Разработка алгоритма оптимальной расстановки накопителей электроэнергии и принципа организации управления ими

Как известно, накопители электроэнергии в сети позволяют решить множество задач. Начиная с прямой функции – запасания электроэнергии на случай аварии, и заканчивая регулированием графика нагрузки, регулированием частоты и компенсацией реактивной мощности.

В Прогнозе научно-технологического развития отраслей ТЭК России на период до 2035 года (от 14 октября 2016 г.) указано, что накопители электроэнергии являются критически важной технологией для развития энергетики на базе возобновляемых источников энергии, так как они позволяют освободить базовую зону графика электрических нагрузок от влияния ВИЭ, и таким образом повысить эффективность традиционных энергоустановок, ее покрывающих, а энергию от ВИЭ использовать на покрытие пиковой зоны этого графика, то есть повысить ценность ВИЭ, избавляя от проблемы их стохастического поведения. Программный документ «Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью» (одобрен на заседании НТС ПАО «ФСК ЕЭС» и Российской академии наук в октябре 2011 г.) содержит пункты, гласящие, что накопители являются одной из важнейших компонент активно-адаптивной сети, так как выполняют множество функций, в их числе выравнивание графика нагрузки в сети, повышение устойчивости нагрузки, обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов.

Согласно «Дорожной карте» EnergyNet суммарный объем рынка сетевых накопителей целевых стран (стран с быстро растущим потреблением электроэнергии) вырастет с $200 млн. в 2014 году, до $18700 млн. уже к 2023 году, то есть более чем в 90 раз. Также в данном документе указано, что внедряемые технологии "интернета энергии" позволяют формировать микросети, полуавтономные и автономные системы с использованием распределенной газовой генерации, включая технологию «гибридного генератора», то есть использования генератора совместно с накопителем с целью выравнивания графика нагрузки генератора. Таким образом, накопители – быстрорастущий инновационный рынок с низким барьером вхождения по сравнению с традиционными энергетическими отраслями, что особенно актуально для России.

Ввиду относительной дороговизны накопителей имеет смысл рассмотрение совместного использования и управления накопителями потребителями одного энергорайона. При этом требуется разработка алгоритма для расстановки накопителей, а также организации принципа управления ими для достижения следующих возможных целей:

  • - минимизация числа и длительности отключений потребителей в случае возникновения различных аварийных ситуаций;
  • - минимизация числа электрооборудования (трансформаторы, линии), требующего замены по причине токовой перегрузки в аварийных режимах;
  • - минимизация потерь в электрической сети за счет выравнивания графика нагрузки и поддержания напряжения в узлах схемы;
  • - наиболее экономически выгодное управление режимами потребления и выдачи накопителями электроэнергии с учетом различных тарифов в разное время суток.

В данном проекте предполагается моделирование работы накопителей электроэнергии в тестовых и реальных энергосистемах с учетом интересов различных участников (потребителей и сетевой компании) с выработкой соответствующих рекомендаций по их использованию.

Тематика Энергопрорыв-2018: «Microgrid vs. линии электропередач (Улучшающие технологии)»

Рейтинг проекта +40

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

В чем нуждается проект

Получение актуальных сведений о разрабатываемых накопителях отечественного производства, финансирование.

Комментарии

Александр Кацай

Коллеги, добрый день. Наша команда разрабатывает накопитель энергии для микрогрид. Предлагаем обсудить возможность соорганизации наших разработок.
С уважением,
Александр

Андрей Поддубный

Спасибо за комментарий. В случае если Вы предоставите параметры Вашего накопителя, мы оценим возможность его применения в разрабатываемом алгоритме.

Ответить +1 27 июня в 23:04
Alexander Katsay

Проект есть на моей страничке на этом портале.

Ответить 0 27 июня в 23:11
Ответить 0 27 июня в 23:11
Александр Кацай

Андрей, добрый день. Удалось посмотреть материалы по нашему проекту?

Андрей Поддубный

Александр, здравствуйте. Да, мы ознакомились с вашим проектом. Можно использовать ИБП на базе накопителя кинетической энергии в рамках сглаживания графика нагрузки. И мы рассмотрим их использование, если окажется, что они экономически выгоднее, чем электрохимические накопители на базе литий-ионных аккумуляторов.

Ответить 0 15 июля в 12:02
Александр Кацай

Да, сглаживание нагрузки - одна из базовых сфер использования маховичных накопителей энергии. Для систем с резко переменным графиком нагрузки с большим количеством циклов (например, 10 и более циклов в сутки) использование химических аккумуляторов невозможно в силу их низкого ресурса (у литиевых, например, это 3-4 тыс. циклов заряд-разряд за весь срок службы, поэтому их пришлось бы менять в таких системах на новые каждый год). Также практически все химические аккумуляторы не приспособлены к работе в пиковых режимах нагрузки, т.е. резко теряют ресурс в системах с т.н. пиковой (или ударной) нагрузкой.
У всех химических накопительных систем есть жёсткие диапазоны по обеспечению температурного режима для батарей, которые нужно строго соблюдать для обеспечения заданного срока службы. Маховичные накопители работают в существенно более широком климатическом диапазоне, затраты на обеспечение климат-контроля у них практически отсутствуют.
Общий установленный срок службы маховичных накопителей примерно в два раза выше, чем у самых продвинутых накопителей с АКБ.
Ну и, цена играет роль. Например, цена установки литиевого аккумуляторного накопителя одинаковой мощности с маховичным, примерно, в 1,5-52 раза выше, чем маховичного накопителя такой же мощности.
В системах, где имеются комбинированные нагрузки (пиковые и постоянные по мощности), конечно, эффективным будет применение двух типов накопителей - маховичных для снятия пиков нагрузки, и аккумуляторных - для покрытия постоянного по уровню мощности периода потребления.
Это, вкратце, описание сравнительной эффективности этих двух типов накопителей энергии.
Нам бы хотелось ознакомиться с общим описанием возможности вашего алгоритма чтобы понять, как он может решать задачу по расстановке накопителей энергии в разных точках энергосистем потребителей. Также было бы хорошо ознакомиться с примером такого рода расчёта.

Андрей Поддубный

Алгоритм находится в стадии разработки, поэтому и участвует в конкурсе как проект по актуальному и лично для нас интересному направлению. Примерные целевые критерии приведены в описании заявки. По мере получения результатов обязательно свяжемся и предоставим примеры расчетов для получения обратной связи.

Ответить 0 17 июля в 00:29
Викентий Мельников

Соглашусь, сглаживание резкопеременной нагрузки основное применение таких накопителей. Применение в качестве резерва мощности долгосрочного (даже 10 мин), а также уж тем более для сглаживания суточного графика нагрузки является странной затеей, т.к. они обладают большим саморазрядом (до 5% в месяц литий-иона им далеко... очень).
Литий-ион хорошо переносит большие токи, только нужно соответствующую энергоемкость подобрать: при необходимости выдать мощность 1000 кВт, если допустимая кратность тока 3С, необходимо около 350 кВтч энергоемкости накопителя. А если кратковременно (до 10 сек.) это нужно сделать, то он и 5С и даже больше сможет отдать (производители предоставляют кривую). При этом есть технологии для большой мощности до 8-10С (литий титанат). Плюс в том, что система на базе электрохимических современных АКБ является малообслуживаемой и не обладает вращающимися частями. По необходимости поддержание температуры - согласен, но этот вопрос решаемый.

Ответить +1 вчера в 12:08
Александр Кацай

Согласен с Вашей оценкой химических аккумуляторов, в частности, литий-ионных, как обладающих малой удельной мощностью на единичный накопительный элемент. Другими словами, такие агрегаты обладают низким соотношением мощности к энергоёмкости. В указанном Вами гипотетическом примере (импульс мощностью 1000 кВт при энергоёмкости накопителя 350 кВтчас) это соотношение составит всего лишь <2,86. Наш агрегат НКЭ-3Г имеет соотношение своей выходной мощности к энергоёмкости 50. Другими словами, чтобы в системе с резко переменной нагрузкой выдать кратковременно большую мощность нужно значительно наращивать энергоёмкость литиевых аккумуляторов. Т.е. кратно увеличивать и капитальные, и эксплуатационные затраты потребителя. Разумеется, такое потребителю не нужно. И это показали отечественные энергетики в ходе подготовки к зимней олимпиаде 2014 г., когда им предложили установить такие мегаваттные литиевые накопители, а их цена оказалась настолько заоблачной, что даже сами предложившие такой вариант с накопителями люди из мобильных ГТЭС почти сразу предложили заказчикам с этим не связываться, а сделать дополнительный резерв газотурбинный (говорят, что через них пытался пробить свой неликвид Лиотех). Литиевые аккумуляторы могут использоваться только в системах с малым перепадом мощности в течение дня, например, в бытовых однофазных сетях. Да и там они крайне дороги.
Да, и следует разводить бесперебойный источник питания и резервный источник питания. Резервный, как правило, это ДГУ. Лучше и дешевле его пока ничего нет и вряд ли будет в ближайшие десятилетия. А время запуска и выхода на режим современного дизеля - 4-7 секунд. Для этого времени дорогой ИБП на ХИТ с малым циклическим ресурсом и с большим запасом энергии не требуется.
И как показали ресурсные испытания разных типов накопителей, "вращающиеся части" имеют больший ресурс (до 20-ти лет) и несут гораздо меньшие эксплуатационные затраты и затраты на ремонт, нежели обслуживание и замена ХИТ (контроль уровня разряда каждой банки, выход из строя непредсказуемый, необходимость поддержания наружной температуры, большие габариты и т.д.).

Ответить 0 вчера в 12:32

Добавление комментария