Санжар Шарапов, «Хевел» КТ перспективалық даму және жобаларды техникалық сүйемелдеу бөлімінің басшысы

Күн және жел электр станциялары сияқты жаңартылатын энергия көздерін біріктіру және олардың үлесін арттыру үшін энергия жүйесінің икемділігін қамтамасыз ету, жұмыс сенімділігін сақтау және жаңартылатын ресурстарды тиімді пайдалануды қолдау қажет. Электр энергиясын жинақтау жүйелерін қолдану электр энергиясын жылдам тұтыну, берілген уақыт кезеңі ішінде сақтау және электр энергиясын одан әрі өндіру мүмкіндігі есебінен энергия жүйесінің икемділігін арттыруға мүмкіндік беретін негізгі шешім ретінде көрінеді.

ЭЖЖ негізгі бағыттары

Қазіргі уақытта электр энергетикасында ЭЖЖ қолдану бөлігінде бірнеше бағыттарды белгілеуге болады:

• жүйелік сенімділікті қамтамасыз ету бойынша қызмет көрсетуге ЭЖЖ қатысуы («есептегіш алдында» орнату (in-front of the meter (FTM));

электрмен жабдықтау шығындарын оңтайландыру мақсатында тұтынушыда ЭЖЖ орнату («есептегіш артында» орнату (behind-the-meter (BTM)); электр энергиясын жеткізудің сенімділігін қамтамасыз ету және жаңғыртуға/жаңа желілік құрылысқа инвестицияларды кейінге қалдыру мақсатында электр желісі инфрақұрылымының элементі ретінде ЭЖЖ қолдану; бөлінген энергетика объектілерінің құрамында, әсіресе оқшауланған энергия жүйелерінде ЭЖЖ қолдану.

Дәстүрліге қарағанда, гидроаккумуляциялықэлектр станциялары (ГАЭС), аккумуляторлық батареялардың стационарлық блоктары негізінде ЭЖЖ (электрхимиялық ток көздері) сияқты энергия жүйесі деңгейіндегі энергияны жинақтаужүйелері орналасу орны бойынша тәуелсіздік, шешімнің ауқымдылығы, кез келген түрдегі электр станциясына тікелей жақын орналасу мүмкіндігі бөлігінде бірқатар артықшылықтарға ие. Өз кезегінде, ГАЭС үшін, кем дегенде, арнайы геологиялық жағдайлар қажет.

ЭЖЖ стационарлықжүйелерінде бірнеше МВт*сағ-тан жүздеген МВт*сағ-қа дейін өзгеретін энергия сыйымдылығының кең спектрі болады, Қазіргі уақытта желілік стационарлық ЭЖЖ үшін қолданылатын бірқатар технологиялар бар, 2013 жылдан бастап баланста литий-ионды аккумуляторлар негізіндегі жобалар басым бола бастады, олар 2017 жылға қарай нарықтың 90%-дан астамын иеленді.

Энергияны сақтаужүйесін ЭЖЖ-мен біріктіру шешімі электрмен жабдықтаудың сенімділігі мен сапасын қамтамасыз етуге, тұтынушыларды резервтеуді қамтамасыз етуге, маневрліктің жоғары дәрежесімен жүйелік қызметтерді жүзеге асыруға және күн электр станциясыныңбарлықәлеуетін іске асыруға мүмкіндік береді, Күн электр станциясы күн ішінде энергия торабыныңэлектр энергиясына қажеттілігін қамтамасыз етеді, ал артық күн энергиясы энергияны жинақтау жүйесінде жинақталады және ЭЖЖ қуатын уақыт ішінде қайта бөледі (жүктеменің кешкі шарықтау шыңдарына қатысу), сондай-ақ желі апаттық ажыратылған жағдайда қуат резервін қамтамасыз етеді. Дәстүрліге қарағанда, гидроаккумуляциялық электр станциялары (ГАЭС), аккумуляторлық батареялардың стационарлық блоктары негізінде ЭЖЖ (электрхимиялық ток көздері) сияқты энергия жүйесі деңгейіндегі энергияны жинақтау жүйелері орналасу орны бойынша тәуелсіздік, шешімнің ауқымдылығы, кез келген түрдегі электр станциясына тікелей жақын орналасу мүмкіндігі бөлігінде бірқатар артықшылықтарға ие, Өз кезегінде, ГАЭС үшін, кем дегенде, арнайы геологиялық жағдайлар қажет.

ЭЖЖ стационарлық жүйелерінде бірнеше МВт*сағ-тан жүздеген МВт*сағ-қа дейін өзгеретін энергия сыйымдылығының кеңспектрі болады, Қазіргі уақытта желілікстационарлықЭЖЖүшін қолданылатын бірқатар технологиялар бар, 2013 жылдан бастап баланста литий-ионды аккумуляторлар негізіндегі жобалар басым бола бастады, олар 2017 жылға қарай нарықтың 90%-дан астамын иеленді,

Энергияны сақтаужүйесін ЭЖЖ-мен біріктіру шешімі электрмен жабдықтаудың сенімділігі мен сапасын қамтамасыз етуге, тұтынушыларды резервтеуді қамтамасыз етуге, маневрліктің жоғары дәрежесімен жүйелік қызметтерді жүзеге асыруға және күн электр станциясының барлық әлеуетін іске асыруға мүмкіндік береді, Күн электр станциясы күн ішінде энергия торабыныңэлектр энергиясына қажеттілігін қамтамасыз етеді, ал артық күн энергиясы энергияны жинақтау жүйесінде жинақталады және ЭЖЖ қуатын уақыт ішінде қайта бөледі (жүктеменің кешкі шарықтау шыңдарына қатысу), сондай-ақ желі апаттық ажыратылған жағдайда қуат резервін қамтамасыз етеді.

 Энергия жүйесіндегі ЭЖЖ функциялары

Электр энергиясын жинақтаудың ірі желілік жүйелері энергия жүйесіндегі ЭЖЖ үлесін ұлғайту есебінен энергетикалық көшудің келесі кезеңіне жәрдемдесуде түйінді рөл атқарады. Жүйелік операторлар (энергия жүйесінің және желілердің операторлары) үшін ЭЖЖ интеграциясы жиілікті жалпы бастапқы реттеуге (ЖЖБР) қатысу,жүйедегі қуаттардың «қызу» резервін қамтамасыз ету, энергия жүйесіндегі жүктемелер мен қуаттардың өзгеружылдамдығын реттеу сияқты бірқатар жүйелік қызметтерді жүзеге асыруға мүмкіндік беретінін атап өту қажет, ЭЖЖ қолдану ең жоғары өндіруші қуаттарға, желілік инфрақұрылымды жаңғыртуға жұмсалатын шығындарды азайтуға мүмкіндік береді, Жоғарыда айтылғандай, ірі ЭЖЖ-ны энергия жүйелеріне біріктіру күрт өзгеретін және болжанбайтын қуат бейіні баржаңартылатын энергия көздерінің үлесін арттыруға мүмкіндік береді, бұл, өз кезегінде, электр жүйесінің сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді, ЖЭК+ЭЖЖ интеграциясы артық электр энергиясын уақыт бойынша қайта бөлуге, сол арқылы жаңартылатын көздерді барынша пайдалануға мүмкіндік береді, Бұдан басқа, ЖЭК және ЭЖЖ базасындағы кешендер қолжетімділігі қиын өңірлер мен орталықтандырылған желілерден оқшауланған энергия жүйелерін неғұрлым арзан электр энергиясымен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді, оларды жабдықтау отын жеткізуге жұмсалатын шығындары жоғары дизель генерациясы есебінен қамтамасыз етіледі,

1-суретте желілік ЭЖЖ қолданудың негізгі бағыттары көрсетілген.

ЭЖЖ басты ерекшелігі бірнеше міндеттерді орындауға қатысу немесе электр энергетикасы кешенініңәр түрлі сегменттері аясында бірқатар функцияларды орындау мүмкіндігі.

Жүйелік қызметтердің түрлері

Жиілікті реттеуге қатысу

Қалыпты жұмыс істеуі үшін жүйе өндірілетін қуат пен тұтынылатын қуат арасындағы тепе-теңдікті сақтауы керек, сәйкесінше, пайда болған теңгерімсіздік энергия жүйесіндегі жиіліктің төмендеуіне немесе ұлғаюына әкеледі, бұл қолайсыз, Әдеттегідей, жиілікті реттеу кезінде жүйеде жылуэлектр станциялары (КЭС, ГТЭС, ПГҚ) және гидроэлектр станциялары (реттеу түріне байланысты) қолданылады, Алайда, осы функцияларды қамтамасыз ету электр станциялары жүмысының тиімділігіне теріс әсер етуі мүмкін. Сондай-ақ, жоғарыда аталған станциялардың жауап берууақыты бірнеше секундтан минутқа дейін болуы мүмкіндігін атап өткен жөн, ЭЖЖ, өз кезегінде, миллисекундқа теңжауап беру уақытымен жиілікті реттеуге ұқсас функцияларды қамтамасыз ете алады,

ЭЖЖ, шын мәнінде,ең жоғары генерацияға балама болып табылады және олардың экономикасы ірі «жүйелік» электр станцияларымен бәсекелесу мүмкіндігімен анықталады.

ЖЭК жүктемесін/қуатын түсіру және қалпына келтіру жылдамдығын реттеу

Энергия жүйесіндегі ЖЭК үлесінің өсуі энергия жүйесіндегі басқа станцияларға жүктемені төмендетеді, алайда ЖЭК қуаты бейінінің тұрақсыз және күрт өзгермелі сипаты қуаттың белгілі бір ауытқуын тудыруы мүмкін, бұл перспективада маневрлікэлектр станцияларында қуаттың« қызу» резервінде ұстауды талап етеді. ЖЭК-тің үлкен көлемін интеграциялау және жүйенің сенімді әрі тиімді жұмысын қорғау мақсатында ЭЖЖтікелей ЖЭК объектілерінде де, жүйенің басқа тораптарына қосылған кезде де қуаттың өзгеру шамасын тегістеуге (реттеуге) мүмкіндік береді, ЭЖЖ жүйесінде жүктеме күрт төмендеген (өшірілген) кезде жүктеменің біртіндеп төмендеуін қамтамасыз етуге болады, Осылайша, ЭЖЖ статикалық және динамикалық тұрақтылықты қамтамасыз ете алады.

 Резервтік қуат көзі/резервтік қорек көзі

Жергілікті зақымданулар мен ажыратулар, желілік инфрақұрылымды уақытша жөндеу жағдайында ЭЖЖ тұтынушыларды электрмен жабдықтаудың сенімділігі мен сапасын арттыратын үздіксіз қуат функциясы бар жергілікті электрмен жабдықтауды қамтамасыз ете алады.

Реактивті қуатты өтеу және кернеуді реттеу

ЭЖЖ интеграциясы қуатты түрлендіру техникасын қолдану арқылы жүзеге асырылады, бұл ЭЖЖ-ны тұтынушы немесе реактивті қуат көзі ретінде пайдалануға және сәйкесінше кернеуді жергілікті реттеуге мүмкіндік береді.

Желілік инфрақұрылымға шығындарды азайту

Тарату желілерінде орнатылған ЭЖЖтарату желілерінің қоректендіру орталықтарын босатуды қамтамасыз етуі; жоғары кернеу желілерініңэлементтері ажыратылған жағдайда, сондай-ақ электрмен жабдықтаудың қысқа мерзімді үзілістері кезінде үздіксіз қоректендіру көзі (ҰҚК) режимінде қосымша сенімділікті қамтамасыз етуі; сондай-ақ электр энергиясының сапасын арттыруды қамтамасыз етуі, кернеуді тұрақтандыруы мүмкін.

ЭЖЖ-ны «ең жоғары» генерацияның элементі ретінде пайдалану мүмкіндігіне байланысты желілік кешеннің немесе қосалқы станциялардың қайта құрылуын болдырмай, желілік инфрақұрылымға шығындарды азайтуға болады,

ЭЖЖ-ны тікелей тұтынушыда қолдану ауқымдырақ функционалдылыққа ие. Жоғарыда сипатталған функцияларға қосымша мыналарды қосуға болады:

•       желідегі апаттар кезінде тікелей тұтынушыныңүздіксізжұмысын қамтамасыз ету;

•       тұтынушының жабдығын оныңтехнологиялық процестердің үздіксіздігіне сезімталдығына қарай қоректендіруүшін электрэнергиясының сапасын қамтамасыз ету;

•       желілік компанияға технологиялық қосылуды қажет етпестен қосымша ең жоғары қуатты қамтамасызету,

Жаңартылатын энергия көздерімен ЭЖЖ интеграциялау

Жоғарыда айтылғандардың негізінде ЭЖЖ және ЖЭК интеграциясының екі бағытын бөліп көрсетуге болады:

•       ЭЖЖ тікелей ЖЭК электрстанциясының шекараларында (тұтынушыда таратылған генерацияны қоса алғанда)

•       Энергия жүйесінің/энергия торабының немесе оқшауланған энергия жүйесінің жергілікті учаскесі шеңберінде ЭЖЖ және ЖЭК.

ЖЭК электр станциясының шекараларында ЭЖЖ қолдануэлектр станциясының ең аз кепілдендірілген қуатын қамтамасыз етуге, станцияны тәуліктік диапазонда өндірудің болжамдылығын қамтамасыз етуге және қуат берудің жоспарлы кестесінің дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді. ЭЖЖ тәулікішінде генерация бейінін қайта бөлуге, электр станциясындағы ЭЖЖ интеграциясының схемасына байланысты жоюға, сол арқылы энергия жүйесінің балансындағы ЖЭК үлесін одан әрі арттыруға мүмкіндік береді.

Сондай-ақ, жоғарыда айтылғандай, ЭЖЖ бір тәулік ішіндеЖЭК-тен қуатты қайта бөлуді қамтамасыз етіп, энергия үнемдейтін аудандардан (белгілі біржұмыс сағаттарында) қуатағынын болдырмай, тораптық қосалқы станцияларды қайта құру шығындарын жойып, аймақтағы экологиялық таза электр энергиясының көлемін сақтай отырып, желілік артық электр энергиясын жинақтауға, ЖЭК-тен өндірудің флуктуациялық сипатын төмендетуге мүмкіндік береді. Ал тұтынушыда ЭЖЖ және ЖЭК қолданған жағдайда сыртқы желіге ағуды азайтуға/болдырмауға және өз жабдығының жұмыс режимдерін оңтайландыруға мүмкіндік береді.

2-суретте әр түрлі функциялары бар ЭЖЖ және КЭС жұмысының күнделікті бейіндерінің мысалдары келтірілген.

ЖЭК көлемі үлкен энергия жүйесініңжергіліктіучаскесі шеңберінде ЭЖЖ қолданылған жағдайда ЖЭК өндірудің қосымша көлемінің режимін қамтамасыз ете алады және желіге берілетін электрэнергиясының сапасына қатысты проблемаларды шеше алады. ЖЭК өндіру шыңы тұтыну шыңымен сәйкес келмейді, бір кезеңдерде артық пайда болады. ЭЖЖ жүйесі ЖЭК өндіру мен электр энергиясына сұраныс арасындағы тәуліктіктеңгерімсіздікті инфрақұрылымға шығындарды азайтуға мүмкіндік береді.

Оқшауланған энергия жүйелерін (орталықтандырылған электрмен жабдықтау желілерінен алыс объектілер) электрмен жабдықтауүшін ЖЭК және ЭЖЖ базасындағы энергия кешендерін қолдануды жеке қарастыру қажет. Салыстырмалы түрде қуаты аз объектілерді жабдықтау үшін ұзын электр беру желілерін салудың орынсыздығы ЭЖЖ базасында энергия кешендерін немесе ЖЭК пен ЭЖЖ комбинациясын қолдану жөніндегі шешімді бүгінгі күнніңөзінде бәсекеге қабілетті шешім етеді. ЭЖЖ қуат пен кернеудің кепілдік көзі болып табылады және автоматтандырылған басқару жүйесімен бірге сенімді электрмен жабдықтауды қамтамасыз ету үшін жаңартылатын энергия көздерін оңтайлы пайдалануға мүмкіндік береді. ЭЖЖ және ЖЭК кешендерін дизель-генераторлық қондырғылармен (станциялармен) қатар жұмыс істеуге интеграциялау сырттан әкелінетін қымбат дизель отынын үнемдеуге, белгілі бір уақыт сағаттарында дизель генерациясын ажырату немесе дизель-генераторлық қондырғыларға жүктеме кестесін оңтайландыру есебінен пайдалану шығындарын азайтуға мүмкіндік береді.

Хевел» КТ (3-сурет) жүйелік деңгейде (580 кВт*сағ ЭЖЖ қолдана отырып, қолданыстағы 5МВт КЭС жаңғырту, қуаты 10 МВт және 4 МВт/8 МВт*сағ КЭС салу), сондай-ақ дизель электр станцияларында отынды үнемдеуүшін КЭС+ЭЖЖ гибридті кешендерінің автономды деңгейінде (оқшауланған өңірлер үшін) ЭЖЖ қолданумен Ресейде бірқатар жобаларды жүзеге асырды.

ЭЖЖ технологиялары

Қазіргі уақытта литий-иондық технологиялар негізіндегі ЭЖЖЖЭК-ті энергия жүйесіне интеграциялау, жүйелік қызметтерді орындау (жиілікті, кернеуді реттеу және т.б.) үшін дәлелденген шешім болып табылады.

Жобаларда қолданылатын аккумуляторлардың негізгі технологияларын келесі топтарға бөлуге болады.

1) Қорғасын-қышқыл және сілтілі аккумуляторлар

Қорғасын-қышқыл, никель-темір және никель-кадмий аккумуляторлары электрхимиялық аккумуляторлардың дәстүрлі технологиясы болып табылады, олардың жұмыс технологиялары өткен ғасырдың басынан бері белгілі.

Қорғасын-қышқыл аккумуляторлары үшін циклдер санын сәйкесінше 5 және 10 мыңға дейін жеткізе алатын технологиялардың модификациялары бар.

2)    Натрий-күкірт аккумуляторлары (NaS) Бұл бірқатар кемшіліктері бар, оларды литий-иондық технология нарығынан едәуір ығыстыруға әкелген ескі дәлелденген технология. Жұмыс жағдайында электролитті 300-350°С дейін қыздыру керек, бұл батареяны жұмыс кезінде ұстап тұруүшін салыстырмалы түрде жоғары энергия шығынын тудырады, сонымен қатар оны жұмыс күйіне ауыстыруға уақыт қажет. Сонымен қатар, электролиттің жоғары температурасы түзетілген натрий анодыныңжоғары коррозиялық қабілетін ескере отырып, батареяны өрт қауіпті етеді. Қазіргі уақытта натрий тұздары негізінде төмен температуралы аккумуляторлар саласында жаңа әзірлемелер бар.

3)    Литий-иондықбатареялар

Литий-иондық технологиялар негізіндегі жинақтағыштар бүгінде басым технология болып табылады. Қазіргі уақытта жобаларда Li-Ion негізіндегі технологиялардың келесі негізгі түрлері бар:

•    литий-титан (LTO)

•    литий-темір-фосфат (LFР)

•    литий-тотық-кобальтфСО)

•    литий-никель-кобальт-алюминий (NCA)

•    литий-марганец-кобальт (NМС)

•       литий-тотық-магний (LMO)

4)      Ағынды батареялар

Бұл нарықтыңөсіп келе жатқан үлесі бар салыстырмалы жаңа технология. Алғашқы жобалар 2012 жылдан бастап пайда бола бастады, бұл литий-иондықтехнологияға негізделген алғашқы салыстырмалы түрде үлкен жобалардан екі жылға кешірек. Күнделікті ғана емес, сонымен қатар маусымдық генерацияның әртектілігімен сипатталатын ЖЭК технологиясының дамуына байланысты ағынды редоксванадий батареялары мен сутегі цикліне негізделген жүйелер қызығушылық тудырады.

5)      Суперконденсаторлар

Үлкен (бірнеше жүз мың циклге дейін) циклдік ресурсы бар, бірақсыйымдылығы шағын және кВт*сағ негізінде құны жоғары жинақтағыштар. Суперконденсаторлар жылдам әрекет етуге және қысқа уақыт аралығында қуат беругеарналған, бұл ЖЭКтіңжоғары үлесі жағдайында өзекті болып табылады.

6)      Электрмеханикалық жинақтағыштар

Супеконденсаторлар сияқты, бұл сыйымдылығы өте аз жинақтау жүйесі. Сермерлер бұл сапасы маңызды тұтынушылар үшін немеседизельді қозғалтқышпен бірге резервтік көз ретінде қолдануға болатын тауашалық шешім.

7)      Сығылған ауадағы жүйелер

Мұндай жүйелер ұзақ уақыт бойы қуат бере алады. Сығылған ауа бұл тұтынушылардыңүлкен топтары үшін көтерме сауда нарығында қолданылатын технология.

Баяндалғанды түйіндей келе,

ЭЖЖ қолдану энергия жүйесінің икемділігін арттыруға, ЖЭК интеграциясының үлесін ұлғайтуға және электр энергиясының сенімділігі мен сапасын арттыру мақсатында жүйелік оператор үшін бірқатар функцияларды қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Бұл бүкіл әлемде ЭЖЖ технологиясының қарқынды дамуына әсер етеді. Қазіргі уақытта литий-иондық технологиялар негізіндегі жинақтау жүйелері ең көп қолданылатын және дамыған технология болып табылады.

Алайда, жинақтау жүйелерін интеграциялау жобалардың санын көбейтуді талап етеді, оларды қолдану барлық кезеңдерде пысықтауды және дамытуды талап етеді, мысалы:

•   энергия жүйесіндегі мақсаттарға байланысты ЭЖЖ-ны тиімді және экономикалық жағынан ақталған пайдалануға мүмкіндік беретін техникалық шешімдерді әзірлеу және технологияларды дамыту;

•   энергетика саласының барлық қатысушылары (жүйелік оператор, желілік және энергия өткізу компаниялары, электр энергиясының генераторлары, электр энергиясы және қуат нарығының операторлары) тарапынан нормативтік құжаттаманы пысықтау және әкімшілік кедергілерді жою;

•   ЭЖЖ жобаларын іске асыруды ынталандыру және мүмкіндігі үшін ашық нарықтық тетіктерді пысықтау.