Как работает промышленный накопитель электроэнергии

Промышленный накопитель помогает предприятию снизить расходы на электроснабжение, сохранить питание важного оборудования при отключении сети или обеспечить дополнительную мощность в периоды высокой нагрузки. Для этого он заранее запасает энергию в аккумуляторных батареях и отдаёт её тогда, когда это нужно предприятию. Состав системы и режим её работы подбирают под конкретную задачу.

Как накопитель помогает снизить затраты

Один из основных способов экономии — уменьшение платы за мощность. Если предприятие оплачивает мощность отдельно, на размер этой платы влияет его потребление из сети в часы максимальной нагрузки энергосистемы. Чем меньше мощности предприятие берёт из сети в эти часы, тем меньше соответствующая часть платежа.

Накопитель позволяет уменьшить это потребление без остановки оборудования. Его заранее заряжают, а в предполагаемые часы максимума он начинает питать часть нагрузки. Например, если работающему оборудованию требуется 3 МВт, накопитель может обеспечить 1 МВт, а оставшиеся 2 МВт поступят из сети. Оборудование продолжает работать, но в расчёте платы за мощность учитывается меньшее потребление из сети. Это упрощённый пример без учёта потерь и собственных нужд системы.

Час максимума прогнозируют, поэтому разряд могут планировать на несколько часов, чтобы охватить нужный период. Размер экономии зависит в том числе от того, удалось ли снизить потребление именно в фактический час максимума.

Ещё один возможный источник экономии — разница цен на электроэнергию в течение суток. Накопитель заряжают, когда энергия дешевле, и используют этот запас в более дорогие часы. Применимость такого режима зависит от условий оплаты. Общий эффект рассчитывают с учётом расходов на зарядку, потерь и стоимости использования системы.

Как накопитель обеспечивает резервное питание

При отключении внешней сети накопитель может продолжить питание оборудования, которое важно сохранить в работе. Например, поддержать необходимые производственные процессы до восстановления электроснабжения или запуска резервного генератора.

Для этого подбирают систему с нужной мощностью, запасом энергии и возможностью перехода на автономную работу. Заранее определяют, какое оборудование она будет питать, как долго и какой перерыв при переключении допустим.

Если накопитель одновременно используют для экономии и резервного питания, часть запаса сохраняют на случай отключения. Этот резерв учитывают при планировании ежедневных зарядов и разрядов.

Когда нужна дополнительная мощность

На предприятии могут быть периоды, когда оборудованию требуется больше мощности, чем можно получить из сети. Накопитель способен покрывать эту разницу в пределах своей мощности и запаса энергии. Когда нагрузка снижается, его снова заряжают. Возможность такого решения проверяют по графику потребления и условиям подключения предприятия.

Из чего состоит промышленный накопитель

Система накопления электрической энергии, или СНЭЭ, объединяет несколько узлов. Каждый выполняет свою задачу: батареи хранят энергию, силовой преобразователь обеспечивает её приём и отдачу, а управление согласует работу оборудования.

Аккумуляторные батареи. Отдельные аккумуляторные элементы собирают в модули, из которых формируют батарейные блоки и стойки. Так получают запас энергии, необходимый для конкретного проекта. При зарядке электрическая энергия превращается в химическую, а при разрядке — обратно в электрическую.

Силовой преобразователь. Сеть предприятия работает на переменном токе, батареи — на постоянном. Поэтому напрямую подключить их к обычной сети нельзя. При зарядке преобразователь переводит переменный ток в постоянный, а при разрядке выполняет обратное преобразование и подаёт энергию в сеть предприятия.

Управление и контроль. В накопителе нужно контролировать состояние батарей и управлять работой системы в целом. Первый следит за состоянием батарей и их допустимыми режимами — это система управления батареями (BMS, от английского Battery Management System). Второй определяет режим накопителя в целом: когда заряжаться, когда отдавать энергию и с какой мощностью. Это система управления энергией (EMS, от английского Energy Management System). Состав контроллеров и распределение функций зависят от конкретного оборудования.

Вспомогательное оборудование. Охлаждение и при необходимости обогрев поддерживают температурные условия работы батарей. Средства измерения передают данные управлению. Коммутационные аппараты и защиты обеспечивают подключение и отключение оборудования. Противопожарные решения выбирают в составе проекта.

Узлы могут размещаться в шкафах или контейнерах. Если напряжение силового оборудования отличается от напряжения сети в точке подключения, предусматривают трансформатор. Поэтому внешний вид и состав двух промышленных накопителей могут заметно различаться.

Что происходит при зарядке, хранении и разрядке

Проследим рабочий цикл системы, которая заряжается от сети и затем помогает снизить потребление предприятия в часы максимума.

Зарядка. Электроэнергия поступает из сети через преобразователь в батареи. В это время сеть обеспечивает и работающие установки предприятия, и зарядку накопителя. Управление должно учитывать доступную мощность подключения: зарядка добавляет нагрузку, поэтому её время и мощность согласуют с графиком работы предприятия.

К началу выбранного периода разряда в батареях должен быть необходимый запас энергии. Время зарядки подбирают с учётом работы предприятия, доступной мощности подключения и условий оплаты электроэнергии.

Хранение. После завершения зарядки энергия остаётся в батареях до момента использования. Система продолжает контролировать их состояние и поддерживать нужную температуру. Для работы управления и вспомогательного оборудования также требуется энергия.

Разрядка. В запланированное время управление задаёт мощность отдачи. Энергия проходит из батарей через преобразователь в сеть предприятия и поступает к оборудованию. Внешняя сеть продолжает обеспечивать оставшуюся нагрузку.

В таком режиме предприятие остаётся подключённым к сети. Переход на резерв при аварии — другой режим: система должна иметь предусмотренные проектом средства отделения резервируемого участка от внешней сети и поддержания его автономной работы.

После завершения разряда накопитель готовят к следующему циклу. Его фактический график может меняться: например, если изменились производственная нагрузка, прогноз часа максимума или необходимый резерв энергии.

Как управление определяет, когда и сколько энергии отдавать

Режим задают исходя из цели проекта. Для снижения платы за мощность определяют предполагаемые часы максимума и планируют, какую часть нагрузки накопитель будет покрывать в каждый из них. Для резервного питания задают запас, который должен оставаться доступным при отключении сети.

При выполнении этого плана управление учитывает состояние батарей и ограничения оборудования. Если энергии осталось меньше необходимого, система не сможет поддерживать прежнюю мощность разряда столько же времени. Если часть запаса выделена для аварийного питания, её нужно учитывать отдельно при планировании экономии.

Поэтому результат зависит и от оборудования, и от настройки его работы. Подходящая мощность и достаточный запас энергии должны сочетаться с режимом, который решает задачу предприятия.

Какие технические показатели описывают работу накопителя

Для первого знакомства важнее всего два показателя: мощность и энергоёмкость.

Мощность, измеряемая в кВт или МВт, показывает, какую нагрузку накопитель способен обеспечить в данный момент. Например, система с допустимой длительной мощностью разряда 1 МВт может покрыть соответствующую часть нагрузки предприятия.

Энергоёмкость, измеряемая в кВт·ч или МВт·ч, характеризует запас энергии. При одной и той же мощности больший доступный запас позволяет дольше поддерживать нагрузку. Здесь нужно различать номинальную энергоёмкость батарей и энергию, которую система может фактически передать оборудованию предприятия.

При постоянной мощности время работы можно оценить так:

Время разряда, ч = доступная энергия, МВт·ч / мощность разряда, МВт.

Если нагрузке доступны 2 МВт·ч, при отдаче 1 МВт этого запаса хватит примерно на 2 часа. Для такого расчёта потери, собственные нужды и ограничения использования батарей уже должны быть учтены в доступной энергии. Деление номинальной энергоёмкости на мощность даёт только предварительный ориентир.

При техническом сравнении систем полезно уточнить следующие характеристики:

Пример: как накопитель работает в течение дня

Предположим, в выбранный двухчасовой период предприятие потребляет 3 МВт. Задача накопителя — в течение этих двух часов обеспечивать 1 МВт нагрузки, чтобы из внешней сети поступало 2 МВт.

До начала этого периода систему заряжают. Для выполнения задачи ей нужно передать предприятию 2 МВт·ч. При зарядке потребуется получить больше энергии, поскольку часть будет потеряна при преобразовании и израсходована на собственные нужды.

В первый час накопитель отдаёт 1 МВт·ч и во второй — ещё 1 МВт·ч. Если фактический час максимума энергосистемы попал в этот период, потребление из сети в расчётный час будет меньше. Если максимум оказался за его пределами, именно этот разряд не обеспечит запланированного снижения оплачиваемой мощности.

Все числа в примере условные, потери в балансе мощности не показаны. Пример объясняет связь между мощностью, запасом энергии и расписанием разряда. Для конкретного предприятия расчёт выполняют по его графику потребления и условиям энергоснабжения.

С чего начинается подбор системы

Сначала определяют задачу: снизить затраты, обеспечить резерв или покрывать дополнительную нагрузку. Затем изучают график потребления и возможности подключения. Для резервного питания отдельно составляют перечень оборудования, которое должно продолжить работу, и определяют необходимое время его поддержки.

На этой основе выбирают мощность, энергоёмкость, состав оборудования и режим работы накопителя. Так характеристики системы связывают с конкретным результатом, который нужен предприятию.

Подойдёт ли накопитель вашему предприятию?
Специалисты ЭСК Новая Энергия изучат задачу и график потребления, чтобы оценить возможность применения системы накопления.
Обсудить задачу