- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

M5BAT — новый подход к аккумулированию электроэнергии на промышленном уровне

Сегодняшнее развитие электроэнергетики предусматривает все большее внедрение возобновляемых источников энергии. Также продолжаются разработки в области улучшения качества и надежности электроснабжения.
Как один из вариантов решения данных задач используется идея создания подстанций с аккумуляторными батареями большого объема поблизости от потребителей. В этой статье представлено одно из решений, которое запланировано к вводу в эксплуатацию в 2016 году в Германии.
M5BAT — новый подход к аккумулированию электроэнергии на промышленном уровне - 1

Немного истории

Разработка подобных проектов началась в 1980-х годах. В то время Западный Берлин имел абсолютно автономную систему электроснабжения и для поддержки частоты была построена в 1986 году Batterie-Speicherkraftwerk Berlin-Steglitz, в переводе — «электростанция на батареях». Данная станция была закрыта уже в 1994 году, после объединения энергосистем.

Станция имела следующие характеристики:

Пиковая мощность 17 МВт
Выдача пиковой мощности 20 мин
Максимальная хранимая энергия 14,4 МВтч

Станция состояла из 7080 свинцовых аккумуляторов в 12 параллельных ветвях по 590 аккумулятора в каждой.

Существующие технологии

На сегодня массово на рынке для подобных решений используются либо упомянутые выше свинцово-кислотные аккумуляторы, либо литий-ионные. Из последних можно вспомнить такие решения в Германии:

  • В г. Шверин Samsung установил батарею аккумуляторов на 5 МВтч с пиковой мощностью 5 МВт. Батарея состоит из 25600 аккумуляторов с химическим составом литий-оксид-марганца. Заявленный срок эксплуатации 20 лет [2]
  • В Дрездене была установлена батарея аккумуляторов от LG Chem с характеристиками 2 МВт / 2,7 МВТч. Батареи типа JH2. К сожалению маркетинг здесь тоже взял свое и LG нахывает эти батареи полимерными, хотя они самые обычные литий-ионные в не жестком корпусе (pouch bag cells). Заявленный срок эксплуатации 10 лет [3]
  • В Фельдхайме была принята в эксплуатацию крупнейшая в Европе (10 МВт пик, 6,5 МВтч энергии) регулировочная электростанция. Выполнена из 3360 модулей, произвеженных LG Chem [4]

Но как и в любой технологии всегда есть недостатки. Для всех аккумулирующих технологий справедливо следующее: или мы получаем большую мощность и малый объем хранимой энергии, или наоборот. Это справедливо как при сравнении различных технологий, так и в середине одной группы одинаковых по химическому принципу (хотя здесь разница зачастую не столь велика). Также важна ценовая политика и затраты на эксплуатацию.

Потому возникали и продолжают возникать идеи по комбинации различных типов аккумуляторов. Например, в Брадерупе была введена в эксплуатацию гибридная установка из литий-ионных аккумуляторов (мощность 2 МВТ, сберегаемая энергия 2 МВТч) и ванадиевая окислительно-восстановительная батарея (Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher, 330 кВт и 1МВтч). Литий-ионная батарея создана Sony, ванадиевая — Vanadis Power, проект и система управления — Bosch [5].

Цель статьи — описать один из таких гибридных проектов, а именно комбинацию литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов.

Мотивация проекта

Для стационарных установок вес и объем не самый важный фактор, потому здесь преимущество литий-ионных аккумуляторы не играет большой роли. В то же время токи, которыми можно заряжать и разряжать эти аккумуляторы выше, чем применимые для аналогичных по емкости свинцово-кислотных. Главный же недостаток — стоимость установки и эксплуатационные затраты.

Здесь важно вспомнить, что речь идет о энергетике, где речь идет не о 5-6 годах, а о 10 и выше, вплоть до 30 лет для сетей среднего напряжения (где подобные установки и используются на сегодня). В таком случае выгода литий-ионного аккумулятора нивелируется фактом более дешевого (хоть и более частого) обслуживания свинцовых аккумуляторов. Отмечу, что обслуживания, не замены. Фактически в таких системах свинцовый аккумулятор без замены работает до 9 лет минимум в чрезвычайно неблагоприятных условиях (низкие температуры в Альпах), что уже сопоставимо со сроком службы литий-ионных аккумуляторов.

Потому было принято решение реализовать гибридную установку для покрытия как внеплановых скачков, так и запланированных для сглаживания графика потребления.

Характеристики

Характеристики установки заключены в ее названии — М5ВАТ. Запланировано что пиковая мощность составит 5 МВт, максимальное количество хранимой энергии — 5 МВтч. Также цифра 5 используется для сокращения следующего названия: Modularer multi-Megawatt multi-Technologie Mittelspannungsbatteriespeicher — Модульная многомегаваттная аккумуляторная система хранения энергии среднего напряжения с использованием нескольких технологий (английский вариант также хорош в плане пяти М подряд — Modular Multimegawatt, Multitechnology Medium-Voltage Battery Storage System).
Техническая цель — выработать подход к созданию модульных систем.

Здесь также сделаю небольшое отступление-напоминание. Чем быстрее разряжается батарея, тем меньше энергии можно из нее получить. Такое справедливо для всех типов химических аккумуляторов. В интернете есть масса рисунков, показывающих данную зависимость. Ниже представлен одиз из них:
M5BAT — новый подход к аккумулированию электроэнергии на промышленном уровне - 2

Вторая, не менее важная цель, экономическая — создать оптимальную систему, дешевле чисто литий-ионной, но не уступающей по эффективности в реальной работе в электрической сети.

Использованные компоненты

Литий-ионные аккумуляторы

Производителем выступила компания Beta-motion. Компания выступает разработчиком систем, но не производителем. К сожалению, найти достоверную информацию о типе ячеек не удалось, кроме информации об использовании керамического сепаратора.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Использовались следующие модели производства Exide:

Название 16 OCSM 2320 LA 602 1960C Solar
Технология CSM (Copper Stretch Metal) VRLA gel
Число циклов н.д. 2400
Срок эксплуатации 20 лет н.д.
Номинальная емкость, 1 шт 4180 Втч 3670 Втч

Более полные характеристики можно найти тут: 16 OCSM 2320 LA [1] и 602 1960C Solar [2].
imageM5BAT — новый подход к аккумулированию электроэнергии на промышленном уровне - 4
Слева 16 OCSM 2320 LA, справа 602 1960C Solar

Инвертор

Производитель SMA, два инвертора мощностью 630 кВА каждый. Они были разработаны с более широкими возможностями чем стандартные. Но основные характеристики в целом не должны были изменится. Так как проверить эту информацию не получилось, то даю подробные данные на стандартные модели по ссылке [3].

Дальнейшее будущее проекта

После пуска в эксплуатацию запланирована работа на протяжении года. Будет проводиться как отработка технической части, в частности надежность и общая способность работы в требуемом режиме для сглаживаний пиков, так и работа в энергорынке. На основании исследований будет принято решение о дальнейшей судьбе проекта.
На основании проекта будет выработан подход к модульной системе для использования в электрических сетях.

Участники проекта

Проектанты

Institute for Power Generation and Storage Systems RWTH Aachen University [4] — Институт электрогенерации и накопительных систем Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена.
Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft RWTH Aachen [5] — Институт электрических систем и энергетики Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена.

Промышленные партнеры

E.On [6] — один из крупнейших операторов магистральных сетей в ЕС.
Exide Technologies [7] — производитель VRLA гелевых и Kupferstreckmetalltechnologie (технология расширяющейся меди) аккумуляторов.
SMA Solar Technology AG [8] — поставщик инверторов.
Beta-motion [9] — производитель литий-ионных аккумуляторов. Не указан в списке партнеров на основном сайте.

Источники

1. Официальная страничка проекта M5BAT [10]
2. Аккумуляторная электростанция 5 МВтч в Шверине [11]
3. Аккумуляторная электростанция 2 МВтч в Дрездене [12]
4. Региональная регулирующая электростанция Фельдхайм, 6,5 МВтч [13]
5. Гибридная LiIon-RedOx батарея в Брадерупе [14]

Автор: idiv

Источник [15]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/akkumulyatornyie-batarei/107891

Ссылки в тексте:

[1] 16 OCSM 2320 LA: http://www.exide.com/Media/files/Downloads/IndustEuro/Classic_OCSM_en.pdf

[2] 602 1960C Solar: http://www.exide.com/Media/files/Downloads/IndustEuro/Sonnenschein_SOLAR_en.pdf

[3] по ссылке: http://files.sma.de/dl/23868/SCS500-1000-DEN1542-V10web.pdf

[4] Institute for Power Generation and Storage Systems RWTH Aachen University: http://www.pgs.eonerc.rwth-aachen.de/cms/~dnjx/E-ON-ERC-PGS/

[5] Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft RWTH Aachen: http://www.iaew.rwth-aachen.de/

[6] E.On: http://www.eon.com/de/ueber-uns/innovation.html

[7] Exide Technologies: http://www.exide.com/

[8] SMA Solar Technology AG: http://www.sma.de/

[9] Beta-motion: http://beta-motion.eu/company/unternehmen.html

[10] Официальная страничка проекта M5BAT: http://m5bat.de/

[11] Аккумуляторная электростанция 5 МВтч в Шверине: http://www.wemag.com/ueber_die_wemag/presse/pressemeldungen/2013/04_29_younicos-Batteriespeicher-Schwerin.html

[12] Аккумуляторная электростанция 2 МВтч в Дрездене: https://www.drewag.de/de/drewag/neue-energien/batteriespeicher.php

[13] Региональная регулирующая электростанция Фельдхайм, 6,5 МВтч: http://w3.windmesse.de/windenergie/news/19432-grosster-batteriespeicher-europas-in-betrieb-genommen

[14] Гибридная LiIon-RedOx батарея в Брадерупе: http://www.bosch-presse.de/presseforum/details.htm?txtID=6876

[15] Источник: http://geektimes.ru/post/268664/