Технології накопичення енергії в електромережі - PDF скачати безкоштовно
Тімоті Пейті, ABB Швейцарія, Дослідницький центр 14 травня 2013 р. Технології накопичення енергії в електромережі 15 травня 2013 р. Слайд 1
Наступні 30 хвилин огляду програм, чому зберігання енергії? Технології, як можна накопичувати енергію? Насос акумуляторних батарей Адіабатичний накопичувач стисненого повітря Управління енергією у кінцевого споживача Висновки 15 травня 2013 р. Слайд 2
Виклики сучасних електромереж Що може сприяти технологія? Драйвер/тенденція Проблеми, які потрібно вирішити Технології Далеке покоління Децентралізоване покоління Нестабільність генерації Транспорт енергії; Ємність мережі; Двонаправлена розподільна мережа Акумулювання енергії Високовольтна передача постійного струму (HVDC); > Передача 2 ГВт; ФАКТИ; Контроль та захист розподільчих мереж Електричні: Насос, акумулятори; Термоелектрична пам’ять; Електронні автомобілі (?) Нестабільність генерації Зростаючий попит на енергію Гнучке управління навантаженням Енергоефективність Розумна мережа (активний попит); Більш гнучка ефективність виробничої мережі; Промислова енергоефективність; GW Giga Watt, FACTS гнучка система передачі змінного струму
Застосування систем накопичення енергії () Центральне виробництво Зберігання великої кількості енергії Балансування навантаження На виробничій стороні 100 МВт, 4 години резерву підтримки підстанції/живильної мережі У разі відмови лінії 10-100 МВт, 0,25-1 год 220 кВ високовольтне навантаження лінії 20 кВ 220 кВ Розподілене виробництво Інтеграція відновлюваних джерел енергії 1-100 МВт, 10 год. Балансування навантаження Для затримки лінійних інвестицій 1-10 МВт, 6 год. Важкої промисловості 20 кВ 110 кВ 110 кВ 20 кВ мережеве регулювання частоти кільцевих мереж 1-50 МВт, 0,25-1 год. Обмеження пікового навантаження 0,5-10 МВт, 1 год. Управління енергією у кінцевого споживача 15 травня 2013 р. Слайд 4
Технології накопичення енергії Механічна термодинамічна електрохімічна електромагнітна гравітаційна помпа Накопичувач Кінетичний маховик Тепло Термоелектричний тиск Стиснене повітря (CAES) Акумулятори Свинцево-кислотні Ni-Cd NaS Літій Металеві - Повітряні клітини Ванадій ZnBr Гідрогенний електролізер і паливна комірка Потужність до газу Електричний конденсатор Магнітний суперконденсатор Магнітний суперконденсатор Магнітний суперконденсатор Магнітний надконденсатор 15, 2013 Слайд 5 Адіабатичний CAES
Застосування систем накопичення енергії Центральне виробництво Зберігання великих обсягів енергії Балансування навантаження На виробничій стороні 100 МВт, 4 години резерву підтримки підстанції/живильної мережі У разі відмови лінії 10-100 МВт, 0,25-1 год 220 кВ високовольтне навантаження лінії 20 кв 220 кВ Розподілене виробництво Інтеграція відновлюваних джерел енергії 1-100 МВт, 10 год Балансування навантаження Для затримки лінійних інвестицій 1-10 МВт, 6 годин важкої промисловості 20 кВ 110 кв 110 кВ 20 кВ мережеве кільцеве регулювання частоти 1-50 МВт, 0,25-1 год обмеження пікового навантаження 0,5-10 МВт, 1 год управління енергією для кінцевого споживача 15 травня 2013 Слайд 6
Накопичення енергії в електромережі (2012) Накопичувач насосів 127 000 МВт Більше 99% загальної ємності накопичувача Стиснене повітря, 440 МВт натрій-сірчані батареї, 316 МВт літій-іонні батареї, 88 МВт свинцево-кислотні батареї, 50 МВт маховики, 25 МВт окисно-відновлювальні батареї, 5 МВт 15 травня 2013 Слайд 7 Джерело: Інститут Фраунгофера, EPRI, пр. Нац. Наук. 19 (Chen et.al), ФІГ
Накопичувач насосів: домінуюча технологія Зберігання гравітаційної енергії Налагоджена та ефективна технологія Найчастіше застосування (2012): Управління навантаженням на виробництві У конкуренції з газовими електростанціями Нижній резервуар Верхній резервуар Електромеханічні машини 1060 МВт, 8 год PHS Goldisthal (D) Властивості накопичувача насоса Ефективність 80% Тривалість подачі Вихідні капітальні витрати (система 500 МВт) Найбільші години недоліків (до днів) 10 МВт до 1 ГВт 1500-2000 $/квт (розширення 650-850 $/квт) Географічно обмежено 15 травня 2013 р. Слайд 8
Застосування систем накопичення енергії Центральне виробництво Зберігання великих обсягів енергії Балансування навантаження На виробничій стороні 100 МВт, 4 години резерву підтримки підстанції/живильної мережі У разі відмови лінії 10-100 МВт, 0,25-1 год 220 кВ високовольтне навантаження лінії 20 кв 220 кВ Розподілене виробництво Інтеграція відновлюваних джерел енергії 1-100 МВт, 10 год Балансування навантаження Для затримки лінійних інвестицій 1-10 МВт, 6 год. Важкої промисловості 20 кв. 110 кв. 110 кв. 20 кВ мережеве кільцеве регулювання частоти 1-50 МВт, 0,25-1 год. Обмеження пікового навантаження 0,5-10 МВт, 1 год. Управління енергією для кінцевого споживача 15 травня 2013 р. Слайд 9
Батареї для розподіленого накопичення енергії Зберігання у вигляді хімічної енергії, багато різних типів акумуляторів Висока енергія та щільність потужності Швидка реакція та здатність до перемикання (між зарядкою та розрядом) Тенденція: контейнерні рішення Типові властивості акумулятора Ефективність> 80% Тривалість подачі вихідних даних Капітальні витрати (500 Установка МВт) Найбільший недолік 1-10 годин 1-50 МВт 2500 $/кВт Лінійне масштабування (без економії розміру) 34 МВт, 245 МВт-год натрієво-сірчаної (NaS) установки для ВЕС 51 МВт (Японія) 15 травня 2013 Слайд 10
Топологія систем зберігання акумуляторів (B) Battery + - U Converter DC AC U PCS Transformer AC grid U AC 15 травня 2013 Слайд 11
Інтеграція відновлюваних джерел енергії: Забезпечення потужності вітрогенератора Futamata потужністю 51 МВт з натрієво-сірчастими акумуляторами потужністю 34 МВт, в мережі з 2008 року, Japan Wind Development Co. 15 травня 2013 Слайд 12
Майбутня альтернатива інтеграції відновлюваних джерел енергії: Адіабатична система зберігання стисненого повітря Одночасне зберігання тиску (стисненого повітря) і тепла Перевага: Відсутність спалювання природного газу (на відміну від попередніх систем зберігання стисненого повітря) Екологічна система зберігання стисненого повітря адіабатичним - властивості Ціль: ККД: 70% тривалості подачі (Система 500 МВт) Найбільш важкі дні 50-500 МВт цільова ціна: 1500 $/квт Географічно пов'язаний проект ADELE: 90 МВт, 4-годинний демонстратор у Страсфурті (D) з RWE, GE, Цюбліном та DLR Джерело: www.rwe.com, травень 15, 2013 Слайд 13
Застосування систем накопичення енергії Центральне виробництво Зберігання великих обсягів енергії Балансування навантаження На виробничій стороні 100 МВт, 4 години резерву підтримки підстанції/живильної мережі У разі відмови лінії 10-100 МВт, 0,25-1 год 220 кВ високовольтне навантаження лінії 20 кв 220 кВ Розподілене виробництво Інтеграція відновлюваних джерел енергії 1-100 МВт, 10 год Балансування навантаження Для затримки лінійних інвестицій 1-10 МВт, 6 год. Важкої промисловості 20 кв. 110 кв. 110 кв. 20 кВ регулювання частоти кільцевої мережі 1-50 МВт, 0,25-1 год. Обмеження пікового навантаження 0,5-10 МВт, 1 год. Управління енергією для кінцевого споживача 15 травня 2013 р. Слайд 14
Регулювання частоти Баланс між споживанням та виробництвом електроенергії повинен бути завжди гарантованим. Це досягається за рахунок резервного живлення, яке може використовуватися для реагування на зміни частоти мережі. 15 травня 2013 р. Слайд 15
Літій-іонна акумуляторна система накопичення енергії Літій-іонна батарея для регулювання частоти (та інших застосувань) Підстанція Лос-Анд в Чилі, розмір: 12 МВт/4 МВт-год, ефективність змінного та змінного струму 80% Постачальник: A123, будівництво: 2009 15 травня 2013 Слайд 16
Пілотний проект літій-іонної акумуляторної системи зберігання енергії 1 МВт (15 хв.), Оператор мережі: EKZ, Швейцарія, Зоннтагс-Цайтунг, 18 березня 2012 р. 15 травня 2013 р. Слайд 17
Застосування систем накопичення енергії Центральне виробництво Зберігання великих обсягів енергії Балансування навантаження На виробничій стороні 100 МВт, 4 години резерву підтримки підстанції/живильної мережі У разі відмови лінії 10-100 МВт, 0,25-1 год 220 кВ високовольтне навантаження лінії 20 кв 220 кВ Розподілене виробництво Інтеграція відновлюваних джерел енергії 1-100 МВт, 10 год Балансування навантаження Для затримки лінійних інвестицій 1-10 МВт, 6 год важкої промисловості 20 кВ 110 кВ 110 кВ 20 кВ мережеве кільцеве регулювання частоти 1-50 МВт, 0,25-1 год обмеження пікового навантаження 0,5-10 МВт, 1 год управління енергією для кінцевого споживача 15 травня 2013 Слайд 18
Самоспоживання з використанням фотоелектричної батареї та концепції акумуляторної системи 1. Під час «непікового» надлишок електроенергії накопичується в батареях. à Акумулятор заряджається. 2. Під час піку електроенергія подається від акумулятора та фотоелектричної системи. à Акумулятор розряджається. 15 травня 2013 р. Слайд 19 Самоспоживання за допомогою акумуляторної системи (джерело: Prosol, 2013 р.)
Бізнес-ситуація для Німеччини Операційні доходи та витрати Операційні доходи Ціна на електроенергію (2012 р.) = 25,9 кт/кВт-год. 1 подавальний тариф = 18,2 кт/кВт-год. 2 Економія витрат = 7,7 кт/кВт-год. Витрати на кВт-год = 800 EUR/кВт-год. Ємність акумулятора = 5 кВт-год (приблизно 3 кВт-год/день, включаючи старіння батареї). Загальні витрати = 4000 EUR Середнє споживання електроенергії на домогосподарство за рік = 4000 кВт-год/рік. 3 Додаткове самоспоживання = 1000 кВт-год/рік (
2,7 кВт-год/добу). à термін погашення => 50 років річний операційний дохід = 7,7 карат/кВт * 1000 кВт * = 77 євро/рік. Джерела: 1 BDEW, 2012 р., 2 Закон про відновлювані джерела енергії (ЕЕГ), пропозиція 23 лютого 2013 р. (1 год.) Свинцева кислота (середній час розряду) натрій-сірка (довгий час розряду, 5-8 год.) Майбутні системи накопичення енергії повинні включати термодинамічні технології (адіабатичні) системи зберігання стисненого повітря травень 15, 2013 Слайд 23
Чи вигідний домашній акумулятор? Збільшення самоспоживання при накопиченні енергії граничної граничної потужності/рентабельності ціна на електроенергію порівняно з різницею в ціні подачі (межа рентабельності) витрати акумулятора для межі рентабельності 0,10 євро/кВт-год/цикл: Примітка: ефективність системи та дисконтування не враховуються. 15 травня 2013 р. Слайд 25
Технології зберігання 10 год Натрій-сірчане стиснене повітря (CAES) Час роботи [хв] 1 год Ванадієві окислювально-відновні хімічні батареї Свинцево-кислотні акумулятори Термоелектричне накопичувач (TEES) Накопичувач насоса Літій-іонний 10 хв Маховики 100 кВт 1 МВт 10 МВт 100 МВт 1000 МВт пікова потужність [МВт]
Система накопичення енергії акумулятора Ni-Cd Лінія електропередачі 100 МВт Ni-Cd батареї Перетворювач Healy Лінія електропередачі 140 МВт Fairbanks B Специфікація: 40 МВт на 7 хв (4,7 МВт-год) 27 МВт на 15 хв (6,75 МВт-год) Ефективність змінного та змінного струму 75% ресурсу батареї: 20 років підключений до лінії 138 кВ Застосування: Резервна потужність у разі виходу з ладу лінії електропередачі Обертальна компенсація резервної потужності Golden Valley Electric Association, США, в експлуатації з 2004 р. 15 травня 2013 р. Слайд 27
Натрієво-сірчана (NaS) акумуляторна система Токійська електроенергетична компанія Підстанція Цунасіма 6 МВт/48 МВт-год. 15 травня 2013 р.
Термін служби циклу та календаря (A-) Зберігання насосів CAES, ETES Цикл та термін служби календаря мають великий вплив на прийняття споживачем та витрати на накопичену електроенергію 15 травня 2013 р. Слайд 29
Висновки Існують різні програми, кожна з яких має певний економічний чинник. Найбільш важливими з них є: Управління навантаженням на виробництві Інтеграція відновлюваних джерел енергії Серед технологій зберігання накопичувач насосів часто є найбільш економічним рішенням (якщо немає геологічних або інших обмежень) Якщо немає можливості зберігання насосів, в наш час системи батарей часто є найкращою альтернативою. Трьома найважливішими технологіями є: іони літію (короткий час розряду,> 1 год) свинцева кислота (середній час розряду) натрій-сірка (тривалий час розряду, 5-8 год). Майбутні рішення накопичення енергії включатимуть термодинамічні технології, такі як (адіабатичне) накопичення стисненого повітря або зберігання електротеплової енергії . 15 травня 2013 р. Слайд 30