Пиковые электростанции , также известные как пиковые электростанции , а иногда и просто «пиковые», представляют собой электростанции , которые обычно работают только тогда, когда существует высокий спрос на электроэнергию , известный как пиковый спрос . [1] Поскольку они поставляют электроэнергию лишь время от времени, подаваемая мощность требует гораздо более высокой цены за киловатт-час, чем мощность базовой нагрузки . Электростанции с пиковой нагрузкой работают в сочетании с электростанциями с базовой нагрузкой , которые поставляют надежное и постоянное количество электроэнергии для удовлетворения минимального спроса.
Хотя исторически пиковые электростанции часто использовались вместе с угольными электростанциями, сейчас пиковые электростанции используются реже. Газотурбинные установки комбинированного цикла имеют два или более циклов, первый из которых очень похож на пиковую установку, а второй работает на отходящем тепле первого. Электростанции такого типа часто способны быстро запуститься, хотя и с пониженной эффективностью, а затем в течение нескольких часов перейти в более эффективный режим генерации базовой нагрузки. Электростанции комбинированного цикла имеют такие же капитальные затраты на ватт, что и пиковые электростанции, но работают гораздо дольше и в целом используют меньше топлива и, следовательно, дают более дешевую электроэнергию.
По состоянию на 2020 год стоимость электроэнергии на газовых турбинах открытого цикла составит около 151–198 долларов за МВтч. [2]
Пиковые электростанции в некоторых местах заменены аккумуляторными накопителями . [3] Управление энергетики Нью-Йорка (NYPA) стремится заменить газовые пиковые электростанции аккумуляторными батареями, [4] [5] 142 Tesla Megapacks (обеспечивающие 100 МВт) заменили газовые пиковые электростанции в округе Вентура , Калифорния [6] [ 7] , а в Лессине , Бельгия, 40 мегапакетов Tesla (50 МВт) заменили турбореактивный генератор. [8] В апреле 2021 года Австралийский совет по чистой энергии обнаружил, что аккумуляторные батареи могут быть на 30% дешевле, чем газовые пиковые электростанции. [9]
Часы пик обычно приходятся на утро или ближе к вечеру/дню, в зависимости от местоположения. В умеренном климате часы пик часто возникают, когда бытовая техника интенсивно используется вечером после рабочего времени. В жарком климате пик обычно приходится на полдень, когда нагрузка на кондиционирование воздуха высока, в это время многие рабочие места все еще открыты и потребляют электроэнергию. В холодном климате пик приходится на утро, когда запускаются отопление помещений и промышленность. [10]
Пиковая электростанция может работать много часов в день или всего несколько часов в год, в зависимости от состояния электрической сети региона . Из-за стоимости строительства эффективной электростанции, если пиковая электростанция будет работать только в течение короткого или сильно меняющегося времени, нет экономического смысла делать ее такой же эффективной, как электростанция с базовой нагрузкой. Кроме того, оборудование и топливо, используемые на станциях с базовой нагрузкой, часто не подходят для использования на станциях с пиковой нагрузкой, поскольку нестабильные условия могут серьезно нагружать оборудование. По этим причинам атомная энергия , электростанции, работающие на переработке отходов , уголь и биомасса редко, если вообще когда-либо, используются в качестве пиковых электростанций.
По мере того, как страны отходят от электростанций с базовой нагрузкой, работающих на ископаемом топливе, и переходят к возобновляемым, но прерывистым источникам энергии , таким как ветер и солнечная энергия, наблюдается соответствующий рост потребности в сетевых системах хранения энергии, как возобновляемых альтернативах построению большего количества пиковых или отслеживающих нагрузку электростанций. растения. Другой вариант — более широкое распределение генерирующих мощностей за счет использования межсетевых связей, таких как WECC Intertie Paths .
Пиковые установки обычно представляют собой газовые турбины или газовые двигатели , сжигающие природный газ . Некоторые сжигают биогаз или жидкости, полученные из нефти , такие как дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей , но они, как правило, дороже природного газа, поэтому их использование ограничивается областями, не снабжаемыми природным газом. Помимо природного газа, многие пиковые электростанции могут использовать нефть в качестве резервного топлива, храня нефть в резервуарах на месте. Термодинамический КПД газотурбинных электростанций простого цикла колеблется от 20 до 42%, при этом средний показатель для новой электростанции составляет от 30 до 42%.
Для большей эффективности на выхлопе установлен парогенератор-утилизатор (HRSG). Это известно как установка с комбинированным циклом . Когенерация использует отработанное тепло выхлопных газов для технологических процессов, централизованного теплоснабжения или других целей отопления. Оба эти варианта используются только на установках, которые предназначены для эксплуатации в течение более длительного времени, чем обычно. Генераторы на природном газе и дизельные генераторы с поршневыми двигателями иногда используются для поддержки сети небольших электростанций.
Еще одним вариантом повышения эффективности и выходной мощности газовых турбин является установка системы охлаждения воздуха на входе турбины , которая охлаждает температуру воздуха на входе, увеличивая массовый расход. Эта опция в сочетании с баком-аккумулятором тепловой энергии позволяет увеличить выходную мощность турбины в пиковые периоды до 30%. [11]
Плотины гидроэлектростанций намеренно варьируются; они могут генерировать меньше энергии в непиковые периоды и быстро реагировать на пиковые нагрузки, следовательно, гидроэлектростанция может функционировать как станция, отслеживающая нагрузку или пиковая, а при достаточном количестве воды - как станция с базовой нагрузкой. Газовые турбины или гидроаккумулирующие станции часто используются там, где гидроэлектроэнергии недостаточно, чтобы реагировать на ежедневные и еженедельные изменения в выработке и потреблении. [13] Нет ничего необычного в том, что плотина строится с большей пропускной способностью, чем может обеспечить водоснабжение, что позволяет обеспечить более высокую пиковую производительность. Модернизация оборудования на существующих плотинах может быть одним из наименее затратных способов увеличения пиковой выработки электроэнергии. [14] Возможность изменять количество вырабатываемой электроэнергии часто ограничивается требованием соблюдения минимального или максимального потоков вниз по течению. [15]
Гидроаккумулирующая гидроэлектроэнергия — это самая мощная форма хранения энергии в сети, используемая для усреднения внепиковых и пиковых потребностей в электроэнергии. Объект хранит энергию, используя гравитационный потенциал воды, хранящейся в резервуаре. Недорогая внепиковая электроэнергия от базовой нагрузки или прерывистых источников используется для перекачки воды на небольшой высоте и ее хранения в высокогорном резервуаре. В периоды высокого спроса на электроэнергию накопленная вода выпускается через турбины для производства электроэнергии. Время запуска составляет всего несколько минут, а некоторые могут запуститься за несколько десятков секунд. [16]
Батареи используются в некоторых случаях, когда условия благоприятствуют этому, для плавного потока (избегая дорогостоящей модернизации линии электропередачи), а также для обеспечения пиковой мощности [17] [18] и других сетевых услуг [19] , таких как оперативный резерв , иногда в гибридной конфигурации с турбины [20] или дизельные двигатели. Аккумуляторная батарея на сегодняшний день является самой быстрой из всех электростанций и может реагировать на состояние сети за миллисекунды, давая более медленно реагирующему оборудованию возможность реагировать на сбои.
Аккумулирующие электростанции и аккумуляторы являются чистыми потребителями, поскольку они не имеют собственного источника энергии, а преобразование между электричеством и накоплением и обратно влечет за собой некоторые потери.
Солнечные тепловые пиковые электростанции были предложены в 2017 году в рамках награды Министерства энергетических технологий 2 США «Рынок» [21] Хэнка Прайса из SolarDynamics, в чьей статье «Диспетчерная солнечная электростанция» [22] предлагалось использовать накопление тепловой энергии, присущее солнечной тепловой энергии . энергетическая электростанция, которая позволяет этой форме солнечной энергии, основанной на тепле, генерировать энергию, как газовый пикер, поставлять электроэнергию по требованию днем или ночью, а в свою очередь контролироваться коммунальным предприятием и оплачивать платежи за мощность, которые будут доступны при необходимости, как традиционное пиковое растение. Солнечная тепловая электростанция производит электроэнергию на электростанции с паровым циклом, как и традиционная электростанция, но тепло для пара подается за счет солнечной энергии, нагревающей материал, такой как расплавленные соли, и сохраняет тепло до тех пор, пока оно не понадобится для производства пара для выработки электроэнергии.
В систему экономичного электроснабжения будут включены также электростанции с базовой нагрузкой . Эти энергоблоки будут подчеркивать низкие дополнительные затраты на топливо, но могут потребовать более высоких капитальных вложений для повышения эффективности. Например, электростанция с пиковой нагрузкой может использовать только газовую турбину, тогда как электростанция с базовой нагрузкой может также добавить паровой «нижний цикл», чтобы улучшить общий расход топлива на единицу произведенной электроэнергии. Атомные и угольные электростанции обычно работают непрерывно, останавливаясь только для технического обслуживания или непредвиденных отключений. Низкая дополнительная стоимость топлива атомных электростанций по сравнению с высокими капитальными затратами делает их использование для обеспечения базовой нагрузки наиболее экономичным. Гидроэлектростанции с небольшими ограничениями на подачу воды могут использоваться для базовой нагрузки, поскольку их дополнительные затраты на топливо равны нулю. Поскольку переход электростанции с паровым циклом из холодного резерва на полную мощность может занять несколько часов, они обычно не используются для обеспечения работы при пиковой нагрузке. [23]
Электростанции с промежуточной нагрузкой , такие как гидроэлектростанции, работают между этими крайностями, сокращая свою мощность по ночам и в выходные дни, когда спрос низкий. Базовые и промежуточные электростанции используются преимущественно для удовлетворения спроса на электроэнергию, поскольку более низкий КПД пиковых электростанций делает их эксплуатацию более дорогостоящей. [24]
Объект предлагает возможности аккумулирования энергии, аналогичные возможностям гидроэлектростанций, помогая улучшить баланс спроса и предложения.
мощность 20 МВт/80 МВтч.
система будет заряжать электроэнергию из сети в непиковые часы, когда спрос низкий, а затем поставлять электроэнергию в часы пик.
управлять спросом в периоды пиковой нагрузки, обеспечивать надежное резервное питание и снижать расходы на пиковую нагрузку в течение дня.
Проект также направлен на продажу регулирования частоты.
Утилита использует несколько потоков создания ценности
две гибридные электрогазотурбинные установки (ЭГТ).
Каждая пиковая электростанция имеет мощность 50 мегаватт и оснащена набором батарей, способных обеспечить мощность 10 мегаватт и 4 мегаватт-часа.
Хитрость здесь в том, как вы координируете систему управления, поэтому с точки зрения работы сети вы видите черный ящик, который подает энергию так, как им это нужно, и тогда, когда они им нужны.
