Федеральная целевая программа

Тема: «Разработка систем накопления электроэнергии в системе автономного электроснабжения в децентрализованных зонах с использованием гибридных систем, состоящих из традиционных генерирующих источников и систем накопления электроэнергии»

Проект реализуется при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках исполнения соглашения №075-02-2018-190 от 04.12.2018г., мероприятие 1.2, ФЦП ИР 2014-2020.

Исполнитель – ФГБОУ ВО «КГЭУ»

Индустриальный партнер – ООО «Ольдам»

Сроки реализации проекта 2018-2020 годы.

Общий объем финансирования проекта  составляет 99 млн. руб. в том числе:

-за счет средств федерального бюджета 60 млн. руб.

     2018 – 20 млн. руб.;

     2019 – 20 млн. руб.;

     2020 – 20 млн. руб.

-за счет внебюджетных средств (средства Индустриального партнера) 39 млн. руб.:

     2018 году в размере 6 200 000 (Шесть миллионов двести тысяч) рублей;

     2019  году  в  размере 25  890  000  (Двадцать  пять  миллионов  восемьсот девяносто тысяч) рублей;

     2020 году в размере 6 910 000 (Шесть миллионов девятьсот десять тысяч) рублей.

1. Цель проекта

Разработка электрохимического накопителя энергии с высокой энергоемкостью, экспери-ментальная апробация научно-технических решений по созданию электрохимического накопителя энергии для обеспечения устойчивости автономных систем электроснабжения на основе ГПУ и обеспечение мультиплицирования за счет открытой блочно-модульной архитектуры.

2. Основные результаты проекта

1.Получены на годовом интервале времени типовые СПМ нагрузок основных групп по-требителей разрабатываемой технологии. 2. Определены параметры типовых пиковых нагрузок. 3. Разработана методика определения параметров НЭ для основных групп по-требителей. 4. Путем сопоставления графиков выдачи мощности и суточных графиков нагрузки определены алгоритмы реализации режимов заряда-разряда НЭ. 5. Обоснованы основные технические параметры ГПУ с учетом режимов основных групп потребителей. 6. Выполнено имитационное моделирование НЭ регулирования баланса мощности АСЭ в установившихся режимах и при КНЭ. 7. Выполнено теоретическое обоснование опти-мального управления режимами работы электрохимического НЭ для АСЭ (микрогрид) на основе ГПУ, включая оптимизацию работы системы отключения цилиндров газопоршне-вого двигателя, по критериям снижения расхода топлива энергоустановок и снижения их установленной мощности. 8. Разработаны алгоритмы управления ЭТК «ГПУ – накопитель энергии».  Его реализация в программно-аппаратном виде показала необходимость ввода дифференцирующего звена для быстрейшей отработки возмущений со стороны нагрузки с целью стабилизации частоты тока в автономной системе электроснабжения. 9. Отладка системы регулирования ЭТК «ГПУ – накопитель энергии» на базе его имитационной модели показала эффективность работы комплекса как при ступенчатых изменениях нагрузки, так и при её статичных вариациях. 10. На основе проведенных дополнительных патентных исследований поданы две заявки на патенты. 11. Анализ эффективности применения НЭ для локальных систем электроснабжения показал, что комплектация дизельных электростанций и ГТУ накопителями энергии обеспечивает окупаемость дополнительных затрат в пределах нескольких лет. 12. Разработаны структурная и функциональная схемы НЭ. 13. Изготовлен экспериментальный образец электрохимического НЭ и проведены его  испытания в режиме заряда-разряда. 14. Изготовлен испытательный стенд-полигон автономной системы электроснабжения (микрогрид) на основе ГПУ и проведены его пускона-ладочные работы. 15. Разработаны программа и методики испытаний экспериментального образца НЭ. 16. Разработана конструкторская документация на экспериментальный образец НЭ. 17. Подготовлены заказные спецификации, эскизная конструкторская документация на испытательный стенд-полигон и на экспериментальный образец НЭ.

Оценка новизны. Доказана эффективность электрохимических НЭ в качестве стабилиза-торов частоты переменного тока в составе ГПУ при ступенчатом изменении нагрузки; подтверждено патентом техническое решение использования НЭ в составе поршневых энергоустановок для форсировки возбуждения генераторов при провалах напряжения; обоснована эффективность перевода НЭ в режим источника реактивной мощности с фор-сировкой тока разряда аккумуляторных батарей при КНЭ для поддержания необходимого уровня остаточного напряжения на нагрузке; получены условия выбора параметров фор-сировочного трансформатора в системах возбуждения генераторов поршневых энерго-установок для предотвращения их развозбуждения при КНЭ; получены условия выбора мощности НЭ по критерию минимума расхода топлива в условиях суточного изменения графика нагрузки с учетом вида расходной характеристики энергоустановок; предложена формула расчета мощности энергоустановок в локальных системах электроснабжения на основе актуализированных нагрузок жилищно-бытового сектора; обоснована экономиче-ская эффективность применения НЭ для поршневых энергоустановок на жидком топливе.

3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

Изобретение патент №2704313 от 28.10.19 «Система форсировки возбуждения автономного синхронного генератора,входящего в электротехнический комплекс, с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности»

Изобретение заявка №2019137159 от 19.11.2019 «Комбинирированная система плавки го-лоледа и сглаживания графиков нагрузки с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности, находящихся в составе автономной энергоустановки»

Изобретение заявка №2019137464 от 20.11.2019 «Комбинирированная система плавки го-лоледа и сглаживания графиков нагрузки с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности, находящихся в составе автономной энергоустановки»

  4. Назначение и область применения результатов проекта

Экономически оправданы НЭ для дизельных электростанций на удаленных территориях за счет  экономии  жидкого топлива. Установка НЭ в составе ГПУ, работающих на  при-родном и попутном газе, позволяет их применять для систем промышленного электро-снабжения и не допускать снижения частоты свыше установленных нормативов при набросе нагрузки. Полученные результаты по развитию научно-технических направ-лений заключаются в дополнении ГПУ электрохимическим накопителем электроэнергии, сглаживающим нагрузку на ГПУ и предотвращающим аварийный останов ГПУ при её бросках. Новое техническое решение, заключающееся в использовании в составе ГПУ электрохимического накопителя электроэнергии, влияет на изменения в части потребле-ния товара в виде отказа от дизельных энергоустановок на привозном топливе в нефтедо-бывающей отрасли. В социальной сфере будет иметь место эффект облегчения работы персонала по эксплуатации энергоустановок, обеспечение нормальных условий прожива-ния на территориях, лишенных централизованного электроснабжения, за счет повышения его надежности и качества. Прогноз влияния полученных результатов на развитие иссле-дований в рамках международного сотрудничества состоит в формировании технических требований к силовым элементам, накопителям и системам управления электротехниче-ским комплексом на основе ГПУ, получаемых в рамках поставок от зарубежных партне-ров. Развитие системы демонстрации и популяризации науки заключается в представлении научных результатов проекта в виде публикаций и докладов на конференциях международного уровня.  Развитие материально-технической и информационной инфраструктуры заключается в формировании запроса на разработку и производство электрохимических накопителей  электроэнергии, развитие информационных технологий в рамках систем автоматического управления одиночными и групповыми ГПУ с накопителями.

5. Эффекты от внедрения результатов проекта

Ожидаемые эффекты а счет использования накопителей электроэнергии в составе га-зопоршневой установки: снижение номинальной мощности газопоршневой установки за счет сброса мощности накопителем электроэнергии;  исключение дополнительной резер-вирующей энергоустановки; повышение экономичности, надежности передачи и качества электроэнергии в автономных системах электроснабжения. Ожидаемый социально-экономический эффект: снижение количества обслуживающего вахтового персонала в сравнении с дизельными энергоустановками; снижение материало- и энергоемкости энергоустановок; уменьшение отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду за счет исключения замусоривания территории топливными емкостями; повышение качества жизни населения на территориях децентрализованного электроснабжения за счет повышения надежности и качества поставляемой электроэнергии.

6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

Коммерциализацию РИД предполагается осуществлять путем передачи в рамках лицензи-онных соглашений исключительных прав Индустриальному партнеру. За счет РИД будут созданы новые виды продукции, а именно ГПУ с  электрохимическим накопителем и адаптивная система управления работой электротехнического комплекса. Предполагае-мые рынки сбыта: все территории нефтедобычи с наличием попутного газа. Емкость внутреннего рынка – порядка 600 МВт и выше. Развитие рынков сбыта – экспортный по-тенциал более 50 МВт ежегодно в течение 5 лет. Прогнозируемые объемы продаж: свыше 20 МВт ежегодно на внутреннем рынке. Срок окупаемости – не свыше 4 лет.

7. Наличие соисполнителей

Соисполнители к выполнению проекта не привлекаются.