Перспективные требования к системам накопления электроэнергии

Обсуждения прошли 18 ноября в ходе онлайн-сессии «Перспективные требования к системам накопления электроэнергии» и круглого стола, состоявшихся в рамках Международной инженерно-технологической конференции ENERGYNET.CON 2020. Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» представляет обзор проектов участников, направленных на поиск совершенных технических решений в соответствии со всеми требованиями современного рынка.

Свои предложения по оптимальному управлению системами накопления представил «Сколковский институт науки и технологий». Заместитель директора Центра энергетических технологий Петр Воробьев предложил к обсуждению результаты исследований, проведенных им в соавторстве с научным сотрудником Тимуром Сайфутдиновым. Они касаются оптимизации параметров системы на примере графика зависимости деградации от числа циклов при различных глубинах циркуляции. Вывод, который делают авторы исследований: намеренное завышение размера накопительной батареи на начальном этапе при одновременном неглубоком циклировании технологически представляется наиболее оптимальным с точки зрения продления ее жизненного цикла. В работе рассматриваются два возможных сценария подбора батареи при реализации задачи сглаживания пиковой нагрузки — один и два пика в день при высоте пика 7 МВт и полной энергии 17 МВт/часов.

«Обычно при циклировании выбирают всю мощность на пик, а затем начинают быстро заряжаться, чтобы подготовиться к следующему пику. На самом деле это неправильно, и выясняется, что к окончанию жизни предельная емкость батареи достигается на покрытии пика», — сказал Петр Воробьев. По убеждению авторов исследования, дополнительный запас емкости с учетом деградации на последних этапах позволит поддерживать сервис батареи на должном уровне. В случае сценария с двумя пиками необходимость еще большего изначального запаса емкости обусловлена повышением нагрузки и как следствие — более высокой скоростью деградации батареи. В завершение Петр Воробьев отметил, что неучитывание всех этих факторов увеличивает стоимость операции циклирования в среднем на 15–25 процентов.

Заместитель генерального директора ООО «Энергозапас» Петр Кропотин презентовал вниманию коллег новую технологию пилотирования крупного накопителя электроэнергии по частям, работа которого строится на подъеме твердых грузов — принцип, положенный в основу гидроаккумулирующих электростанций. Внешне накопитель напоминает шахты, внутри которых происходит перемещение грузов, и представляет собой ветрозащищенную и сейсмоустойчивую конструкцию. На том, каким образом удалось развеять сомнения инвесторов относительно методов ее строительства, устойчивости и технико-экономической целесообразности, Петр Кропотин остановился подробно: «Мы начинали с грузов весом в 40 килограмм, и далее повышали до 1 тонны, сводя все к промышленной ячейке, где предусмотрено использование 60-тонных грузов. Параллельно разрабатываются и проходят испытания в реальном времени боевые образцы для уже готовой промышленной технологии. Так, благодаря наличию экспериментально-показательной базы, мы обрастаем инструментами для убеждения инвесторов».

Летом будущего года компания «Энергозапас» намерена построить часть накопителя высотой 15 метров и нагрузить его домкратами в расчете на 300 метров высоты и весом груза 60 тонн. Кроме того, в экспериментальном образце будет задействована вибрирующая платформа, имитирующая сейсмическую активность, а сам процесс строительства планируется вести при помощи специальных роботов. Отметим, что по своим параметрам емкости, которые начинаются от 20 МВт и выше, данный накопитель стоит в одном ряду с гидроаккумулирующими станциями. Но на вопрос о конкурентном преимуществе нового проекта Петр Кропотин ответил, что он изначально не рассматривался как альтернатива ГАЭС, более целесообразных в случае рек и водоемов. Основное преимущество в сравнении с геологически обусловленными ГАЭС состоит в технологичности возведения предлагаемого решения, буквально сводимого к созданию план-графика, который можно отслеживать онлайн.

Обзор различных систем накопления продолжили доклады, посвященные созданию прототипа криогенного накопителя, перспективы применения стационарных гибридных систем накопления энергии и пост-литиевых электрохимических источников тока.

В частности, руководитель направления энергетических решений ООО «Инэнерджи» Андрей Усенко затронул вопрос объединения в работе литий-ионных и проточных батарей. Главный тезис в пользу высокой эффективности предлагаемой гибридной системы накопления — в синергии, достигаемой за счет эксплуатации разных видов накопителей, и в достижении высокой степени гибкости, адаптируемой практически под любые запросы заказчика относительно мощности, энергоемкости и более низкой стоимости.

Главный технолог ООО «НТЦ «Экопромтех» Алексей Маркелов представил результаты разработки экспериментального образца криогенной системы накопителя (КСНЭ) для сетевых компаний, объектов генерации и потребителей, разработанный его компанией совместно с группой компаний «Инпром Атом», производственной компанией «ОКБТМ» и Фондом содействия инновациям. Суть технологии заключается в использовании нестандартного для криогенной техники подхода — возврата холода в цикл ожижения, благодаря чему достигаются высокая степень ожижения наряду с низкими удельными затратами. Основным эффектом данного проекта наряду с увеличением доли возобновляемых источников в энергосистеме стало сокращение выбросов в атмосферу на 1 кВт генерации для традиционных видов топлива.

Профессор Сколковского института науки и технологии Артем Абакумов рассказал о тенденциях развития и будущем литий-ионных накопителей. В частности, был затронут вопрос стоимости киловат·часа запасенной электроэнергии. Было отмечено, что в этом плане литий-ионные батареи представляют лучшую альтернативу среди существующих на сегодняшний день. Но вместе с тем небольшие запасы лития на земле и ценовая нестабильность на мировом рынке вызывают высокую неопределенность в плане долгосрочного планирования. Решение данной проблемы, отметил спикер, заключается в замене лития на его химический аналог, натрий, при использовании которого сохраняется тот же принцип, который действует в технологиях литий-ионных батарей. Основная задача этого перехода — разработка новых электроактивных материалов.

Об условиях конкурентоспособности российских систем накопления электроэнергии на рынке говорили участники конференции во время круглого стола.

Борис Мурашев, представляющий компанию «Россети Центр» (публичное наименование — ПАО «МРСК Центра»), рассказал, что в настоящее время компания реализовала два проекта по установке систем накопления на основе литий-ионных батарей — на территории Владимирской и Белгородской областей. Он отметил, что при выборе площадок компания руководствовалась наличием социально-значимых объектов и необходимостью поддержания качества электроснабжения потребителей. В перспективе «Россети Центр» намерен установить по одному накопителю в каждом регионе своего присутствия и помимо литий-ионных применять также и проточные батареи. Отвечая на вопрос, какие технологии и механизмы будут способствовать развитию СНЭ в электросетевых компаниях помимо литий-ионных батарей, в которых Россия достаточно успешно конкурирует с мировыми производителям, Борис Мурашев отметил, что таким катализатором является совершенствование законодательства: «Речь идет о законодательных ограничениях для сетевых компаний. Если эти ограничения будут сняты в симбиозе с возобновляемыми источниками энергии, то компании получат дополнительные возможности для реализации данных проектов».

Елена Колосок, представляющая Фонд стратегического развития энергетики «Форсайт», обозначила свое видение проблем, возникающих в связи с применением СНЭ, с точки зрения потребителя: «Когда в составе микрогрида имеется накопитель, то он срезает пик. Здесь необходимо четко понимать, какой это пик — максимума энергосистемы, когда оплачивается генерирующая мощность, либо мы срезаем пик собственного потребления для того, чтобы минимизировать плату за сетевую мощность. Для достижения экономического эффекта от накопителя необходимо управление зарядом». По мнению Елены Колосок, применение СНЭ категорически невозможно без системного интеллектуального энергоменеджмента, задача которого — в исследовании областей наибольшей эффективности применения накопителей.

Представлявший ранее на пленарной сессии перспективы развития пост-литиевых электрохимических источников тока Артем Абакумов из Сколковского института науки и технологии, признался, что как представитель науки разочарован сегодняшними направлениями разработок российских научных организаций в области СНЭ с точки зрения их будущего. Он отметил, что для новых технологий на более высоком уровне требуются гораздо более существенные ресурсы, чем мы имеем в России сейчас: «В настоящее время в китайском институте China Automotive Battery Research Institute, который занимается разработкой литий-ионных накопителей для аккумуляторов для автомобильной промышленности, установлена опытная линия производством 250 МВт/год. Мы же говорим о том, что если нам дадут рынок 300–500 МВт в год, то будем счастливы».

Подводя итог дискуссии, модератор, руководитель департамента энергетики ООО «ЛИТЕКО» Борис Аблазов, назвал ее результаты оптимистичными: «Все участники отметили цену как один из важнейших факторов конкурентоспособности. Помимо набора технических характеристик и их соответствия лучшим мировым аналогам по результатам обсуждения стало понятно, что одним из ключевых факторов конкурентоспособности является понятие жизненного цикла. Имеется в виду важность поддержки потребителей со стороны поставщиков на всех этапах — начиная от замысла, разработки проекта и его инжиниринговой части до поставки и сервиса». Он добавил, что работа по направлению встраивания СНЭ в действующее законодательство, о которой также говорили участники дискуссии, представляет отдельное большое поле для развития конкурентоспособности российских производителей на мировом рынке.