Одним из путей повышения эффективности энергопользования может являться внедрение технологий, сохраняющих энергию и выдающих ее в сеть по мере необходимости. Проектирование производственной технологии на промышленных предприятиях сейчас должно включать современные накопители энергии, которые способны помочь потребителю реализовать оптимальные режимы работы оборудования путем хранения и преобразования энергии.

Одной из самых главных проблем и особенностей электрических сетей с самого момента их появления оставалась зависимость уровня потребления энергии от времени суток. В наше время к ней прибавилась зависимость выработки электроэнергии от множества дополнительных факторов, быстро меняющихся в течение дня.

Внедрение новых энергетических технологий в промышленность

Новые производственные технологии в промышленности имеют предпосылки для широкого внедрения систем накопителей энергии, к ним относятся многотарифная система оплаты электроэнергии, развитие локальной генерации с внедрением возобновляемых источников энергии. По оценкам экспертов, годовой рост мирового рынка накопителей электроэнергии составляет 27%. Можно предположить, что в дальнейшем управление проектом на промышленном предприятии будет требовать решения задачи выбора электрического накопителя.

Накопитель электроэнергии может использоваться в различных сетях и выполнять разные функции:

• в качестве буферного накопителя для выравнивания суточной неравномерности электрической нагрузки;
• по графику минимального тарифа на электроэнергию с локальным использованием накопленной энергии.

Ключевыми функциями накопителей в управлении запасами промышленного предприятия являются:

• выравнивание графиков суточной неравномерности электрической нагрузки в сети;
• работа в автономной сети с относительно маломощными потребителями;
• обеспечение системной надежности потребителей;
• реализация бесперебойного питания особо важных объектов, а также собственных нужд подстанций;
• сглаживание колебаний мощности, стабилизация работы малоинерционных систем распределенной генерации;
• работа по графику минимального тарифа на электроэнергию с локальным использованием накопленной энергии.

В нашей стране есть ряд предпосылок, свидетельствующих о перспективах широкого внедрения новых технологий в промышленность, позволяющих повысить эффективность использования и перераспределения накопленной энергии. К ним относятся такие факторы:

• существование районов с выраженным энергодефицитом;
• значительная удаленность потребителей от источников генерации;
• несоответствие качества электроэнергии в регионах установленным стандартам;
• отсутствие источников резервного питания у многих предприятия и объектов инфраструктуры;
• низкая энергоэффективность основных промышленных потребителей электроэнергии.

В некоторых случаях проектирование производственной организации вызывает серьезные сложности из-за труднодоступности объектов, например, в условиях Крайнего Севера. Использование накопителей позволяет решить большинство трудно трудновыполнимых задач. При принятии решения об их применении в электроэнергетике исследуют различные характеристики накопителей, определяемые их физическими свойствами. К основным характеристикам относятся:

• мощность, которую может поставить в энергосистему накопитель;
• энергоемкость — объем энергии, которую накопитель может сохранить;
• время отклика — время перехода накопителя из нерабочего состояния в состояние поставки энергии с требуемыми параметрами;
• время разряда — время, в течение которого энергия поставляется накопителем в энергосистему без следующей подзарядки.

Типы накопителей электроэнергии

Передовые методы организации производства строятся на базе новых технологических возможностей накопления электроэнергии. Сейчас разработано множество различных классификаций накопителей, однако с практической точки зрения наиболее объективным представляется разделение накопителей на два типа:

• электрохимические, которые преобразуют электрическую энергию в химическую энергию веществ;
• физические, преобразующие электроэнергию в механическую энергию.

К электрохимическим накопителям энергии относятся аккумуляторные батареи и накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов. К физическим накопителям – гравитационные накопители энергии (ГАЭС) и кинетические накопители энергии (маховики).

К электрохимическим накопителям энергии относятся:

• свинцово-кислотные аккумуляторы;
• никель-кадмиевые аккумуляторы;
• натрий-серные аккумуляторы;
• литий-ионные аккумуляторы;
• накопители на основе молекулярных конденсатов;
• суперконденсаторы.

Электрохимические накопители энергии (за исключением последнего типа суперконденсаторов) имеют следующие ограничения в использовании:

• сравнительно высокая удельная стоимость систем;
• наличие экологических рисков, требования к размещению и утилизации;
• ограниченный цикл заряда/разряда, важность следованию регламента зарядки/разрядки;
• отсутствие технической возможности реагировать на короткие всплески потребления (кроме суперконденсаторов).

Молекулярные накопители находятся в стадии активной разработки, практическое применение имеет лишь сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии (СПИНЭ). Ключевой характеристикой индуктивного накопителя является быстродействие, позволяющее за миллисекунды откликаться на изменения в энергосистеме. Кроме того, в конструкции СПИНЭ не используются опасные для окружающей среды материалы, не происходит химических реакций.

К физическим накопителям электроэнергии относятся:

• гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
• накопители кинетической энергии.

Среди физических накопителей энергии на сегодняшний день наиболее перспективными являются агрегаты, работающие на принципе накопления кинетической энергии во вращающихся маховиках. В качестве вращающегося и накапливающего энергию элемента могут быть использованы классические (монолитные) маховики или более современные и перспективные супермаховики.

Все накопители энергии обладают как достоинствами, так и недостатками, поэтому решение о том, какой именно накопитель выбрать, должен принимать главный энергетик на производстве с учетом технических характеристик, мощностей и условий окружающей среды. Наибольшей запасаемой энергией обладают СПИНЭ, однако их производительность сильно зависит от температуры окружающей среды.

Как показывает сравнительный анализ технических показателей, накопители кинетической энергии могут стать самыми перспективными решениями по накоплению энергии с недостижимыми для других накопителей энергетическими параметрами, безопасностью и временем эксплуатации. Ожидается, что рынок накопителей электроэнергии в ближайшие годы станет одним из самых быстрорастущих подразделов рынка энергетического оборудования.

Применение электрических накопителей напрямую связано с задачами безопасности и требует четкого соблюдения инструкции по использованию, ответственность за это ложится на специалиста по технической безопасности. В целом накопители как средство предотвращения нарушений электроснабжения и обеспечения бесперебойного питания важных объектов уже доказали свою эффективность. Несмотря на некоторые проблемы, перспектива проектирования производственной технологии накопителей очень высокая.

Ознакомиться с полной версией материала и другими публикациями вы можете, оформив подписку на журнал “Главный инженер. Управление промышленным производством”  ИД «ПАНОРАМА».