Работа над проектом гибридной системы накопления энергии (ГСНЭ) началась два года назад по инициативе Центра компетенций по возобновляемой энергетике РусГидро.

Всем хорошо

Создатели системы опирались на опыт реализации автономных энергоустановок на базе ВИЭ в Якутии и на Дальнем Востоке. Для повышения эффективности генерации на базе ВИЭ было решено попробовать объединить на базе общей автоматизированной системы управления две батареи: литий-ионную – мощностью 20 кВт и емкостью 20 кВт·ч, а также проточную – мощностью 10 кВт и емкостью 30 кВт·ч. Если с первыми сталкивался каждый – подобными устройствами «питаются» практически все мобильные телефоны, то вторые пока не так распространены и применяются для сравнительно крупных объектов или для балансировки нагрузки в электросети.

 

КАК ЗАРЯДИТЬ ЖИДКОСТЬ ЭНЕРГИЕЙ

 

Проточная (или редокс) батарея – это электрохимический накопитель, в котором энергия запасается в электролите за счет протекания обратимых окислительно-восстановительных реакций (ОВР). Электролит представляет собой, как правило, сернокислый водный раствор, содержащий растворенные соли металлов, в нашем случае – соли ванадия. Электролит прокачивается через мембранно- электродный блок, на аноде и катоде которого протекают ОВР, за счет которых происходит преобразование химической энергии в электрическую. Одним из направлений для развития редокс-накопителей является разработка и усовершенствование батарей на основе новых окислительно-восстановительных систем органической природы, в частности – хинона, антрахинона и их аналогов. Хинон- гидрохиноновая реакция протекает примерно в тысячу раз быстрее, чем процессы восстановления и окисления ванадия. Это позволит значительно увеличить мощность проточных батарей, заряжать и разряжать их быстрее. В конечном счете, можно добиться существенно более стабильных параметров работы сети при той же номинальной емкости накопителей.  

 

В отличие от литий-ионной проточная батарея имеет более длительный срок службы (15–20 тыс. полных циклов «заряд-разряд» при снижении энергоемкости на 1% за 4 года), дает возможность эффективно работать в широком температурном диапазоне, но главное – позволяет легко наращивать энергоемкость независимо от мощности. При этом энергоемкость ограничивается только размерами баков для электролита. Есть свои преимущества и у литий-ионных батарей – высокие удельная энергоемкость и КПД, а также есть возможность с их помощью легко наращивать пиковую мощность для компенсации краткосрочных провалов в энергосистеме.

По словам создателей гибрида, сложнее всего было организовать режим одновременной работы батарей двух типов. В автономной энергосистеме ГСНЭ выполняет две основные функции: компенсирует провалы мощности, возникающие из-за неравномерного характера выработки ВИЭ, и дает возможность «перебросить» энергию с дневных часов на вечерние.

«Для первой задачи лучше подходит литий-ионная батарея, для второй – проточная. Кроме того, использование проточного накопителя в перспективе позволит увеличить ресурс литий-ионного аккумулятора, который, в свою очередь, упрощает сервисное обслуживание проточного. Такой взаимовыгодный симбиоз двух систем», – объясняет Андрей Усенко, представитель компании «Инэнерджи», выступившей партнером РусГидро по этому проекту.

Проверка на прочность

Сейчас ГСНЭ проходит испытания во Владивостоке, в Центре компетенций по возобновляемой энергетике на острове Русский. Систему, совмещенную с солнечной электростанцией, проверяют на эффективность в различных условиях, включая изолированный режим и режим работы параллельно с сетью. В 2022 году планируются испытания совместно с дизель-генераторной установкой и с ветровой электростанцией. Испытания призваны подтвердить тезис о том, что эксплуатация гибридного устройства экономически целесообразнее, чем использование накопителя на основе одного типа аккумуляторов. При подтверждении расчетных параметров запланирована опытная «обкатка» устройства в одном из изолированных районов.

Начальник управления инновационного развития Департамента инноваций РусГидро Игорь Николаев отмечает, что развитие ВИЭ совместно с системами накопления энергии позволит существенно снизить остроту проблем, связанных с дорогостоящим завозным топливом. «С технологической точки зрения перспективы внедрения энергокомплексов на базе ВИЭ в отдаленных изолированных районах хорошие, но только в сочетании с системами накопления энергии.

Также отмечу, что проточные батареи имеют потенциал полной локализации производства в России. В нашей стране ведутся разработки по созданию электролита на базе отечественного сырья и остальных компонентов: системы управления, мембраны, разрядного блока. Все это позволит наладить производство накопителей по конкурентной цене и сосредоточиться на повышении их эффективности», – заключает Игорь Николаев.