№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 621.316.7:338.012
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕТЕВЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
© 2014 г. КОНОНЕНКО В.Ю.1, СМОЛЕНЦЕВ Д.О.2, ВЕЩУНОВ О.В.1
1 ООО "Литий-ионные технологии", Москва 2 ФГБУНИнститут проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук (ИБРАЭ РАН), г. Москва
e-mail: dsmol@ibrae.ac.ru
Масштабное развитие атомной энергетики требует соответствующих откликов от маневренной генерации и электросетевого хозяйства, которые обеспечивают регулирование мощности в энергосистеме. В ближайшее десятилетие покрытие переменной зоны графика электрических нагрузок в отдельных энергосистемах будет невозможно обеспечить без участия атомных электростанций (АЭС). В статье на примере атомной энергетики даны результаты исследований по определению задач и возможных эффектов использования сетевых накопителей энергии (СНЭ) для обоснования целесообразности их применения в составе национальной системы электроснабжения (как самостоятельных системных регуляторов) и совместно с объектами генерации. Представлены оценки возможных технико-экономических эффектов, в том числе связанных с частичным или полным переносом функций маневрирования с энергоблоков АЭС на СНЭ.
Ключевые слова: сетевые накопители энергии, регулирование частоты и мощности, маневрирование, коэффициент использования установленной мощности, атомная энергетика, экономическая эффективность.
POSSIBILITIES AND EFFICIENCY OF ENERGY STORAGE SYSTEMS Kononenko V.Yu.1, Smolentsev D.O.2, Veschunov O.V.1
1 Li-ion Technologies Limited company, Moscow 2 FGBUN Nuclear Safety Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow
e-mail: dsmol@ibrae.ac.ru
Nuclear power large-scale development demands certain reaction of maneuver generation and transmission facilities that provide power control. In the next decade it will be impossible to cover an variable zone electric load graph without the participation of nuclear power plants in specific districts and regions. Based on example of nuclear energy due to rationale for implementing energy storage systems (ESS) to state power grid system (separately or jointly with generation facilities) results of researches are shown in the paper to define benefits and options from using ESS. Evaluations of technical and economic effects including effect of part or full transfer of maneuvering function from generation facilities to ESS are made in the research.
Key words: energy storage systems, frequency and power regulation, maneuvering capacity, capacity factor, nuclear energy, economic efficiency.
Введение. Возможности применения сетевых накопителей энергии (СНЭ) в электроэнергетике и эффекты от их использования рассмотрены в настоящей статье на примере атомной энергетики, но они актуальны для всех видов генерации, в особенности для крупных и маломаневренных энергоисточников.
Под маневренностью подразумевается возможность объектов генерации изменять мощность в соответствии с текущими объемами потребления электроэнергии и требованиями и командами Системного оператора Единой энергетической системы РФ (СО ЕЭС) без ущерба для их безопасности. Это включает отклонение мощности энергоблока от номинального значения (наиболее безопасного и экономически эффективного) при суточном, сезонном, оперативном регулировании, а также при участии в регулировании частоты и других видах регулирования для обеспечения системной надежности.
Атомная энергетика — динамично развивающийся экономически эффективный и безопасный вид генерации. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, наряду с гидроэнергетикой, является одной из самых низких. Поэтому, учитывая требования к безопасности, атомные энергоустановки, в идеале, целесообразно эксплуатировать только в номинальном режиме, который характеризуется максимально возможным значением коэффициента использования установленной мощности (КИУМ).
Для поддержания оптимальной структуры генерирующих мощностей и стабильности энергосистем масштабное развитие атомной энергетики требует соответствующих откликов от маневренной генерации и электросетевого хозяйства, которые обеспечивают регулирование частоты и управление мощностью в энергосистеме. Развитие высокоманевренной тепловой и гидроэнергетики, сетевой инфраструктуры все в большей степени зависит от планов по строительству новых АЭС.
Проблема повышения маневренности генерирующих объектов и энергосистем с 80-х годов прошлого столетия [1—4] до настоящего времени не утратила актуальность [5—10]. Это важно для энергосистем европейской части России, где велик требуемый регулировочный диапазон мощности. Дополнительные факторы: возможный ввод АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН) (использование их в переменных режимах экономически нецелесообразен из-за снижения темпов воспроизводства ядерного топлива и относительно высоких капиталовложениях по сравнению с АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР) и традиционными электростанциями) [3].
Изменение структуры генерирующих мощностей в направлении увеличения доли маломаневренной атомной энергетики усложнит проблемы поддержания баланса мощности в энергосистемах и для сетевых, и для эксплуатирующих электростанции компаний. По данным на 2012 г. (оценка СО ЕЭС [11]) дефицит маневренной регулирующей мощности в Центральном регионе России составляет 2,5—3 ГВт, в т.ч. в Московской обл.--1,5 ГВт.
Дефицит маневренной регулирующей мощности может воспрепятствовать планам по повышению КИУМ АЭС, который вырос с 56% в 1998 г. до 80,9% в 2012 г. и, в соответствии с Программой инновационного развития и технологической модернизации ГК "Росатом" на период до 2020 г., должен возрасти до 86,6% аналогично показателям для АЭС в США.
По прогнозам института "Энергосетьпроект", покрытие переменной зоны графика электрических нагрузок в отдельных объединенных энергосистемах будет невозможно обеспечить без участия АЭС, начиная уже с 2015 г. [5]. Выходом из данной ситуации, наряду с внедрением дополнительной маневренной мощности в узлах энергосистем, является обеспечение возможности участия в регулировании частоты и управлении нагрузкой маломаневренных объектов генерации.
Увеличение доли участия АЭС в общей выработке электроэнергии, высокая степень износа объектов маневренной тепловой генерации, требования к качеству вырабаты-
ваемой энергии привели к необходимости внедрения режимов регулирования частоты, в т.ч. первичного регулирования частоты (ПРЧ), которое делится на общее первичное регулирование частоты (ОПРЧ) и нормированное первичное регулирование частоты (НПРЧ), на АЭС [4, 6]. В настоящее время все генерирующее оборудование должно участвовать в ОПРЧ, кроме энергоблоков АЭС с реакторными установками на быстрых нейтронах и с РБМК и до 2016 г. ВВЭР, введенными в промышленную эксплуатацию до 2009 г. [12]. До 2016 г. режим ОПРЧ должен быть внедрен на всех действующих АЭС с реакторами ВВЭР [13].
Нарушение обязательств по поставке электроэнергии и регулированию частоты может негативно повлиять на экономику АЭС [14]. Предприняты первые шаги по введению нормативных обязательств, например, с сентября 2006 г. введен понижающий коэффициент от стоимости электроэнергии для электростанций, не участвующих в режиме ОПРЧ [7]. В то же время участие в регулировании частоты и управлении нагрузкой накладывает дополнительные технические требования к блокам АЭС. "...Диспетчерские ограничения вынуждают работать АЭС в небазовом режиме, что приводит не только к снижению экономических показателей атомной энергетики, но и к ухудшению ее технического состояния." [9].
Накопители энергии. Оптимальным решением проблемы повышения маневренности [4, 7, 10] может служить применение СНЭ, которые будут выдавать энергию при пиковых нагрузках и аккумулировать электроэнергию при спаде нагрузки, а также участвовать в компенсации реактивной мощности и регулировании частоты, в комплексе с генерирующими объектами энергетики или в качестве самостоятельного регулятора в узлах энергосистем. При этом внедрение дополнительного независимого маневрирующего оборудования (СНЭ) будет способствовать повышению эффективности АЭС за счет поддержания ее эксплуатации в номинальных режимах, которые обуславливают наибольшую безопасность и экономическую эффективность энергоблоков АЭС.
При существующей нормативной правовой базе, обеспечивающей работу ЕЭС РФ и энергорынка, и стоимости аккумуляторных батарей применение СНЭ совместно с АЭС не приведет к заметным положительным экономическим эффектам. Но, так как развитие атомной энергетики будет катализатором для пересмотра текущих правил функционирования ЕЭС РФ, несущественные изменения нормативной правовой базы, например, введение паритета по участию в маневрировании и в регулировании частоты между различными видами генерации и соответствующих компенсаций/штрафов приведет к увеличению/сохранению прибыли, соответствующей новым требованиям рынка энергогенерирующих компаний. Также СНЭ могут применяться не только совместно с объектами генерации, но и как самостоятельные системные регуляторы. При этом основными выгодообладателями будут сетевые компании и потребители энергии, которые составят основу рынка СНЭ.
Актуальность данных утверждений подтверждается комплексом исследований по разработке, изготовлению и проведению экспериментальных исследований гибридного накопителя энергии на базе литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и наборных суперконденсаторов [10], которые проводились Объединенным институтом высоких температур РАН по заказу ОАО "ФСК ЕЭС" при поддержке Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы".
С начала 2000-х годов ОАО "ВНИИАЭС" по заказу ОАО "Концерн Росэнергоатом" проводит разработку и обоснование целесообразности внедрения тепло- и энергоак-кумулирующих установок для нужд атомной энергетики и других секторов экономики. В работах предлагается создание АЭС с системой аккумулирования тепловой энергии [5], предложен способ ПРЧ с участием энергоб
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.