Электрохимические накопители энергии ключ к энергетики будущего

Одним из перспективных проектов, реализуемых сотрудниками университета, является разработка систем накопления электроэнергии в системе автономного электроснабжения в децентрализованных зонах с использованием гибридных систем, состоящих из традиционных генерирующих источников и систем накопления электроэнергии. Он стартовал  в 2018 году совместно с индустриальным партнером ООО «Ольдам» при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках исполнения соглашения №075-02-2018-190 от 04.12.2018г. (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57418X0188).

Основная цель проекта разработка электрохимического накопителя энергии с высокой энергоемкостью, экспериментальная 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.

В качестве основных результатов проекта можно отметить:

1.Получены на годовом интервале времени типовые СПМ нагрузок основных групп потребителей разрабатываемой технологии.

2. Определены параметры типовых пиковых нагрузок.

3. Разработана методика определения параметров НЭ для основных групп потребителей.

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 оптимального управления режимами работы электрохимического НЭ для АСЭ (микрогрид) на основе ГПУ, включая оптимизацию работы системы отключения цилиндров газопоршневого 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.

Доказана эффективность электрохимических НЭ в качестве стабилизаторов 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 форсировкой тока разряда аккумуляторных батарей при КНЭ для поддержания необходимого уровня остаточного напряжения на нагрузке; получены условия выбора параметров форсировочного 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 экономическая эффективность применения НЭ для поршневых энергоустановок на жидком топливе.

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  природном 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 направлений 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 потребления товара в виде отказа от дизельных энергоустановок на привозном топливе в нефтедобывающей отрасли. В социальной сфере будет иметь место эффект облегчения работы персонала по эксплуатации энергоустановок, обеспечение нормальных условий проживания на территориях, лишенных централизованного электроснабжения, за счет повышения его надежности и качества. Прогноз влияния полученных результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества состоит в формировании технических требований к силовым элементам, накопителям и системам управления электротехническим комплексом на основе ГПУ, получаемых в рамках поставок от зарубежных партнеров. 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.

Подробная информация представлена по ссылке