Аккумулирующие электростанции обычно проектируются таким образом, чтобы они могли работать на полной номинальной мощности в течение нескольких часов. Аккумуляторная батарея может использоваться для кратковременной пиковой мощности [2] и вспомогательных услуг , таких как обеспечение рабочего резерва и управление частотой , чтобы минимизировать вероятность перебоев в подаче электроэнергии . Они часто устанавливаются на других действующих или заброшенных электростанциях или рядом с ними и могут использовать одну и ту же сеть для снижения затрат. Поскольку аккумуляторные батареи не требуют поставок топлива, компактны по сравнению с электростанциями и не имеют дымоходов или больших систем охлаждения, их можно быстро установить и при необходимости разместить в городских районах, рядом с потребительской нагрузкой.
По состоянию на 2021 год мощность и мощность крупнейших индивидуальных аккумуляторных электростанций на порядок меньше, чем у крупнейших гидроаккумулирующих электростанций — наиболее распространенной формы сетевого хранения энергии . Например, насосная аккумулирующая станция округа Бат , вторая по величине в мире, может хранить 24 ГВтч электроэнергии и отдавать 3 ГВт, в то время как первая очередь энергохранилища Moss Landing компании Vistra Energy может хранить 1,2 ГВтч и отдавать 300 МВт. [3] Однако сетевые батареи не обязательно должны быть большими: в сети можно широко развернуть большое количество батарей меньшего размера для большей избыточности и большей общей емкости.
По состоянию на 2019 год аккумуляторные накопители дешевле, чем газотурбинные электростанции открытого цикла, при использовании до двух часов, и во всем мире было развернуто около 365 ГВтч аккумуляторных батарей, и эта цифра быстро растет. [4] Нормированная стоимость хранения (LCOS) быстро упала, сократившись вдвое за два года и достигнув 150 долларов США за МВтч в 2020 году, [5] [6] [7] и еще больше снизившись до 117 долларов США к 2023 году . [8] Кроме того, Годовые капитальные затраты варьируются в зависимости от химического состава аккумуляторов, используемых для хранения, но годовые капитальные затраты в размере 93 долларов США/кВтч могут быть реализованы с помощью литий-железофосфата в 2020 году.
Аккумуляторные электростанции и источники бесперебойного питания (ИБП) сопоставимы по технологии и функциям. Однако аккумуляторные электростанции крупнее.
В целях безопасности настоящие батареи размещаются в отдельных конструкциях, например, на складах или в контейнерах. Как и в случае с ИБП, одной из проблем является то, что электрохимическая энергия сохраняется или излучается в форме постоянного тока (DC), в то время как электрические сети обычно работают с переменным током (AC). По этой причине необходимы дополнительные инверторы для подключения аккумуляторных электростанций к сети высокого напряжения. К этому типу силовой электроники относятся тиристоры GTO , обычно используемые в передаче постоянного тока высокого напряжения (HVDC).
В зависимости от соотношения мощности и энергии, ожидаемого срока службы и стоимости могут использоваться различные аккумуляторные системы. В 1980-х годах свинцово-кислотные батареи использовались на первых аккумуляторных электростанциях. В течение следующих нескольких десятилетий все большее распространение получили никель-кадмиевые и натриево-серные батареи. [11] С 2010 года все больше и больше заводов по производству аккумуляторных батарей полагаются на литий-ионные батареи в результате быстрого снижения стоимости этой технологии, вызванного электромобильной промышленностью. В основном используются литий-ионные аккумуляторы . Появилась система проточных батарей, но свинцово - кислотные батареи по-прежнему используются в малобюджетных приложениях. [12]
Безопасность
Некоторые батареи, работающие при высоких температурах ( натриево-серные батареи ) или использующие коррозионно-активные компоненты, подвержены календарному старению или выходу из строя, даже если они не используются. Другие технологии страдают от циклического старения или износа, вызванного циклами зарядки-разрядки. Это ухудшение обычно выше при высоких скоростях зарядки. Эти два типа старения вызывают потерю работоспособности (снижение емкости или напряжения), перегрев и в конечном итоге могут привести к критическому выходу из строя (протечки электролита, возгорание, взрыв).
Примеры последнего включают загоревшийся Tesla Megapack в Джилонге , [13] [14] пожар и последующий взрыв аккумуляторной фермы в Аризоне , а также пожар на аккумуляторной ферме Moss Landing . [15] Опасения по поводу возможного возгорания и взрыва аккумуляторного модуля также высказывались во время протестов жильцов против солнечной фермы Клив-Хилл в Соединенном Королевстве. [16] Пожар на аккумуляторной батарее в Иллинойсе привел к эвакуации «тысяч жителей», а в Южной Корее за два года произошло 23 пожара на аккумуляторной ферме . При пожаре на аккумуляторе может выделяться ряд опасных газов, в том числе высококоррозионный и токсичный фтористый водород . [17]
Некоторые батареи можно обслуживать, чтобы предотвратить потерю производительности из-за старения. Например, негерметичные свинцово-кислотные аккумуляторы при перезарядке выделяют водород и кислород из водного электролита. Воду необходимо регулярно доливать, чтобы не повредить батарею; и горючие газы должны быть удалены, чтобы избежать риска взрыва. Однако такое обслуживание требует затрат, а современные аккумуляторы, такие как литий-ионные , рассчитаны на длительный срок службы без обслуживания. Поэтому большинство современных систем состоят из надежно запечатанных аккумуляторных блоков , которые контролируются электроникой и заменяются, как только их производительность падает ниже заданного порога.
Иногда аккумуляторные электростанции строятся с маховиковыми аккумуляторными системами для экономии заряда аккумуляторов. [18] Маховики лучше справляются с быстрыми колебаниями, чем старые аккумуляторные установки. [19]
Рабочие характеристики
Аккумуляторная электростанция в Шверине (вид изнутри, 2014 г., модульные ряды аккумуляторов)
Поскольку аккумуляторные электростанции не содержат механических частей, они обеспечивают чрезвычайно короткое время управления и запуска, всего 10 мс. [ нужна цитата ] Таким образом, они могут помочь смягчить быстрые колебания, которые возникают, когда электрические сети работают близко к максимальной мощности. Эта нестабильность – колебания напряжения с периодом до 30 секунд – может привести к пиковым колебаниям напряжения такой амплитуды, что они могут вызвать региональные отключения электроэнергии. Аккумуляторная электростанция правильного размера может эффективно противодействовать этим колебаниям; поэтому приложения находят преимущественно в тех регионах, где электроэнергетические системы работают на полную мощность, что приводит к риску нестабильности. [ нужна цитация ] Однако некоторые батареи имеют недостаточные системы управления, выходя из строя во время умеренных сбоев, которые они должны были терпеть. [20] Аккумуляторы также часто используются для снижения пиковой нагрузки на период до нескольких часов. [2]
Системы хранения аккумуляторов могут активно действовать на спотовых рынках , одновременно предоставляя системные услуги, такие как стабилизация частоты. [21] Арбитраж — привлекательный способ извлечь выгоду из рабочих характеристик аккумуляторных батарей.
Аккумулирующие установки также могут использоваться в сочетании с прерывистым возобновляемым источником энергии в автономных энергосистемах .
Самые большие сетевые батареи
В разработке
Планируется
Развитие и внедрение рынка
Хотя рынок сетевых аккумуляторов невелик по сравнению с другим крупным видом сетевого хранения — гидроэлектростанциями, — он растет очень быстро. Например, в США рынок аккумуляторных электростанций в 2015 году увеличился на 243% по сравнению с 2014 годом. [62] Цена на 2021 год аккумуляторной установки мощностью 60 МВт/240 МВт (4 часа) в США составила 379 долларов США/ полезный кВтч, или 292 доллара США за паспортный кВтч, что на 13% меньше, чем в 2020 году. [63] [64]
В 2010 году в США было 59 МВт аккумуляторной мощности семи аккумуляторных электростанций. В 2015 году это число увеличилось до 49 электростанций мощностью 351 МВт. В 2018 году мощность составила 869 МВт на 125 электростанциях, способных хранить максимум 1236 МВт произведенной электроэнергии. К концу 2020 года мощность аккумуляторных батарей достигла 1756 МВт. [65] [66] По итогам 2021 года мощность выросла до 4588 МВт. [67] В 2022 году мощность электростанций в США удвоится до 9 ГВт/25 ГВтч. [68]
По состоянию на май 2021 года в Соединенном Королевстве действовало 1,3 ГВт аккумуляторных батарей, а в стадии разработки находились проекты мощностью 16 ГВт, которые потенциально могут быть развернуты в течение следующих нескольких лет. [69] В 2022 году мощность Великобритании выросла на 800 МВтч и завершилась на уровне 2,4 ГВт / 2,6 ГВтч. [70] Европа добавила 1,9 ГВт, запланировано еще несколько проектов. [71]
В 2020 году Китай добавил 1557 МВт к мощности своих аккумуляторных батарей, в то время как на хранилища для фотоэлектрических проектов приходится 27% мощности [72] к общей мощности электрохимических накопителей энергии в 3269 МВт. [73]
На рынке наблюдается большое движение, например, некоторые застройщики строят системы хранения из старых аккумуляторов электромобилей, где затраты, вероятно, можно снизить вдвое по сравнению с обычными системами из новых аккумуляторов. [74]
^ Денхольм, Пол; Май, Триё; Кеньон, Рик Уоллес; Кропоски, Бен; О'Мэлли, Марк (2020). Инерция и энергосистема: Путеводитель без вращений (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Страница 30
^ аб Спектор, Джулиан (01 июля 2019 г.). «Что будет дальше после того, как батареи заменят газовые колонки?». www.greentechmedia.com . Проверено 03 июля 2019 г.
^ «Производитель сообщает о своем участии в создании крупнейшей в мире аккумуляторной системы хранения энергии»» . Новости хранения энергии . 17 июня 2021 г.
^ «За цифрами: быстро падающая LCOE аккумуляторных батарей» . Новости хранения энергии . 6 мая 2020 г.
^ «BloombergNEF: 'Уже дешевле устанавливать новые аккумуляторные батареи, чем пиковые электростанции'» . Новости хранения энергии . 30 апреля 2020 г.
^ «Оценка стоимости и производительности технологии хранения энергии в сети» (PDF) . Министерство энергетики США . Проверено 23 декабря 2021 г.
^ «База данных о стоимости и производительности хранения энергии» . Министерство энергетики США . Проверено 23 декабря 2021 г.
^ «Ежегодный прогноз энергетики на 2023 год - Управление энергетической информации США (EIA)» . www.eia.gov . Проверено 24 октября 2023 г.
↑ Колторп, Энди (2 апреля 2020 г.). «Ветряные электростанции Иллинойса, штат Вирджиния, добавляют 72 МВт аккумуляторных батарей для рынка регулирования частоты PJM». Новости хранения энергии . Проверено 20 июня 2023 г.
↑ Хакобо, Джонатан Турино (12 апреля 2022 г.). «Регулирующие органы Висконсина одобрили еще одну солнечную электростанцию Invenergy с аккумуляторами» . Новости хранения энергии . Проверено 19 июня 2023 г.
^ Батареи для крупномасштабных стационарных накопителей электрической энергии (PDF; 826 КБ), Интерфейс электрохимического общества, 2010, (англ.)
^ Große Batteriespeicher erobern die Stromnetze. pv-magazine.de. Проверено 11 марта 2016 г.
^ "Большой пожар на батарее в Мурабуле" . www.frv.vic.gov.au. _ Проверено 30 июля 2021 г.
^ «Пожар вспыхнул на проекте гигантской батареи недалеко от Джилонга» . www.abc.net.au. _ 30 июля 2021 г. Проверено 30 июля 2021 г.
^ «Крупнейший в мире завод по производству аккумуляторов бездействовал в Мосс-Лендинге, без расписания возвращения» . Архивировано из оригинала 16 сентября 2021 г.
^ Саутворт, Фиби (10 мая 2020 г.). «Крупнейшая солнечная ферма Великобритании может вызвать взрыв масштаба небольшой ядерной бомбы, - жалуются жители». Телеграф . ISSN 0307-1235 . Проверено 30 июля 2021 г.
^ «Гигантские аккумуляторные «фермы» Великобритании вызывают опасения по поводу взрывов, даже более серьезных, чем взрыв в порту Бейрута» . Форум по политике глобального потепления . 11 июля 2021 г. Проверено 02 сентября 2021 г.
^ Utilitydive.com, PG&E заключает контракт на накопление энергии мощностью 75 МВт на пути к мощности 580 МВт. 4 декабря 2015 г.
^ zdf-video, ZDF - Планета E - Schwungradspeicher. 27 февраля 2013 г.
^ «Отказы аккумуляторной батареи подчеркивают проблемы надежности инверторных ресурсов: отчет» . Полезное погружение . 4 октября 2023 г.
^ Нитч, Феликс; Дайссенрот-Уриг, Марк; Шимечек, Кристоф; Берч, Валентин (15 сентября 2021 г.). «Экономическая оценка аккумуляторных систем хранения данных на рынках запасов на сутки вперед и автоматического восстановления частоты» (PDF) . Прикладная энергетика . 298 : 117267. doi : 10.1016/j.apenergy.2021.117267 . ISSN 0306-2619.
↑ Колторп, Энди (20 августа 2021 г.). «Завершено расширение крупнейшей в мире аккумуляторной системы хранения в Калифорнии». Новости хранения энергии . Архивировано из оригинала 21 августа 2021 года.
^ «Крупнейшая в мире система хранения аккумуляторов снова работает после нескольких месяцев простоя» . Новости хранения энергии . 12 июля 2022 года. Архивировано из оригинала 14 июля 2022 года.
↑ Колторп, Энди (2 августа 2023 г.). «Мосс-Лендинг: крупнейший в мире проект по хранению аккумуляторов теперь имеет мощность 3 ГВтч». Энерго-Хранение.Новости .
↑ Колторп, Энди (18 октября 2022 г.). «Аккумуляторная установка Crimson Energy Storage мощностью 350 МВт/1400 МВтч введена в эксплуатацию в Калифорнии» . Новости хранения энергии . Архивировано из оригинала 18 октября 2022 года.
↑ Бургер, Шалк (11 декабря 2023 г.). «Проект Scatec Kenhardt начинает производить электроэнергию для национальной сети» . Инженерные новости .
^ «Проект Oberon Solar + Storage компании Intersect Power начинает коммерческую эксплуатацию» . 15 ноября 2023 г.
^ «Солнечная станция Оберон мощностью 500 МВт в Калифорнии введена в эксплуатацию» . www.saurenergy.com . 16 ноября 2023 г.
↑ Мюррей, Кэмерон (17 августа 2022 г.). «BESS 230 МВт выходит в сеть на сайте Бюро землеустройства в Калифорнии» . Новости хранения энергии .
^ «FPL построит крупнейшую в мире систему хранения аккумуляторов» . Журнал СИЛА . 3 апреля 2019 г.
↑ Спектор, Джулиан (3 сентября 2019 г.). «Самые большие батареи скоро появятся в сети рядом с вами». www.greentechmedia.com .
^ «Крупнейшая в мире система хранения аккумуляторов на солнечных батареях представлена во Флориде» . Новости хранения энергии . 15 декабря 2021 г.
↑ Эриксон, Эмбер (28 января 2015 г.). «Флорида Пауэр энд Лайт объявляет о плане строительства солнечного центра округа Манати» . Архивировано из оригинала 14 сентября 2017 г.
^ «США устанавливают аккумуляторные батареи емкостью 5 ГВтч в первом полугодии 2022 года, но в целом внедрение чистой энергии падает» . Новости хранения энергии . 27 июля 2022 г. Проверено 18 августа 2022 г.
↑ Сильвия, Тим (29 июля 2020 г.). «PG&E и Tesla начинают строительство одной из крупнейших в мире батарей» . Журнал «ПВ» .
^ «PG&E вводит в эксплуатацию Tesla BESS мощностью 182,5 МВт / 730 МВтч в Мосс-Лендинг» . Новости хранения энергии . 19 апреля 2022 года. Архивировано из оригинала 24 мая 2022 года.
↑ Пикерел, Келли (11 января 2024 г.). «Проект хранилища на 565 МВтч поможет заменить угольную электростанцию на Гавайях» . Мир солнечной энергетики .
↑ Колторп, Энди (16 марта 2022 г.). «Goldman Sachs запускает в эксплуатацию проект солнечной энергии и хранения энергии в Калифорнии с батареями мощностью 561 МВт» . Новости хранения энергии . Архивировано из оригинала 16 марта 2022 года.
^ «Сотрудничество AFIMSC с местным сообществом, промышленность обеспечивает солнечную энергию на авиабазе Эдвардс» . Центр установки и поддержки миссий ВВС . 3 февраля 2023 г.
↑ Мюррей, Кэмерон (20 сентября 2022 г.). «Terra-Gen закрывает финансирование в размере 1 миллиарда долларов США для второй фазы крупнейшего в мире проекта по солнечной энергии и хранению энергии». Новости хранения энергии .
↑ Шульте, Эрин (28 сентября 2023 г.). «Рекордный квартал для хранения аккумуляторов в США. Вот почему он мог бы – и должен был – быть намного лучше». Внутренние климатические новости . Несколько сотен мегаватт находятся на этапе ввода в эксплуатацию
↑ Мюррей, Кэмерон (19 января 2024 г.). «Strata открывает новые горизонты в области BESS Аризоны мощностью 1 ГВтч» . Энерго-Хранение.Новости . 500 миллионов долларов
^ «BYD поставит 1,1 ГВтч аккумуляторов для «крупнейшего в мире» проекта BESS в Чили» . Новости новых технологий . 18 января 2024 г.
^ Сандерсон, Космо (21 ноября 2023 г.). «В чилийской пустыне будет реализован «крупнейший в мире» проект по хранению энергии» . Пополнить | Последние новости возобновляемой энергетики . уже начало строительство
^ «'Super Battery' первой получит выгоду от обещания правительства Нового Южного Уэльса о расходах в размере 1,2 миллиарда австралийских долларов» . Новости хранения энергии . 10 июня 2022 г.
↑ Колторп, Энди (18 ноября 2022 г.). «Powin начинает работу над австралийской «супербатареей» мощностью 1,9 ГВтч для разработчика, принадлежащего BlackRock» . Новости хранения энергии .
^ «Сверхнагрузка сети:» Гигантский 477-тонный трансформатор отправляется в путешествие к Super Battery». ОбновитьЭкономику . 1 февраля 2024 г.
↑ Воррат, Софи (30 ноября 2023 г.). «SEC делает первые инвестиции в «одну из крупнейших в мире» батарей в Мельбурне». ОбновитьЭкономику . строительство официально началось в четверг
^ «Нью-Йорк обменивает газовый завод на самую большую в мире батарею» . Журнал «ПВ» . 18 октября 2019 г.
^ «Из-за отсутствия контракта LS Power задерживает крупную станцию хранения аккумуляторов в Нью-Йорке» . www.spglobal.com . Проверено 7 мая 2021 г.
^ «Calpine удерживает долг за аккумуляторный комплекс мощностью 680 МВт в Калифорнии» . 15 января 2024 г.
↑ Лемприер, Молли (30 ноября 2020 г.). «Крупнейший в Великобритании проект по хранению аккумуляторов мощностью 640 МВт-ч получает одобрение правительства». Новости хранения энергии . Проверено 21 июля 2021 г.
^ Директора, Hydro Review Content (12 августа 2022 г.). «В отчете перечислены пять крупнейших генераторов Чили по мощности и строящиеся проекты». Гидрообзор . Проверено 18 августа 2022 г.
^ Проктор, Даррелл (3 мая 2023 г.). «Израиль добавляет хранилище энергии для поддержки интеграции энергосистемы для возобновляемых источников энергии». Журнал СИЛА . Проверено 9 мая 2023 г.
^ Колторп, Энди (03 мая 2023 г.). «Правительство Израиля возглавляет строительство BESS мощностью 800 МВт/3200 МВт-ч, разрабатывая стратегию хранения энергии». Новости хранения энергии . Проверено 9 мая 2023 г.
^ «Самая большая в мире батарея мощностью 1200 МВт будет построена в Хантер-Вэлли Нового Южного Уэльса» . Хранитель . 5 февраля 2021 г. Проверено 6 февраля 2021 г.
^ «Первый в мире проект батареи масштаба GW представлен в Австралии в знак пренебрежения правительством, зацикленным на газе» . Перезарядка . 5 февраля 2021 г. Проверено 6 февраля 2021 г.
^ «Exagen получил одобрение на батарею мощностью 500 МВт / 1 ГВтч в Лестершире, Великобритания» . Новости новых технологий . 15 января 2024 г.
^ «Giga Storage объявляет о проекте BESS «Зеленая черепаха» мощностью 600 МВт / 2400 МВтч в Бельгии» . Новости новых технологий . 17 января 2024 г.
↑ Паркинсон, Джайлз (10 марта 2021 г.). «Большие австралийские генераторы на ископаемом топливе заменяются большими батареями». Обновить экономику . Обновить экономику . Проверено 10 марта 2021 г.
↑ Колторп, Энди (18 января 2021 г.). «Проект Great Western Battery мощностью 1000 МВтч предложен для повышения надежности в постугольный век Австралии» . Новости хранения энергии . Новости хранения энергии . Проверено 11 февраля 2021 г.
^ США: Speichermarkt wächst um 243 Prozent im Jahr 2015. pv-magazine.de. получено 11 марта 2016 г.
↑ Колторп, Энди (4 ноября 2021 г.). «NREL: Стоимость солнечной энергии и хранения энергии в США упала во всех сегментах с 2020 по 2021 год». ПВ Тех . Архивировано из оригинала 12 ноября 2021 года.
^ «Эталонные показатели стоимости солнечной фотоэлектрической системы и хранения энергии в США: первый квартал 2021 года» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Министерство энергетики США. Ноябрь 2021. с. 36. НРЕЛ/ТП-7А40-80694 . Проверено 14 ноября 2021 г.
^ «Батарея для хранения в Соединенных Штатах: обновленная информация о тенденциях рынка». Управление энергетической информации США. 15 июля 2020 г. Проверено 27 марта 2021 г.
^ «Ветроиндустрия закрыла рекорд 2020 года с самым сильным кварталом за всю историю» . Американская ассоциация чистой энергии. 4 февраля 2021 г. . Проверено 3 апреля 2021 г.
^ «Общая мощность чистой энергии в США превышает 200 гигаватт, но темпы развертывания замедлились, согласно отчету ACP за 4 квартал». Американская ассоциация чистой энергии. 15 февраля 2022 г. . Проверено 19 февраля 2022 г.
↑ Колторп, Энди (28 февраля 2023 г.). «Установленная в США мощность сетевых аккумуляторных батарей достигла 9 ГВт/25 ГВтч в «рекордном» 2022 году». Новости хранения энергии .
↑ МакКоркиндейл, Молли (19 мая 2021 г.). «Десять крупнейших проектов по хранению аккумуляторов в Великобритании, которые, по прогнозам, завершатся в 2021 году» . Портал солнечной энергии . Проверено 27 сентября 2021 г.
↑ Маккоркиндейл, Молли (1 февраля 2023 г.). «В 2022 году в Великобритании будет добавлено 800 МВт энергоаккумулирующих мощностей». Новости хранения энергии .
↑ Мюррей, Кэмерон (21 марта 2023 г.). «В 2022 году в Европе было развернуто аккумуляторное хранилище мощностью 1,9 ГВт, в 2023 году ожидается 3,7 ГВт - LCP Delta». Новости хранения энергии .
^ Юки (05 июля 2021 г.). «Первый в своем роде фестиваль технологий хранения энергии - Китайский синдикат чистой энергии». Энергетический айсберг . Проверено 18 июля 2021 г.
^ Официальный документ индустрии хранения энергии 2021. Китайский альянс по хранению энергии. 2021.
^ «Электромобили, аккумуляторы второго срока службы и их влияние на энергетический сектор | McKinsey». www.mckinsey.com . Проверено 15 декабря 2021 г.
