В России на базе Национальной технологической инициативы (НТИ) в дорожных картах рынка Автонет определены технологические барьеры (запросы) к накопителям энергии для электротранспорта. Накопитель энергии должен:
–обеспечивать пробег в 600 км и более на одной зарядке;
–время заряда не более 3 мин (до 80%);
–количество циклов заряда не менее 20 000;
–температурный режим –50…+65°С)
В то же время для легковых автомобилей личного пользования к 2025 г. определены следующие требования к батарее (в сборе для одной ячейки:
–энергоемкость не ниже 350 Вт·ч/кг;
–удельная плотность запасаемой энергии не менее 800 Вт·ч/л;
–мощность- (при +25°С/ при –25°С) 1400/1000 Вт/кг;
–ток заряда, 300 А;
–циклируемость более 2000 циклов;
–стоимость, менее $100/кВт·ч;
–безопасность.
Данные параметры накопителя обеспечивают эксплуатационные и коммерческие характеристики для электромобилей со сроком активной эксплуатации до 10 лет.
Еще одной удивительной особенностью промышленных накопителей энергии является их совместимость с фотоэлектрическими установками (ФЭУ). Это преимущество позволяет предприятиям получать выгоду от выработки возобновляемой энергии, а также снижать зависимость от электросети, сокращать расходы и достигать целей устойчивого развития.
По мере внедрения новых технологий, таких как распределенная генерация, электромобили и "умные" счетчики, инфраструктура будет нуждаться в значительной корректировке энергопотребления.
Глава 2. Архитектура систем накопителей электрической энергии
. Согласно ГОСТ Р 58092.2.1-2020 “Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Параметры установок и методы испытаний. Общее описание” содержит следующую архитектуру, рис. 2.1, а структура СНЭЭ с одной точкой подключения напряжения к сети (ТПН), рис.2.2, с двумя ТПН, рис.2.3.
Рис.2.1. Архитектура СНЭЭ
Рис. 2.2 Структура СНЭЭ с одним типом ТПН
Накопитель электрической энергии (НЭЭ) согласно ГОСТ Р 58092.1-2018 «Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Термины и определения», представляет собой установку с определенными границами, подключенная к электрической сети, включающая как минимум один накопитель электрической энергии, которая извлекает электрическую энергию из электроэнергетической системы, хранит эту энергию внутри себя в какой-либо форме и отдает электрическую энергию обратно в электроэнергетическую систему и которая включает в себя инженерные сооружения, оборудование преобразования энергии и связанное с ними вспомогательное оборудование.
Обычно СНЭЭ включает в себя несколько НЭЭ (аккумуляторов или др.) и множество иных элементов
Рис.2.3. Структура СНЭЭ с двумя типами ТПН
Размещение подсистем СНЭЭ может быть выполнено следующим образом, рис.2.4.
Рис.2.4. Пример размещения подсистем СНЭЭ
К основным функциям СНЭЭ можно отнести:
1.Выдача или потребление активной мощности. Используя эту функцию, можно найти направления применения СНЭЭ, а именно: выравнивание графика нагрузки, регулирование частоты, интеграция ВИЭ, бесперебойное питание и др.
2. Выдача или потребление реактивной мощности. При управлении реактивной мощностью энергия носителей не используется, задействуется лишь преобразователь и конденсатор в его составе.
3. Компенсации не симметрии.
4. Компенсация не синусоидальности.
Возможные места установки СНЭЭ в энергосистеме представлены на рис. 2.5
Рис. 2.5. Возможные места установки СНЭЭ в энергосистеме
Классификация направлений применения СНЭЭ по соотношению энергоемкости к мощности СНЭЭ представлена на рис.2.6, а по типу энергосистемы- на рис. 2.7.
Рис.2.6. Классификация направлений применения СНЭЭ
Рис. 2.7. Классификация по типу энергосистемы
СНЭЭ обеспечивает эффективность работы ВИЭ в энергосистеме:
1.Выравнивание неравномерности генерацию
2. Баланс электроэнергии и мощности.
3. Устойчивость параллельной работы.
4. Качество электроэнергии.
5.Оптимальное распределение загрузки.
6. Резервирование и повышение надежности.
Основные эксплуатационные показатели, которыми описываются накопители энергии вообще:
1.Удельная энергетическая емкость.
2. Время, затрачиваемое на накопление и рассеивание в нагрузке.
3. Объем (габариты) и масса накопителя.
4. Сроки его хранения и безопасность эксплуатации.
5. Возможность вторичного использования энергоносителя, представленного в той или иной форме.
Первый из приведенных показателей измеряется в специальных единицах (для электрической и электрохимической разновидности это будут кВт в час/кг или плотность накопления энергии).
Большое внимание уделяется безопасности хранения и использования накопленного энергоносителя. Особую важность этот вопрос приобретает при обращении с кислотными электролитами, вращающимися маховиками (кинетические накопители) и с охлажденным воздухом.
Основными критериями устройств накопления энергии, необходимыми для конкретного применения являются:
–количество энергии с точки зрения удельной энергии и плотности энергии;
–электрическая мощность, т.е. требуемая электрическая нагрузка;
–объем и масса;
–надежность;
–долговечность;
–безопасность;
–стоимость;
–возможность вторичной переработки;
–воздействие на окружающую среду.
При выборе устройств накопления энергии следует учитывать следующие характеристики:
–удельная мощность;
–емкость накопителя;
–удельная энергия;
–время отклика;
–эффективность;
–скорость саморазряда / циклы зарядки;
–чувствительность к теплу;
–срок службы заряда-разряда;
