СРАВНЕНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ГИБРИДНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

COMPARATIVE ANALYSIS OF ELECTRIC ENERGY STORAGE UNITS FOR HYBRID POWER PLANT

Kristina Kuznetsova

student, direction Electric Power Engineering and Electrical Engineering, Ugra State University,

Russia, Khanty-Mansiysk

Stanislav Dolinger

PhD, associate professor Polytechnic School, Ugra State University,

Russia, Khanty-Mansiysk

АННОТАЦИЯ

В настоящее время аккумулирование электроэнергии является важной задачей для обеспечения надежности энергосистемы и рационального использования генерирующих мощностей. Накопители электроэнергии широко применяются при производстве, передачи, распределении и потреблении электроэнергии. На каждом из этапов применяются свои виды накопителей, некоторые из которых рассмотрены в статье.

ABSTRACT

At present, electricity storage is an important task to ensure the reliability of the power system and the rational use of generating capacity. Electricity storage is widely used in electricity generation, transmission, distribution and consumption. At each stage, different types of accumulators are used, some of which are discussed in the article.

Ключевые слова: аккумулирование, накопитель, электрическая энергия.

Keywords: accumulation, storage, electrical energy.

Все большее распространение получают гибридные электростанции, на которых требуется аккумулировать избытки вырабатываемой электроэнергии. В данной статье произведен сравнительный анализ с целью выявления оптимального накопителя электроэнергии для гибридной электростанции.

К основным типам накопителей электроэнергии можно отнести:

• Батареи
• Маховики и супер-маховики
• Электрические конденсаторы и суперконденсаторы
• Сверхпроводящие магнитные катушки
• Гидроаккумулирующие станции

Широкое применение получили батареи разных типов, таких как:

• Литий-ионная батарея
• Свинцово-кислотная батарея
• Никель-кадмиевая батарея
• Серно-натриевая батарея
• Натрий-никель хлоридная батарея

Принцип работы данных батарей схож: энергия хранится в виде электрохимической энергии в наборе из нескольких ячеек, которые могут быть соединены последовательно или параллельно либо по смешанной схеме.

Литий-ионные аккумуляторные батареи получили широкое применение в электроэнергетических системах мира [1] в частности в домашней и портативной электронике. Данный тип накопителей имеет ряд преимуществ: они не нуждаются в обслуживании, имеют высокую энергоплотность и очень низкий саморазряд, также из литий-ионных аккумуляторных батарей можно создать аккумулятор любого размера и формы. К недостаткам: при их использовании возникает опасность взрыва либо возгорания, также срок службы таких батарей зависит от времени их использования, количество циклов разрядки и зарядки ограничено и по сравнению с другими типами накопителей низко.

Для более детального сравнения всех типов батарей их основные характеристики были сведены в таблицу 1.

Таблица 1 [4]

Сравнительный анализ разных типов батарей

Маховиковые накопители применяются для обеспечения непрерывной выдачи мощности и резервирования электроэнергии. У данного способа накопления электроэнергии есть свои преимущества: высокий КПД, надежность и долговечность, а также неограниченное число разряда и заряда [3]. Маховиковые накопители – экологически чистое устройство, способное выдавать большими порциями мощность в сеть. Недостатком такого способа аккумулирования электроэнергии являются большие потери, которых можно избежать, путем использования определенных материалов и способов, таких как: создание вакуума, использование магнитных подшипников и другие [2].

Супермаховики отличаются от маховиков накопителей некоторыми конструктивными особенностями, а именно рабочим телом, которое представляет собой катушку с намотанной на нее высокопрочной лентой или нитью. За счет чего КПД («КПД», коэффициент полезного действия) супермаховика достигает 98%-99%. Данная технология позволяет быстро накапливать электроэнергию и моментально отдавать ее в сеть [4]. Помимо этого, супермаховики отличаются высокой надежностью и большим количеством циклов «заряд-разряд». К недостаткам данного типа аккумулирования электроэнергии можно отнести относительно высокие постоянные потери, которые можно уменьшить аналогичными методами, описанными ранее при рассмотрении маховикового накопителя [4].

Суперканденсаотры до 10 Вт широко используются в бытовых электрических устройствах, что касается более мощных суперконденсаторов, то они разрабатываются для электромобилей. Данный накопитель электроэнергии имеет определенные преимущества, к ним можно отнести: быструю зарядку и разрядку, длительный срок службы, КПД около 95% [3], а также они практически не требуют технического обслуживания. Из недостатков можно выделить удельную емкость, которая ниже, чем у аккумуляторов, также напряжение на суперконденсаторе зависит от остаточного заряда.

Сверхпроводящие магнитные катушки отличаются своей способностью за короткое время заряжать и отдавать в сеть большое количество электроэнергии, помимо этого они имеют большой жизненный цикл [4]. К недостаткам сверхпроводящих магнитных катушек можно отнести их высокую стоимость и наличие сильных магнитных полей.

Гидроаккумулирующие станции используются для сглаживания нагрузок и обеспечения необходимой генерации электрической энергии в моменты пиковых нагрузок. Они отличаются большой емкостью, но в отличие от других типов накопителей имеют специфические требования к своему расположению.

Выбор типа накопителя электрической энергии зависит от множества факторов: технических, технологических, экономических, климатических и т.д. В гибридной электростанции важны такие характеристики накопителей как:

• максимальная мощность
• количество циклов «заряд-разряд»
• КПД

По результатам проведенного анализа установлено, что для гибридной электростанции оптимальным накопителем электроэнергии является маховик (супермаховик), который отличается высокой эффективностью и большим жизненным циклом. Помимо этого, стоит уточнить, что применение других накопителей электроэнергии в гибридной электростанции возможно.

Список литературы:

1. Извеков Е.А., Лакомов И.В., Грицинин Н.М., Васнев А.Н. Системы накопления энергии в электроэнергетических системах // Международная научно-практическая конференция — Актуальные направления научных исследований для эффективного развития АПК, 2020. — 127 с. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43950297 (Дата обращения: 23.02.2023)
2. Капен Т.А. Аккумулирование энергии маховичным способом // XXV Туполевские чтения (Школа молодых ученых) — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48207613 (Дата обращения: 23.02.2023)
3. Савина Н.В., Лисогурская Л.Н., Лисогурский И.А. Накопители электрической энергии как средство повышения надежности и экономичности функционирования электрической сети // Международный научно-исследовательский журнал — №2 (92) — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42405388 (Дата обращения: 23.02.2023)
4. Суслов К.В. Модели и методы комплексного обоснования развития изолированных систем электроснабжения: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 2019 — 42 с.