергосистема или микрогрид), в которую интегрируются производители и потребители энергии и в рамках которой они могут свободно обмениваться энергией. Концепция построена на абсолютно иной архитектуре, которая, в отличие от традиционной, представляет собой децентрализованную электроэнергетическую систему.

Cхема системы хранения энергии

Цифровизация может помочь интегрировать переменные возобновляемые источники энергии, позволяя сетям лучше согласовывать спрос на энергию с временем, когда светит солнце и дует ветер. Только в Европейском союзе увеличение объема накопителей энергии и реагирование на спрос с помощью цифровых технологий могут сократить сокращение вынужденных потерь использования солнечной (PV) и ветровой энергии с 7% до 1,6% в 2040 году, что позволит избежать 30 миллионов тонн выбросов углекислого газа в 2040 году.

Кроме того, создание микроэнергосистемы предполагает установку распределенных по электрической сети источников энергии как традиционных, так и на основе ВИЭ, а также установку накопителей электроэнергии. Такая локальная энергосистема, включающая разные типы производителей и потребителей электроэнергии, требует применения нового типа систем управления и защиты, которые должны обеспечить их гибкую интеграцию в общую инфраструктуру «Интернета энергии».

КЕЙСЫ

Калифорния

Компания LS Power представила свой крупнейший проект по хранению энергии с использованием литий-ионных батарей - Gateway Energy Storage. Проект мощностью 250 МВт расположен в округе Сан-Диего, Калифорния.

Эксперты оценивают емкость системы в 1-1,5 ГВт*ч, поскольку «редко можно увидеть крупномасштабный накопитель с продолжительностью хранения менее четырёх-шести часов». Новая батарея будет задействована для интеграции всё возрастающих объёмов солнечной генерации в штате Калифорния и повышения надежности региональной энергосистемы.

Gateway Energy Storage, по-видимому, является крупнейшим среди действующих накопителей энергии на основе батарей в мире.

Нидерланды

В Нидерландах введена в эксплуатацию инновационная гибридная система накопления энергии, состоящая из литий-ионных аккумуляторов производства швейцарской компании Leclanché и механических накопителей (маховиков) от голландского разработчика S4 Energy.

Литий-ионные батареи мощностью 8,8 МВт и ёмкостью 7,12 МВт*ч работают вместе с шестью маховиковыми системами KINEXT общей мощностью 3 МВт. Мощность объекта в размере 9 ГВт используется голландским системным оператором TenneT для поддержки стабилизации частоты в энергосистеме. Как отмечают разработчики проекта, дополнение литий-ионных аккумуляторов маховиками позволит продлить срок службы батарей как минимум до 15 лет и повысит ценность системы в целом для TenneT.

По данным S4 Energy, KINEXT обладает массой 5000 кг и раскручивается до скорости 950 км/ч. Эффективность устройства достигает 92%. Скорость отклика менее 20 миллисекунд.

Голландия, которая несколько последних десятилетий опиралась на природный газ, быстро наращивает мощности ВИЭ. Например, солнечная энергетика страны выросла по итогам 2019 г до 7 ГВт, а офшорные ветровые электростанции к 2030 году будут вырабатывать 40% электроэнергии. В этих условиях эффективные системы накопления энергии, конечно, являются хорошим подспорьем для системных операторов.

Россия

Энергозапас - российская компания, которая разрабатывает твердотельные аккумулирующие электростанции (ТАЭС) для промышленного накопления энергии. Принцип работы ТАЭС основан на потреблении электроэнергии для поднятия грузов на высоту нескольких сотен метров и ее выработке при опускании грузов под действием силы тяжести. В отличии от гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), ТАЭС не требуется источника воды и перепада высот.

Компания «Энергозапас» построила прототип станции и проектирует опытно-промышленную ТАЭС мощностью 2 МВт, которую планирует запустить в 2021 году. Технология позволяет создавать промышленные накопители емкостью от 300 МВт·ч.

ИСТОЧНИКИ: