Сравнительные характеристики накопителей энергии

№ п/п	Тип	Мощность или энергия	КПД, %	Удельная энергоемкость, Дж/кг	Время, с
разряда	хранения
	ГАЭС	200÷400 МВт	65…75	103	10…104	неограниченно
	ВАЭС	200÷1000МВт		106	10…104	неограниченно
	Тепловой	50÷200МВт	65…75	-	-	ограниченно
	Химический	20÷50МВт	60…80	-	-	ограниченно
	Маховик	10÷50МВт	70…85	106	10-2…10-1	ограниченно
	СПИН	4000МВт×ч	75…90	107	10-4…104	ограниченно
	Водородный	20÷50МВт	20…40	107	10-4…104	неограниченно
	Емкостный	1÷1000МВт×ч 0,1÷1000МВт		106	10-3…102	ограниченно

Механические накопители

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)

Описание ГАЭС приведено в пп. 3.5.2. Уплотнение графика нагрузки с помощью ГАЭС показано на рис. 3.67.

В период малых нагрузок энергосистемы ГАЭС перекачивает из нижнего резервуара в верхний, потребляя при этом энергию и увеличивая нагрузку в период ночного провала. В режиме максимальных нагрузок ГАЭС работает в генераторном режиме и расходует воду, запасенную в верхнем водохранилище.

Рис.3.67. Выравнивание графика нагрузки с помощью ГАЭС

Время хранения запасенной энергии в ГАЭС практически неограниченно, так как по­тери связаны только с испарением воды с поверхности водохранилища и ее фильтрацией через грунт.

Воздухоаккумулирующие электростанции (ВАЭС)

Схема ВАЭС, использующей энергию сжатого воздуха, показана на рис. 3.68.

Рис.3.68. Схема ВАЭС:

1-разъемные муфты; 2-электрическая машина (генератор-двигатель);

3-компрессор; 4-подземный резервуар (хранилище сжатого воздуха);

5-камера сгорания; 6-газовая турбина

Модифицированная газовая турбина через разъемные муфты связана с электрической машиной и компрессором. В часы минимальных нагрузок электрическая машина работает в режиме синхронного электродвигателя и вращает компрессор, закачивающий воздух в подземный резервуар. В период максимума нагрузки воздух из хранилища поступает в камеру сгорания, где происходит его подогрев до 500÷550^оС и подача на лопатки газовой турбины. При этом электрическая машина переходит в генераторный режим и вырабатывает ЭЭ, отдаваемую в сеть. В отличие от традиционной ГТУ для привода компрессора энергия газовой турбины не расходуется. В Германии эксплуатируется ВАЭС «Хунторф» мощностью 290 МВт. Воздух закачивается в два подземных хранилища под давлением 6 МПа. В качестве хранилищ используются полости, вымытые в пластах каменной соли. Объем хранилища 300 тыс.м³ обеспечивает работу ГТУ в течение двух часов.

Инерционные накопители

Относятся к классу динамических, накапливающих энергию во вращающейся массе. Накопитель состоит из вращающегося ротора со значительным моментом инерции (маховика) и трансмиссии, т.е. системы для подвода и отвода энергии. Запасенная маховиком энергия определяется по формуле:

W_o = k_s σ / ρ ,

где k_s – коэффициент формы колеса; σ – допустимое механическое напряжение в материале ротора; ρ – плотность маховика.

Энергоемкость маховика, изготовленного из стекловолокна с эпоксидной связкой, составляет около 10⁵Дж/кг. Инерционные накопители мощностью 0,5÷1 МВт используются в системах бесперебойного электропитания особо ответственных потребителей. Например, опытная установка СГЭП-500 мощностью 500кВт позволяет обеспечить электроснабжение потребителей, когда допустимое время перерыва питания составляет 0,2÷0,3 с.

Химические накопители

Химические аккумуляторы ЭЭ

Электрохимические аккумуляторы (ЭХА) в процессе заряда преобразуют ЭЭ в химическую, а в процессе разряда – химическую энергию в ЭЭ. Важными параметрами ЭХА являются напряжение при разряде, мощность, запасенная энергия, КПД, число разрядно-зарядных циклов и экономические показатели.

Количество ЭЭ, которую получают в ЭХА при разряде, меньше количества электричества, которое проходит через аккумулятор при заряде из-за потерь на побочные реакции. По мере циклирования снижается емкость ЭХА из-за потери активной массы, изменения структуры электродов, пассивации отдельных компонентов и других причин. Число циклов уменьшается с увеличением глубины разряда и плотности тока.

К настоящему времени в широких масштабах производятся свинцово-кислотные, щелочные никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы.

Широкое применение химических аккумуляторных батарей в энергосистемах ограничивается их малой емкостью, низким КПД и высокими удельными затратами на 1 кВт×ч.

Расширение сферы использования химического на­копления энергии возможно за счет новых типов аккумуляторов (табл. 3.8), таких, как натрий-серных, цинко-хлористых и литий-серных. Они обладают большой емкостью на единицу веса и более длительным сроком эксплуатации по сравнению с традиционными кислотными и щелочными элементами.

Таблица 3.8