Перспективы крупных общесистемных накопителей энергии

ЦитатаНаиболее заманчивые возможности для применения аккумуляторов в краткосрочном или среднесрочном периоде лежат в области регулирования частоты, следования за нагрузкой и автономного производства электроэнергии. Поскольку перечисленные способы применения имеют наиболее высокую ценность, конкурентоспособность технологий аккумулирования электроэнергии увеличивается даже при высоком уровне затрат [304]. Кроме того, необходимость интеграции в энергосистему все большего объема крупных станций, работающих на ВИЭ, заставляет отрасль инвестировать в системы накопления энергии, что в свою очередь, приводит к усовершенствованию технологий и снижению их стоимости.  
Почти все международные исследования в области «чистой» энергетики указывают на особую роль промышленных накопителей энергии. Небывалый 50%-ный рост рынка накопителей, не относящихся к ГАЭС, в 2016 году говорит о перспективе повсеместного распространения аккумуляторов в ближайшие годы [305]. Общая мощность установленных накопителей энергии для стабилизации работы сети и вспомогательных услуг (ancillary services), по прогнозам американской консалтинговой компании Navigant Research, достигнет 93,8 ГВт к 2026 году [306].
В Планах мероприятий по развитию ВИЭ в некоторых государствах значится и развитие гидроаккумулирующих станций, например, в Индонезии (3 ГВт к 2025 году) и в Испании (8,8 ГВт к 2020 году) [307].
Гидроаккумулирующие станции, самые крупные из доступных систем накопления энергии, будут и впредь лидером среди общесистемных накопителей энергии.
Департаментом энергетики США запущен сайт с интерактивной картой, на которой можно увидеть существующие и анонсированные проекты в области аккумулирования энергии с разбивкой по технологиям накопления энергии и их вместительностью, датой запуска проекта и источниками финансирования. По состоянию на июнь 2017 года, с 2017 по 2020 годы анонсировано и/или законтрактовано 18 крупных проектов по строительству общесистемных накопителей энергии общей установленной мощностью более 1,17 ГВт. Еще семь гидроаккумулирующих установок общей мощностью 5,95 ГВт строятся [308].
Семь проектов из 17 планируются к запуску в США. Это связано, прежде всего, с насущной необходимостью аккумулирования энергии при неконтролируемом распространении ВИЭ в Калифорнии и других штатах, а также с политикой государства. Комиссия по ЖКХ Калифорнии (California Public Utilities Commission, CPUC) обязала частные энергокомпании до 2020 года обзавестись крупными аккумуляторами энергии, объем которых пропорционален мощности располагаемых ими генерирующих установок. Например, компания San Diego Gas & Electric (SDG&E) должна приобрести накопители энергии на 165 МВт. В апреле 2017 года SDG&E объявила сооружении пяти местных систем литий-ионных накопителей энергии, рассчитанных на 4 часа работы, общей мощностью 83,5 МВт. Объекты будут построены компаниями AESEnergy Storage и Renewable Energy Systems Americas Inc. (RES).[309]
В Европе продолжаются попытки по повышению эффективности аккумулирования энергии в виде сжатого воздуха, в том числе по освоению адиабатической технологии. В рамках проекта RICAS 2020 европейские ученые и инженеры при поддержке ЕС проводят в Норвегии испытания нового типа хранилища энергии в пещерах со сжатым воздухом, эффективность которых должна почти вдвое превзойти современные аналоги, которые теряют большую часть потенциальной энергии, потому что не обладают системой хранения тепла, вырабатываемого на этапе сжатия воздуха. Участники проекта RICAS 2020 надеются сократить эти потери, добавив в схему еще один элемент. Двигаясь вниз, в подземное хранилище, сжатый воздух, нагретый в процессе закачивания, проходит через отдельные пещеры, заполненные гравием, и отдает свое тепло камням. Затем, охладившись, он хранится в главной пещере. На обратном пути он нагревается от тепла камней и расширяется, а потом проходит через турбину, вырабатывающую электричество. Эффективность такой системы составит 70-80%, в отличие от 45-55% существующих хранилищ сжатого воздуха. Единственное условие, все же, должно выполняться - большие полости в толще земли уже должны существовать, поскольку выкапывать новые безопасные пещеры слишком дорого. [310]
Исследования RICAS 2020 планируют закончить к маю 2018 года. RICAS 2020 может стать первой успешной установкой продвинутой адиабатической системы хранения энергии.  
Перспективным направлением развития крупных накопителей энергии могут быть подводные накопители энергии. В настоящее время существует два проекта, направленных на скорейшую коммерциализацию промышленных подводных аккумуляторов: разработка Института ветроэнергетики и энергетической системной техники (Fraunhofer IWES) и разработка канадской компании Hydrostor. [311]
Разработка Института Fraunhofer осуществлена на основе открытия ученых Хорста Шмидта-Бёкинга (Horst Schmidt-Böcking) из Гёте-Университета и Герхарда Лютера (Gerhard Luther) из Университета Саарбрюккена. Проект StEnSea (Stored Energy in the Sea) осуществляется при поддержке Федерального министерства экономики и энергии (BMWi) Германии с 2013 года. [312] В проекте участвует строительный концерн HochTief, имеющий богатый опыт бетонных работ в самых разных условиях. Накопитель представляет собой бетонный шар диаметром 30 метров, устанавливаемый на морском дне. В полом корпусе сверху находится отверстие со встроенным турбонасосом (как у обычной наземной ГАЭС). При открытии клапана вода устремляется внутрь, приводя в действие турбину. «Накопление» энергии осуществляется путем откачивания из шара воды с помощью электрического насоса. Емкость накопителя линейно увеличивается с ростом глубины, на которой он размещается. По опубликованным данным проект становится экономически целесообразным при глубинах от 600-800 метров. На глубине 700 м шар диаметром 30 м обеспечивает емкость накопителя в 20 МВт*ч. [313] Первые удачные результаты были объявлены в феврале 2017, окончательные итоги будут объявлены летом 2017 года.
Внедрение энергосистем, основанных на стратегии вовлечения накопителей энергии, позволит создать экономичную, гибкую и отказоустойчивую низкоуглеродную энергосистему. [314]
Системный оператор Франции RTE в марте 2017 года представил исследовательский проект, получивший наименование RINGO, целью которого является интегрирование в энергосистему накопителей энергии таким образом, чтобы в отношении перетоков электроэнергии они действовали, как дополнительные ЛЭП, т.н. «виртуальные ЛЭП». Концепция «виртуальных ЛЭП» основывается на использовании накопителей энергии для снижения перегрузок в сети. Вместо строительства дополнительных ЛЭП в целях ликвидации перегрузок, вызванных ограничениями пропускной способности, в критических точках сети, связывающих электростанции с центрами потребления, будут размещены накопители электроэнергии. Проектом RINGO предусмотрена установка к 2020 году в пяти городах Франции емкостных накопителей мощностью 100 МВт каждый, вероятнее всего, на базе литий-ионных батарей. При решении указанных задач кроме проблем технического характера, RTE приходится учитывать законодательные требования. В настоящее время системный оператор не имеет права совершать отбор электроэнергии из электрической сети в целях ее накопления с последующей выдачей в сеть, т.к. эти действия могут рассматриваться как дестабилизирующие рынок в случаях отбора электроэнергии при низких ценах и выдаче ее в сеть при высоких ценах. Сейчас RTE может использовать накопители энергии на локальном уровне для управления перетоками электроэнергии, и только в случае баланса спроса и предложения как в момент отбора, так и во время выдачи электроэнергии в сеть. В настоящее время RTE ведет переговоры с национальным регулятором – Комиссией по регулированию энергетики (Commission der R égulation de l’Energie, CRE) по данному вопросу. Общая стоимость проекта оценивается в 100 млн. евро. [315]
Основной рост объема накопителей энергии прогнозируется в части интеграции ВИЭ с применением литий-ионных батарей. Ожидается, что ежегодный доход от аккумуляторов возрастет до 18 млрд. долл. США в 2023 году.[316] Одним и самых крупных запланированных проектов является парк батарей мощностью 4 ГВт в Квинсленде, Австралия, совмещенный с СЭС на 350 МВт. [317]
304. Energy Technology Perspectives 2014. IEA
http://www.iea.org/p…es2014.pdf
305. Tracking Clean Energy Progress. IEA. 2017
https://www.iea.org/…ss2017.pdf  
306. Прессрелиз Navigant research 01.03.2017 https://www.navigant…m/newsroom  
307. RENEWABLES 2016 globalstatusreport. REN21. 2016 http://www.ren21.net…_en_11.pdf  
308. Интерактивная карта Global Energy Storage Database
http://www.energysto…ualization  
309. Новости компании SDG&E 19.04.2017 http://sdgenews.com/…eliability  
310. В Норвегии строят улучшенный аккумулятор на сжатом воздухе. 30.03.2017. https://hightech.fm/…ir-storage  
311. Новость 25.11.2015 https://www.greentec…gy-storage  
312. Исследовательские проекты. Институт Fraunhofer IWES
https://www.energies…ensea.html  
313. Подводный накопитель энергии 13.11.2016 http://renen.ru/podv…l-energii/  
314. Energy Technology Perspectives 2014.
IEAhttp://www.iea.org/publications/freepublications/publication/EnergyTechnologyPerspectives2014.pdf  
315. Мониторинг СО ЕЭС 17.03– 23.03.2017. http://so-ups.ru/upl…gn_tso.pdf  
316. Battery Storage for Renewables: Market Status and Technology Outlook. IRENA. 2015 www.irena.org/Docume…t_2015.pdf  
317. Новости PV-Tech 20.04.2017. https://www.pv-tech.…pv-farm-in


Источник: Новые энергетические технологии (pdf)