Хранение электрической энергии ( EES) - процесс преобразования электрической энергии из электрической сети в форму, которая может быть сохранена для преобразования обратно в электрическую энергию при необходимости.
Такой процесс позволяет производить электроэнергию либо при низком спросе, либо при низкой стоимости производства, либо из нерегулярных источников энергии и использовать ее в периоды высокого спроса, высокой стоимости производства, либо когда отсутствуют другие средства производства.
EES имеет множество применений, включая портативные устройства, транспортные средства и стационарные источники энергии. История стационарной EES берет свое начало на рубеже XX века, когда электростанции часто останавливались на ночь, а остаточные нагрузки на сети постоянного тока питались свинцово-кислотными аккумуляторами.
Предприятия коммунального хозяйства в конечном итоге осознали важность гибкости, которую обеспечивает накопление энергии в сетях, и в 1929 году была введена в эксплуатацию первая центральная станция для накопления энергии - Насосное гидроаккумулирующее устройство (PHS). Последующее развитие электроэнергетической отрасли и стремление к экономии за счет эффекта масштаба на крупных центральных электростанциях с их дополняющими и разветвленными сетями передачи и распределения электроэнергии привели к тому, что интерес к системам хранения электроэнергии сохранялся до сравнительно недавних лет.
До 2005 г. во всем мире использовалось более 200 систем PHS общей мощностью более 100 ГВт. Тем не менее, давление дерегулирования и экологические проблемы приводят к снижению инвестиций в основные объекты PHS, и интерес к практическому применению систем EES в настоящее время несколько возрождается по целому ряду причин.
Эти факторы в сочетании с быстрым ускорением темпов технологического развития во многих формирующихся ЕES и ожидаемым снижением удельных затрат делают их практическое применение весьма привлекательным в будущих временных рамках всего лишь в течение нескольких лет. Ожидается, что в ближайшем будущем уровень хранения увеличится на 10-15% от объема поставок в США и страны Европы, а в Японии - еще больше.
Неэффективность
EES крайне необходима для традиционной электроэнергетики. В отличие от любых других успешных товарных рынков, традиционные электроэнергетические отрасли имеют ограниченное количество хранилищ или вообще не имеют их вообще.
Системы передачи и распределения электроэнергии используются для простой односторонней транспортировки от удаленных и крупных электростанций к потребителям. Это означает, что электричество всегда должно использоваться именно тогда, когда оно производится. Однако спрос на электроэнергию в значительной степени варьируется в срочном порядке, ежедневно и сезонно, максимальный спрос может длиться лишь несколько часов в году. Это приводит к появлению неэффективных, перепроектированных и дорогостоящих установок.
EES позволяет отделить производство энергии от ее поставок, самостоятельного производства или закупки. Располагая в любой момент времени большими мощностями для хранения электроэнергии, проектировщикам систем необходимо будет строить только такие мощности, которые будут достаточны для удовлетворения среднего спроса на электроэнергию, а не пиковых потребностей.
Это особенно важно для крупных коммунальных генерирующих систем, например, атомных электростанций, которые по экономическим причинам должны работать практически на полную мощность. Таким образом, EES может обеспечить значительные преимущества, включая следующие преимущества, включая следование за нагрузкой, пиковую мощность и резерв на случай непредвиденных обстоятельств.
Обеспечивая резерв и распределенную нагрузку, EES может повысить суммарный КПД источников тепловой энергии при одновременном снижении выбросов вредных веществ. Кроме того, EES рассматривается как обязательная технология для систем распределенных энергоресурсов. Отложенные от традиционной энергосистемы, которая имеет крупные централизованные блоки, обычно устанавливаются на уровне распределения, близком к месту использования, и вырабатывают электроэнергию, как правило, в небольшом диапазоне от нескольких кВт до нескольких МВт.
EES рассматривается как устойчивая, эффективная, надежная и экологически чистая альтернатива традиционной энергетической системе. Система энергоресурсов претерпевает изменения, превращаясь в смесь централизованных и распределенных подсистем с более высоким и высоким проникновением EES. Однако в системах EES ожидаются более сильные колебания нагрузки и экстренные падения напряжения из-за меньшей мощности и более высокой вероятности повреждения линии, чем в традиционной энергосистеме. EES определено в качестве ключевого решения для компенсации гибкости электропитания и обеспечения бесперебойного электропитания в случае мгновенного падения напряжения в такой распределенной энергосистеме.
Более срочно системы EES имеют решающее значение для систем периодического возобновляемого энергоснабжения, таких как солнечные фотоэлектрические, ветряные турбины и волновые системы. Проникновение возобновляемых источников энергии может вытеснить значительные объемы энергии, производимые крупными традиционными электростанциями (15% Великобритании к 2015 году и 16% Китая к 2020 году в их национальных энергетических планах).
Однако неустойчивость и неконтролируемость являются неотъемлемыми характеристиками систем производства электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии. Такие недостатки стали основными препятствиями для широкого использования возобновляемых источников энергии и "зеленой" электроэнергетики. Очевидно, что подходящая EES может обеспечить важный (даже решающий) подход к решению проблемы неустойчивости возобновляемых источников энергии и непредсказуемости их производства, поскольку излишки могут храниться в периоды, когда прерывистая генерация превышает спрос.
Традиционная цепочка электроэнергии рассматривается как состоящая из пяти звеньев:
Поставляя электроэнергию в нужное время и в нужное место, EES находится на грани превращения в шестое звено, интегрируя существующие сегменты и создавая более отзывчивый рынок. Можно видеть, что потенциальные области применения EES многочисленны и разнообразны и могут охватывать весь спектр - от крупномасштабных, генерирующих и передающих систем до систем, связанных в первую очередь с распределительной сетью и даже "за пределами счетчика", на площадке потребителя.
- Хранение электроэнергии, произведенной в ночное время, для использования в периоды пикового спроса в дневное время, позволяет устанавливать цену производства в эти два периода и более равномерный коэффициент нагрузки для систем производства, передачи и распределения.
- Резервная служба: Резерв на случай непредвиденных обстоятельств относится к мощности, способной обеспечить электроэнергией потребительский спрос, если электростанция выйдет из строя. Прядильные резервы готовы мгновенно, а не прядильные и долгосрочные резервы готовы через 10 минут или более.
- Территориальный контроль: Это необходимо для предотвращения незапланированной передачи электроэнергии между различными коммунальными предприятиями.
- Регулирование частоты: Это позволит поддерживать состояние частотного равновесия в условиях регулярной и нерегулярной работы энергосистемы. Большие и быстрые изменения электрической нагрузки системы могут привести к повреждению генератора и электрооборудования заказчика.
- BlackStart: Это относится к блокам, способным самостоятельно запускаться для того, чтобы обеспечить электропитание системы передачи и помочь другим объектам в запуске и синхронизации с сетью.
Передача и распределение:
- Стабильность системы: Способность поддерживать все компоненты системы на линии электропередачи в синхронном режиме работы друг с другом для предотвращения сбоев в работе системы.
- Регулирование напряжения: Стабильное напряжение между концами всех линий электропередач может поддерживаться посредством регулирования напряжения.
- Отсрочка по активам: Это относится к отсрочке потребности в дополнительных транспортных мощностях путем дополнения существующих транспортных мощностей с целью экономии капитала, который в противном случае будет недоиспользован в течение многих лет.
- Энергетические услуги: Управление энергопотреблением позволяет клиентам достичь максимального уровня напряжения, перемещая спрос на энергию с одного раза в день на другой, что сокращает время на передачу энергии.