Аккумуляторные электростанции, использование аккумуляторных батарей для хранения электрической энергии

Одним из наиболее эффективных и перспективных способов накопления электрической энергии, с точки зрения плотности ее хранения, является применение аккумуляторных электростанций на базе батарей, позволяющих запасать энергию в химической форме.

Электростанции на аккумуляторных батареях оказываются особенно полезными когда необходимо вспомогательно обеспечить кратковременную пиковую мощность, тем самым предотвратить аварийное отключение подачи электроэнергии к потребителям.

Таким образом, аккумуляторные электростанции, по принципу своей работы, имеют много общего с обычными источниками бесперебойного питания, отличаясь, однако, более крупным размером сооружения. Под размещение батарей станции выделяется отдельное помещение, похожее на большой склад, либо несколько контейнеров.

Так же как и в технологии бесперебойных источников питания, здесь существует характерная особенность, заключающаяся в том, что накопленную в аккумуляторах электрохимическую энергию можно использовать исключительно в форме постоянного тока.

Но поскольку для традиционных сетей необходим ток переменный, для его получения необходимо осуществить дополнительное преобразование накопленной в батареях энергии. Вот почему ток высокого напряжения, гораздо более подходящий для передачи энергии на расстояние, получают при помощи мощных тиристорных инверторов, обязательно входящих в состав электростанций.

То, какого типа аккумуляторы используются на конкретной станции, определяется ее стоимостью, требованиями к характеристикам (запасаемая энергия, доступная мощность) и предполагаемым сроком службы. В 80-е годы на аккумуляторных электростанциях можно было встретить лишь свинцово-кислотные батареи. В 90-е годы и в начале нулевых — появились никель-кадмиевые и натриево-серные аккумуляторы.

Сегодня, в связи со снижением стоимости на литий-ионные аккумуляторы (из-за стремительного развития автомобильной отрасли), главным образом применяются литий-ионные. Кое-где уже появились системы проточных батарей. Однако на некоторых бюджетных сооружениях все еще можно встретить свинцово-кислотные решения.

Преимущество аккумуляторных электростанций, по сравнению с гидроаккумулирующими, очевидно. Здесь нет постоянно движущихся частей, практически отсутствуют источники шума. Для запуска аккумуляторной электростанции достаточно нескольких десятков миллисекунд, после чего она сразу способна работать на полную мощность.

Данное преимущество позволяет аккумуляторным электростанциям легко выдерживать максимальные нагрузки, которые даже не воспринимаются оборудованием как что-то критическое, так что подобная станция способна работать на максимум часами.

Стоит ли говорить о том, что аккумуляторные станции легко справляются с задачей гашения колебаний напряжения, вызванных пиковыми нагрузками на сеть. Благодаря им города и целые регионы могут быть защищены от отключений электроэнергии вызванных перегрузками.

Что же касается работы аккумуляторных электростанций совместно с возобновляемыми автономными источниками энергии, то сегодня это — целая отрасль.

Возобновляемая энергетика [renewable energy production (renewable power engineering)] — Область хозяйства, науки и техники, охватывающая производство, передачу, преобразование, накопление и потребление электрической, тепловой и механической энергии, получаемой за счет использования возобновляемых источников энергии.

У аккумуляторов различных типов есть свои достоинства и недостатки. Одни (натриево-серные) хорошо работают в постоянном режиме, например в сочетании с автономными источниками энергии, однако подвержены коррозии и старению даже если не используются. Другие страдают от износа просто из-за большого количества быстрых циклов заряда-разряда.

Некоторые батареи требуют регулярного обслуживания (в свинцово-кислотные необходимо доливать воду), отвода газов во избежание взрыва и т. д.

Более современные герметичные литий-ионные аккумуляторы способны длительно работать без обслуживания, их состояние контролирует электроника, и если нужно — сигнализирует о необходимости замены ячейки.

В качестве современного примера можно привести одну из крупнейших в мире аккумуляторных электростанций — Hornsdale Power Reserve, работающую совместно с ветряной электростанцией Hornsdale. Компания Tesla построила ее в конце 2017 года.

В начале 2018 года, когда Южная Австралия несла экономические потери, станция принесла ее владельцам около миллиона долларов за поставку в сеть электричества по цене 14000 австралийских долларов за мегаватт-час. Станция способна непрерывно обеспечивать 30 МВт в течение 3 часов и 70 МВт в течение 10 минут.

100 МВт — общая проектная мощность электростанции. Вся аккумуляторная емкость станции в 129 МВт-ч набрана из нескольких миллионов литий-ионных элементов Samsung типоразмера 21700 (3000-5000 мАч).

Система надежно поддерживает сеть потребителей электроэнергии в стабильном состоянии даже в тех случаях, когда скорость ветра чрезвычайно мала. В 2020 году емкость станции была увеличена до 194 МВт-ч, а проектная мощность составила 150 МВт.

Пример старой технологии — существовавшая с 1988 по 1997 годы аккумуляторная электростанция в калифорнийском городе Чино. Станция включала в себя 8256 свинцово-кислотных батарей, размещенных в двух залах.

Сооружение служило в качестве статического компенсатора реактивной мощности и защищало потребителей от отключений электроэнергии при перебоях в работе электростанций. Ее пиковая мощность составляла 14 МВт при общей емкости аккумуляторов 40 МВт-ч.