Файл: Хранение энергии в контексте энергетического перехода обзор технологий Аннотация.docx

Сезонные хранилища могут сыграть важную роль, чтобы будущая сеть достигла высокого уровня RES. В распределенной или объемной форме, в соответствии с технологией ES, они могут не только частично хранить генерацию RES для последующего использования в будущем в контексте высокого уровня RES, но также улучшать текущее использование RES, используя излишки, которые тратятся впустую. Технологии, подходящие для этого применения, обычно требуют большой накопительной емкости и очень низких потерь на саморазряд.

Распределенная модель в этом случае будет рассматривать большие установки, предназначенные для установки генерации или в нескольких точках сети передачи. В этом случае могут быть применены такие технологии, как инновационные CAES (A-CAES, I-CAES, UW-CAES), а также LAES и PTES. Крупномасштабные сезонные аккумулирующие установки, подключенные к сети, в настоящее время основаны на PHS, зрелая и универсальная технология. Развитые страны концентрируют значительную часть строящихся в мире PHS, большая часть которых используется для обеспечения баланса спроса и предложения в часы пик. Эти страны уже изучили почти весь потенциал PHS в географически благоприятных местах, поскольку установка новых объектов затруднена из-за экологических проблем. Конкретным случаем, который можно изучить, является Бразилия, развивающаяся страна, которая может испытать развитие в области PHS.

Бразильская система производства электроэнергии в основном основана на гидроэлектроэнергии и биомассе сахарного тростника, ветровым и солнечным источникам еще предстоит пройти долгий и многообещающий путь, особенно в отношении последних двух RES. В Бразилии было построено только четыре относительно небольших PHS, одна из которых была связана с системой водоснабжения, а две - с реверсивным течением реки для снабжения гидроэлектростанции. Фактически, из-за обилия водных ресурсов в Бразилии была построена национальная система, основанная на гидроэнергетике, особенно в 1970–1980-х годах, и принятая стратегия безопасности энергоснабжения аккумулирования была в основном направлена на мониторинг и контроль уровней водяных плотин, а не на строительство новых PHSs. Однако, было показано, что эта стратегия подвержена воздействию засухи, и Бразилия уже испытывала трудности из-за сокращения производства гидроэлектроэнергии в начале 2000 года и в период с 2013 по 2015 годы. Еще одна проблема, связанная с этой стратегией, заключается в зависимости от очень больших плотин, которые больше не строятся с 1990-х годов из-за экологических проблем из-за больших площадей затопления. Некоторые инвентаризационные исследования потенциала PHS в Бразилии были проведены в 1980-х годах, и их следует обновить, чтобы оценить текущую жизнеспособность PHS в этих предлагаемых случаях, особенно с учетом модернизации традиционной гидроэлектростанции в PHS [185,186].

---

Помимо вышеупомянутых технологий, в основном технологий хранения механической энергии, другая группа технологий может помочь в обеспечении крупномасштабного сезонного хранения: технологии хранения химической энергии, включая P2G, P2L и Solar-toFuels.

Среди этих технологий P2G привлекла внимание в последние годы, способствуя исследованиям и разработкам, а также развертыванию демонстрационных и пилотных установок в нескольких странах. Германия является особым случаем, в котором имеют место многочисленные опыты P2G, но и в Соединенном Королевстве исследователи проявили большой интерес к объединению электроэнергетического и газового секторов [187–192].
Кроме того, крупномасштабные технологии сезонного хранения, такие как P2G, P2L и Solar-to-Fuels, имеют особое свойство: накопление электроэнергии с помощью этих технологий позволяет производить продукты, которые можно использовать вместо аналоговых ископаемых видов топлива (природный газ и нефтепродукты), по крайней мере, частично. Это очень важно, если рассматривается анализ выбросов парниковых газов. В настоящее время более 2/3 антропогенных выбросов GHG связаны с энергетическим сектором, из них около 40% приходится на производство электроэнергии и тепла и 20% — на транспорт. Помимо замены ископаемых видов топлива синтетическими, что было бы долгосрочной стратегией, текущие исследования в области транспорта сосредоточены на гибридных и электрических транспортных средствах, электромобилях, для которых изучаются различные типы аккумуляторов, от NiMH до Li-ion, но также с учетом NaNiCl₂ и даже проточные батареи.
Другой важный подход к технологиям и приложениям ES связан со стратегиями управления этими структурами в изолированных системах или в режиме подключения к сети. Одна многообещающая стратегия называется Vehicle-to-Grid (V2G) или Grid-Integrated Vehicle (GIV), когда парк электромобилей, включая полностью электрические автомобили (EV) и подключаемые гибридные электромобили (PHEV), удаленно вызывается для зарядки или разрядки во время простоя, подключенного к сети. Эта стратегия может включать в себя несколько возможных услуг, которые будут предоставляться парком, и может быть получено множество преимуществ, таких как более

---

высокая гибкость реагирования на спрос, повышенная надежность сети и увеличение собственного потребления генераторов конечных пользователей. Проблемы в этих стратегиях связаны с эффектом сокращения срока службы в результате увеличения количества циклов, которые будет выполнять батарея EV / PHEV, и с потребностью в соответствующей сетевой инфраструктуре с возможностью интеллектуальной связи (включая оборудование для удаленного измерения и двух- способ связи) [193–199].

Эта интеллектуальная инфраструктура также является важным рычагом для интеграции и оптимизации использования ES не только в масштабной перспективе с помощью интеллектуальных сетей, но и в контексте локального уровня с микросетями. В обоих случаях стратегии управления очень важны для лучшего использования имеющейся инфраструктуры и ресурсов, и эта задача может быть решена с использованием эвристических и/или метаэвристических методов оптимизации [200, 201].
Наконец, при целостном взгляде на энергетический сектор такие технологии, как P2G и P2L, можно обобщить до P2X, где X также может быть T, обозначающим тепловую энергию, в тех случаях, когда электроэнергия хранится для целей нагрева или охлаждения. P2X и V2G — это технологии, которые интегрируют несколько вариантов использования энергии и, связанные с интеллектуальными сетевыми решениями (умные сети и/или микросети), могут работать в системе интеллектуальной энергии, в которой энергетические ресурсы будут использоваться более эффективно и экономично, менее затратный способ по сравнению с подходом отдельных секторов [48]

---

4.Заключение

Существует несколько различных технических решений для ES. В этой статье двадцать восемь альтернатив были описаны и проанализированы с обновленной информацией и данными, полученными из подробного обзора литературы, в отношении технических характеристик, таких как номинальная мощность, время разряда, время отклика, скорость саморазряда, подходящий период хранения, эффективность, плотность энергии, удельная мощность, удельная энергия, удельная мощность, срок службы, капитальные затраты, технологическая зрелость и экологические проблемы.

Технологии ES имеют широкий спектр приложений, которые можно классифицировать по-разному. Были приняты логика логистической и параметрической классификации, описывающая десять приложений и их соответствующие технические требования (номинальная мощность, продолжительность разряда и время отклика). Выбранными приложениями являются сдвиг во времени, управление энергопотреблением, сезонное хранение энергии, отсрочка инвестиций в передачу и распределение, надежность электроснабжения, крупномасштабная интеграция возобновляемых источников энергии, качество электроэнергии, регулирование сети, распределенная интеграция возобновляемых источников энергии и транспортные приложения.
Ни одна технология ES не выделяется одновременно по всем техническим характеристикам, поэтому выбор должен осуществляться на индивидуальной основе. В частности, в случае энергетического перехода, требующего сезонного хранения энергии, как показано в этом документе, помимо PHS, зрелой технологии, следующие технологии очень перспективны: Innovative CAES, P2G, P2L и Solarto-Fuel. Последние три имеют большое преимущество, заключающееся в возможности интеграции нескольких

---

энергетических рынков и даже транспортного сектора, что делает возможным широкое проникновение возобновляемых источников в приложения на основе углеводородов, что необходимо для перехода к энергетике.

Транспортный сектор можно дополнительно решить с помощью PHEV и EV, которые также помогают управлять сетью в приложениях V2G. Существуют два основных препятствия для развертывания ЭС: первое связано с экономической целесообразностью бизнес-моделей ЭС, а второе требуемую нормативную среду.

Экономическое уравнение сложно решить, потому что технологии ES требуют значительных капиталовложений и необходимо объединять несколько приложений для получения достаточного дохода. Однако многие приложения трудно поддаются количественной оценке и монетизации, что требует внесения изменений в законодательство. В дополнение к этому отсутствию нормативной поддержки необходимо решать вопросы собственности, особенно потому, что повышение общественного благосостояния от преимуществ приложений ES может зависеть от владельца устройства ES. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы проанализировать влияние этих барьеров на развертывание ES и способы их преодоления

Благодарности

Авторы хотели бы выразить признательность Исследовательскому центру газовых инноваций RCGI, спонсируемому FAPESP (2014/50279-4) и BG Group Brasil, а также выразить признательность Институту энергетики и окружающей среды, USP, Национальному институту Бразилии, Агентству нефти, природного газа и биотоплива (ANP) и Координация повышения квалификации кадров высшего образования (CAPES). Второй автор благодарит Бразильский национальный совет по научно-техническому развитию (CNPq) за продуктивность исследовательского гранта.

Использованная литература

[1] IPCC. Climate Change 2014: Synthesis Report. Geneva, Switzerland: Intergovernmental Panel on Climate Change; 2014.

[2] Ed Dlugokencky and Pieter Tans, NOAA/(ESRL) 〈www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/〉 ((Last accessed): 20/09/2015).

[3] European Commission. The 2015 international climate change agreement:

shaping international climate policy beyond 2020, COM(2013) 167. Brussels,

Belgium: European Commission; March 26, 2013.

[4] Global Wind Energy Council. Global Wind Report. Annual Market Update 2014. Brussels, Belgium: Global Wind Energy Council; March 2015.

[5] REN21. Renewables 2015 Global Status Report. Paris, France: Renewables energy policy network for the 21st century; 2012.

[6] International Energy Agency (IEA). Technology roadmap: solar photovoltaic energy.Paris, France: OECD/IEA; 2014.

[7] GlobalData. Solar PV Module Value Chain – Market Size, Average Price,

Market Share and Key Country Analysis to 2020. London, UK: GlobalData;

---