Применение на подстанциях систем накопления электрической энергии для улучшения качества электрической энергии

Ключевые слова: системы накопления энергии, качество и надежность электроэнергии.

В настоящее время остро стоит вопрос об улучшении качества и надежности электроэнергии. Все из-за того, что человек старается как можно меньше вмешиваться в производственный и бытовой процессы, стараясь довести все до автоматизма. У данной задачи имеется достаточно современное и технологичное решение.

Внедрение систем накопления электрической энергии (далее СНЭЭ) в энергосистему было постепенным, начиная от гидроаккумуляторов и супермаховиком, заканчивая суперконденсаторами и сверхпроводниковыми магнитными аккумуляторами.

Используя технологию СНЭЭ решается масса проблем, таких как: посредственная надежность электроснабжения главных потребителей, низкие параметры качества электрической энергии, трудности в устранении перерывов электроснабжения.

Рис. 1. Обеспечение надежного и качественного электроснабжения СНЭЭ

Так же СНЭЭ может применяться вместо второго источника электроэнергии для потребителей 1-х и 2-х категорий надежности. Что в свою очередь решает проблемы с постройкой новых линий электропередач, установки собственно генерации потребителя. В данном случае установка СНЭЭ будет более предусмотрительнее и экологически чище в сравнении с дизельными и газопоршневыми генераторными установками.

Наиболее востребованной системой накопления электрической энергии является применение литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы обладают высокими удельными показателями по энергии и по мощности. Современные АБ данного типа работоспособны при разрядных токах, достигающих 2–20 номинальной емкости.

Алгоритм зарядки литий-ионных батарей состоит из нескольких стадий (фаз). Первая фаза, так называемый предварительный заряд, используется только в тех случаях, когда батарея сильно разряжена. Если напряжение аккумулятора ниже минимально допустимого, то ее нельзя сразу заряжать максимально возможным током. Это отрицательно сказывается на сроке службы АБ. Необходимо сначала подзарядить батарею малым током, и только после этого заряд максимальным током становится допустим. Вторая фаза: зарядное устройство как источник постоянного тока. На этом этапе через аккумулятор протекает максимальный для заданных условий ток. При этом, напряжение аккумулятора постепенно растет до тех пор, пока не достигнет предельного значения. По завершению второго этапа заряд можно прекратить, но при этом аккумулятор будет заряжен примерно на 70 % от своей емкости. Во многих зарядных устройствах максимальный ток подается не сразу, а плавно нарастает до максимума в течение нескольких минут.

Саморазряд литий-ионных аккумуляторов составляет 4–6 % за первый месяц, затем — существенно меньше: за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10–20 % запасенной емкости. Потери емкости у них в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых батарей, как при 20 °С, так и при 40 °С. [2]

Особенностями эксплуатации таких батарей является необходимость защиты по току и напряжению. В частности, необходимо исключить возможность короткого замыкания выводов аккумулятора, подачи напряжения обратной полярности, перезаряда. Кроме того, необходимо обеспечить защиту от перегрева. Повышение температуры сверх рабочего диапазона сильно уменьшает емкость и срок службы батареи. Литий-ионные АБ по сравнению с другими обладают следующими достоинствами:

— повышенной плотностью (удельной емкостью) энергии на единицу занимаемого объема или массы;

— высокой плотностью разрядных токов, и как следствие, высокой удельной мощностью;

— незначительным и малозаметным саморазрядом; − длительным сроком службы (до 10 лет);

— сохраняют параметры при регламентированном хранении;

— постоянной готовностью к эффективной работе;

— возможностью регулярной подзарядки без ухудшения параметров;

— значительным количеством рабочих циклов заряда-разряда (свыше 1000- 2000 циклов), при большой глубине разряда (до 80 % разряда от полной емкости);

— отсутствием «эффекта памяти»;

— малым старением без регулярного использования;

В то же время, литий-ионным АБ присущи следующие недостатки:

— сравнительно высокая стоимость;

— требуют наличия защит от аварийных электрических режимов, от превышения температуры и пр.;

— ограниченный диапазон рабочих температур, который шире чем у никель-кадмиевых и никель-металлогидридных АБ, но не безграничен;

— взрывоопасность и пожароопасность при нарушении герметичности корпуса;

— невозможность обеспечить сверхвысокие разрядные токи.

В заключении можно отметить, что СНЭЭ позволяет более бережно расходовать электроэнергию, выравнивает график электрических нагрузок, уменьшая провалы, не требует больших усилий на постройку и транспортировку, может применяться стационарно и передвижным оборудованием для труднодоступных районов.

1. http://tef.tatar/assets/gallery/50/1928.pdf
2. Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации: Справочник. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2005. — 264с.