АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТЕЙ ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ОЕС УКРАЇНИ - Scientific conference
Main page
UA RU EN

Congratulation from Internet Conference!

Hello

Рік заснування видання - 2011

АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТЕЙ ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ОЕС УКРАЇНИ

22.09.2022 18:36

[3. Technical sciences]

Author: Лавринович Павло Васильович, аспірант, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Інститут енергозбереження та енергоменеджменту


Анотація: Основне завдання дослідження зв’язане з питанням сучасних українських та світових тенденцій  у підході до покращення ефективності постачання електроенергії з використанням джерел генерації та способів акумулювання електроенергії. Розглядались публікації, що описували методи та способи збільшення ефективності електропостачання шляхом акумулювання електроенергії. 

Введення. Покращення ефективності постачання електричної енергії є одним з основних завдань сучасної енергетики. Це питання розглядалось науковцями з багатьох сфер енергетики, що в сукупності створюються одну систему. Кожна з цих сфер, відіграє важливу ланку загального поняття. Збільшення ефективності електропостачання це не лише покращення якості ліній електропередача, але й вибір якісного палива для джерел генерації, покращення графіків споживання електроенергії, модернізація систем контролю постачання, зменшення вартості електроенергії, правове забезпечення технічного регулювання, тощо. Звідси, можна визначити, що на сьогоднішній день у питаннях ефективності електропостачання дослідниками було проведено чимало складових такого процесу у різних сферах. Як окремо, так і в сукупному поєднанні декількох напрямків. Тому саме поєднання двох систем генерації та акумулювання електроенергії є дуже важливим для сучасної науки.

Аналіз існуючих систем накопичення енергії (СНЕ). Системою, яка відноситься до традиційних джерел генерації, акумулювання електроенергії та балансуванні електроенергії ГЕС та ГАЕС. Дані види генерування є повністю екологічні, а також, дають можливість швидкого маневрування потужністю. Проте, потребують великої площі землі, а окремо для ГАЕС, недоліком також є тривалий час переходу від режиму генератора в насосний і навпаки [1].

Наразі, існує велика кількість систем акумулювання, що поділяються за принципом роботи та за тривалістю зберігання. Основними з яких є: 

1) Механічні  ГАЕС, пневмоакумулятори, супермаховики [2].

2) Електрохімічні, це акумуляторні батареї або системні накопичувачі енергії, паливні комірки, проточні редокс-акумулятори, суперконденсатори.

3) Електромагнітні  індуктивні надпровідникові накопичувачі [3].

Існує безліч типів акумуляторних батарей, що відрізняються за електролітами. Для енергетики найчастіше застосовують: літій-іонні, свинцево-кислотні, нікель-кадмієві, бром цинкові. 

- Паливні комірки, це пристрої, генерація електроенергії в яких, відбувається за рахунок хімічної реакції в спеціальній комірці. У випадку використання у цій системі водню це, так зване «холодне горіння» водню. Дана технологія є дуже перспективною завдяки своїй автономності та можливості широкого застосуванні в будь-яких сферах [3].

- Проточні редокс-акумулятори, базуються на поєднанні двох рідких електролітів. 

- Суперконденсатор акумулювання енергії проходить з використання статичного заряду. Відрізняється від звичайного конденсатора великою ємністю. Поділяються на електростатичний з сухим сепаратором, електролітичний, суперконденсатор, мають відмінні сфери застосування. 

- ГАЕС, де основним є принцип перепаду рівнів води. Є два режими роботи: генерування - як турбіна, що приводиться в рух водою накопиченою в басейні та накопичення - як насос, що заповнює басейн [4].

- Пневмоакумулятори. Зберігають енергію у вигляді стисненого повітря.

- Супермаховик - це один з видів маховика, що накопичує механічну енергії, на відміну від звичайних маховиків здатний накопичувати більше енергії завдяки застосуванню в конструкції магнітних підшипників та розташуванню обертової частини маховика у вакуумі. 

- Індуктивні надпровідникові накопичувачі, що накопичують енергію в магнітному полі індукційної котушки, в якій струм циркулює без втрат. 

- Гібридна СНЕ складається з двох або більше систем акумулювання. У випадку з двома системами: одна відповідає за покриття потужних довготривалих просідань та піків, а друга за компенсацію короткострокових відхилень та інших перехідних процесів системи. 

В автономних micro-grid системах частіше використовується поєднання індуктивних напівпровідникових накопичувачів та літій-іонних батарей [5]. В такому поєднанні акумулятори компенсують глибокі та довготривалі піки, так як обмежені в кількості циклів зарядорозряду, але здатні довго зберігати енергію, а індуктивні накопичувачі приймають на себе короткочасні різкі піки завдяки необмеженому числу заряду/розряду та миттєвому відклику на зміни в мережі. 

Схожі поєднання застосовуються в автомобільній техніці – «суперконденсатор - акумулятор» [6], а також «акумулятор - паливна комірка» [7] та домогосподарствах: один будинок, району чи регіону споживачів. 

Для окремо розташованих відновлювальних джерел енергії (ВДЕ), також застосовуються комбінації «суперконденсатор - акумулятор», що дає можливість повністю реагувати на усі коливання в системі.

СНЕ та надійність електропостачання. Надійність енергосистеми це властивість, яка визначається виключно у сукупності. До її складових входять можливість системи генерувати, передавати а також розподіляти і постачати електрику кінцевому споживачу в кількості необхідній для споживача і з якістю, що встановлюється законом. Ця система будується на взаємодії генеруючих установок, електромереж і електроустановок споживачів. Основним завданням енергосистеми є задовільнити загальний попит на електроенергію, протистояти чинникам, які впливають на нормальну роботу та відновлювати свої функції після їх порушення [8]. 

Генеруючі установки, що призначені для вироблення електроенергії, використовують такі ресурси, як природні водні течії, вугілля або відновлювані джерела енергії. У випадку мережі передачі, що складається з мережі високої напруги (як правило, понад 35 кіловольт), вона використовується для передачі електроенергії від генеруючої установки до розподільчої мережі. Сама ж розподільча мережа, це мережа низької та середньої напруги, яка використовується для доставки електроенергії споживачам [9]. 

Кожна зі складових енергосистеми працює за допомогою окремих складових, робота яких напряму впливає на надійність електропостачання. Цими складовими є технічні засоби, програмне забезпечення та обслуговуючий персонал. Дані складові, відповідно, формують три основні групи впливу, такі як технічні, програмні, експлуатаційні [10]. 

З появою відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в системі генерації з'являються нові завдання підтримки надійності на належному рівні. Відновлювальні технології набули настільки стрімкого розвитку, що до 2027 року глобальні потужності ВДЕ зростуть до більше 60% порівняно з 2021 роком. Генерація з ВДЕ дає можливість отримати електроенергію, вартість якої є дешевшою, навіть, за атомну, водночас не забруднюючи навколишнє середовище парниковими газами та токсичними речовинами, які напряму впливають на життєдіяльність населення [11].

У той же час, відновлювані джерела генерації збільшую інтенсивність появи коливань у балансуванні енергосистеми, тим самим створюючи ризики порушення надійності. Оскільки генерація є нестабільною, а кількість виробленої електроенергії дуже важко спрогнозувати. Впровадження систем накопичення електроенергії може бути вирішенням цих питань [11].

Максимум виробництва електроенергії за рахунок СЕС чи ВЕС не відповідає графіку споживання, а стрімку збільшення коливань в генерації приводять до спаду рівня якості електропостачання. СНЕ можуть допомогти вирішити цю проблему. СНЕ дасть резерв, у якому акумулюються надлишки генерації поки не виникне потреба у додатковій електроенергії.

До того ж, не можливо не згадати про втрати енергії в системі розподілу, що обумовлена відстанню між генератором та споживачем. Наразі такі витрати досягають більше ні 50%. У Євросоюзі цей відсоток сильно нижче завдяки, в тому числі і ефективній роботі СНЕ [11]. В Україні розподілена потужність дуже висока і СНЕ можуть допомогти зняти навантаження з ліній електропередачі.

Ще одним питанням є те, що розташування генеруючих потужностей в Україні, розподілене не рівномірно. Таким чином, східні та південні регіони України перенасичені генерацією (як традиційною – ГЕС, АЕС, ТЕС, так і відновлювальною – СЕС та ВЕС). А в центрі та на заході країни, генерації не вистачає. Використання СНЕ дозволить зменшити витрати на модернізацію розподільчих мереж. Та зекономити на будівництві ліній електропередачі.

Також, в умова військового стану в Україні, питання використання СНЕ стало актуальним у напрямі додаткового резерву. Генератори, які знаходяться на окупованих територіях, не можуть розглядатись як гарант живлення. В такому випадку, для споживачів втрачається рівень категорії надійності. Саме СНЕ, тоді, може бути використане як резервне джерело живлення для нагальних потреб.

На даний час, в Україні збільшення використання СНЕ можна бачити в енергосистемах приватних будинків та невеликих підприємств для зберігання надлишків виробленої енергії та отримання незалежності від перебоїв у мережі. 

Проте, з точки зору законодавства, СНЕ не розглядається як учасник ринку. Як наслідок, це не дозволяє використовувати всі існуючі перевагами таких технологій на прикладі європейських сусідів. 

Впровадження СНЕ в ОЕС України дасть перспективу забезпечити регулювання графіку генерації в мережу. Та дозволить покращити балансування енергосистеми та розвиток розподіленої генерації, що доволі актуально з урахуванням інтеграції України до європейської енергетичної системи [11].

Висновки. Огляд літератури показує що СНЕ є дуже перспективним напрямком в побудові модернової системи електропостачання. Дана система стрімко розвивається та може адаптуватися під енергосистему України. А її необхідність обумовлена бурхливим ростом кількості потужностей відновлювальної генерації.  Зміною графіків генерування та необхідністю балансування між генерацією та споживанням. 

На сьогоднішній день, системи накопичення електроенергії, можуть розглядатися як в питаннях регулювання співвідношення генерації та споживання електроенергії, так і в питанні підвищення надійності постачання електроенергії споживачу. 

З’являється необхідність розробки математичної та комп’ютерної моделей, на основі яких можна досліджувати вплив зміни джерел генерації на балансування в енергосистемі. 

Крім цього, в масштабі України, також видно що, з’являється необхідність в нових правилах ринку, де будуть враховані накопичувачі електроенергії, в тому числі й тарифи на послуги з їх застосування. 

Список використаних джерел:

1. Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики [Електронний ресурс] / [Е. Т. Базеев, Б. Д. Билека, Е. П. Васильев та ін.] // Енергетика: історія, теперішне та майбутне. – 2012. – Режим доступу до ресурсу: http://energetika.in.ua/ru/books/book-3.

2. Системи акумулювання електроенергії, аналіз можливостей та їх поєднання для застосування в енергосистемі [Електронний ресурс] /– 2022. – Режим доступу до ресурсу: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/48631/1/vestnik_KhPI_2018_10_Ivakhnov_Systemy.pdf

3. A. Andrijanovits, H. Hoimoja, D. Vinnikov. Comparative Review of Long-Term Energy Storage Technologies for Renewable Energy Systems // Electronics and Electrical Engineering. – Kaunas: Technologija, 2012. – No. 2(118). – P. 21–26

4. Hybrid energy storage systems for renewable energy applications. // ELSEVIER. – 2015. – №73. – С. 103–111.

5. A novel use of the hybrid energy storage system for primary frequency control in a microgrid / [L. Jianwei, Y. Qingqing, Y. Pengfei та ін.]. // ELSEVIER. – 2016. – №103. – С. 82–87.

6. Design and new control of DC/DC converters to share energy between supercapacitors and batteries in hybrid vehicles / M.Camara, H. Gualous, F. Gustin, A. Berthon. // IEEE. – 2008. – №57. – С. 2721– 2735.

7. Jiang Z. A compact digitally controlled fuel cell/battery hybrid power source / Z. Jiang, R. Dougal. // IEEE. – 2006. – №53. – С. 1094–1104

8. Економіка енергетики [Електронний ресурс] // Навчальні матеріали онлайн. – 2018. – Режим доступу до ресурсу: http://pidruchniki.com/73741/ekonomika /energetika_strukturi_natsionalnogo_gospodarstva#58.

9. Ward, David M. "The effect of weather on grid systems and the reliability of electricity supply." Climatic Change 121.1 (2013): 103-113.

10. Фактори, що впливають на надійність електропостачання [Електронний ресурс] / [С.М. Бабюк, канд. техн. наук, О.В Красножоний, В.П. Барило, Б.В. Брич.] – 2020. – Режим доступу до ресурсу: http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/lib/34722/2/AZST_2020v2_Babiuk_S_M-Factors_affecting_the_reliability_84-85.pdf

11. Системи накопичення енергії: кому і для чого вони потрібні електропостачання [Електронний ресурс] /– 2022. – Режим доступу до ресурсу:  https://nakipelo.ua/sistemi-nakopichennya-energii-komu-i-dlya-chogo-voni-potribni/

___________________

Науковий керівник: Замулко Анатолій Ігорович, кандидат технічних наук, доцент, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Інститут енергозбереження та енергоменеджменту



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Another articles in this section

Сonferences

Conference 2024

Conference 2023

Conference 2022

Conference 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення