Почему именно распределенная генерация так подходит для применения накопителей электрической энергии? Как накопитель энергии позволяет повысить эффективность работы газопоршневых и дизельных электростанций? На эти и другие вопросы ответил руководитель направления СНЭЭ ГК «ДВС Ресурс» Сергей ШАВЛОВСКИЙ.

— Тема накопителей электрической энергии периодически освещается в нашем издании, особенно в контексте энергетического перехода. Почему именно распределенная генерация так подходит для применения накопителей электрической энергии?

— Декларируемая и реализуемая в стране энергетическая политика, по крайней мере в правовом поле, находится в соответствии с глобальным принципом декарбонизации, децентрализации и цифровизации, без оценки этого принципа. Однако в отечественной энергосистеме установленная мощность солнечной и ветровой генерации составляет всего 4,5 ГВт или 1,85% от общей, а ее доля в структуре генерации достигает максимум 7% в энергосистемах юга страны при сохранении на высоком уровне общей балансовой надежности и вероятности бездефицитной работы ЕЭС. Поэтому у нас происходит не «зеленый» энергопереход, а, скорее, технологический — реконструируются атомные энергоблоки, место угля и старых газовых станций занимают новые ПГУ, обновляются гидроэнергетические агрегаты.

В этих условиях необходимость в установке десятков и сотен мегаватт накопителей энергии в единой энергосистеме просто отсутствует, хотя, уверен, мы увидим такие проекты в реализации в скором времени, а экономически оправданные области применения систем накопления электрической энергии расположены «за счетчиком» и характеризуются прямой и простой выгодой — более низкой стоимостью киловатт-часа по сравнению с вариантом без накопителя и разумным сроком окупаемости. Речь идет обо всей распределенной генерации — и удаленных поселках, получающих электроснабжение от автономных гибридных энергоустановок, и всех тех потребителях электроэнергии, которые имеют или планируют установку собственной генерации, испытывают дефицит мощности, низкую надежность «последней мили».

— Основная деятельности компании ДВС Ресурс — это производство и обслуживание газопоршневых и дизельных электростанций. Как связаны накопители электроэнергии с этим типом генерирующих установок?

— Газопоршневые электростанции (ГПЭС) как раз и составляют основу распределенной генерации. Причины известны — это низкая стоимость электроэнергии от 3,5 руб./кВт•ч и попутная тепловая энергия, и, конечно же, независимость от внешней сети. Экономика ГПЭС работает уже десятки лет. Изменится ли ситуация в будущем при ожидаемом росте цен на газ и электроэнергию, к которой, очевидно, готовят нас монополии? Вряд ли, так как при соразмерном росте цен стоимость электроэнергии, вырабатываемой газопоршневой электростанцией, останется в тех же пропорциях, а значит, рынок ГПЭС будет расти.

Слабым местом ГПЭС является ограничение по приему нагрузки не более 20% номинальной мощности агрегата и медленное изменение режима работы. У потребителя возникает противоречие — при желании уйти от сети и иметь дешевый киловатт-час он вынуждены оплачивать ее услуги по балансированию мощности собственной генерации.

Процесс изготовления накопителей

Для разрешения этого противоречия и возможности работы в честном островном режиме, имея полный производственный цикл ГПЭС и ДЭС, был создан новый продукт, накопитель электроэнергии «Помощник». Почему именно помощник? Ответ прост — «Помощник» помогает газопоршневым электростанциям работать устойчиво в островном режиме для достижения проектных показателей экономической эффективности энергокомплексов.

— Озвученные преимущества, которые дает накопитель энергии, в теории звучат привлекательно, но были ли они подтверждены практически?

— Как говорил А. В. Суворов, теория без практики мертва, а практика без теории слепа, поэтому, следуя этому принципу, совместная работа накопителя «Помощник» была сперва опробована на собственном испытательном энергоцентре мощностью 500 кВт, от которого получает электроснабжение производство. До установки накопителя он работал параллельно сети в режиме следования за нагрузкой, а сеть поглощала или выдавала кратковременные избытки мощности, возникающие при резком изменении нагрузки ГПЭС, но уже по коммерческому тарифу. Попытка изменить режим работы на островной, естественно, привела бы к отключению электростанции защитами по частоте и детонации. При набросе нагрузки в 100 кВт частота уже отклонялась на недопустимые 5 Гц в течение 1,5 секунды.

В тестовой схеме ГПЭС была переведена в островной режим работы параллельно накопителю энергии «Помощник» 500 кВт на шины нагрузки 0,4 кВ — нагрузка изменялась пилообразно от 0 до 100 кВт и обратно, с успешным замещением вращающегося резерва при отключении ГПЭС. Практические испытания показали, что с накопителем энергии отклонение частоты ГПЭС не превышало 0,3 Гц, что позволило перевести электроснабжение предприятия в островной режим. Такой гибридный энергокомплекс подтвердил свою работоспособность при набросах нагрузки, превышающих допустимые для используемой электростанции, что важно, если технологическое присоединение к сетям недоступно или отсутствует.

— Является ли накопитель энергии «Помощник», о котором мы говорим, примером узловой сборки или в его основе лежат выполненные исследования и разработки?

— Любое крупное электротехническое изделие собирается из отдельных узлов, и добавленная стоимость формируется за счет проектирования, производства, поставки и ответственности за работоспособность предоставленного технического решения. И это вовсе не означает простоту этого изделия, особенно если речь идет о газопоршневой электростанции или накопителе энергии. Как и в большой энергетике, в малой важно знать, как управлять генерирующими установками, чтобы их работа была стабильной, так как они в большей степени подвержены отклонениям частоты и напряжения в силу малой инерции вращающихся масс.

Система управления накопителем «Помощник» стала частью существующей контроллерной экосистемы, и для нее были разработаны алгоритмы управления для разных сценариев электроснабжения и условия переходов между ними.

Поэтому, помимо проектирования и изготовления оригинальных конструктивных решений для «Помощника», по части выпускаемых электростанций в компании был разработан программно-аппаратный комплекс «Диадема», который управляет, мониторит и координирует работу генерирующих установок, в том числе тепловой части, в режиме реального времени, управляя запуском и остановкой с контролем синхронизма, параметров зажигания и детонации, а также обеспечивая защиту оборудования и ведение карты технического обслуживания. Вообще, в ДВС Ресурс вопросам управления энергокомплексом, как на верхнем уровне, так и на уровне первичного двигателя уделяется очень большое внимание.

Система управления накопителем «Помощник» стала частью существующей контроллерной экосистемы, и для нее были разработаны алгоритмы управления для разных сценариев электроснабжения и условия переходов между ними. Использовалась полная математическая модель изолированной энергосистемы в составе газопоршневой электростанции, преобразователя напряжения и аккумуляторных батарей, в которой, имитируя различные возмущения, были проверены выбранные способы формирования управляющих воздействий на накопитель энергии и на ГПЭС при их совместной работе, впоследствии испытанные и верифицированные натурно. Положительные результаты натурного моделирования верифицировали теоретическую модель и позволили подкреплять свои слова осциллограммами с живого оборудования.

— Понятно, что именно распределенная генерация, в частности газопоршневая, качественно улучшается накопителями энергии. Какие бы еще рынки или механизмы окупаемости накопителей энергии вы хотели бы отметить?

— Основной рынок для компании — это общепромышленные энергокомплексы на основе газопоршневых и дизельных электростанций, которые тоже могут работать совместно с накопителями, но там решаются другие задачи. Накопители электроэнергии, такие как «Помощник», являются инструментом по повышению электрической гибкости — какая еще компактная установка имеет мгновенную реакцию и может работать в роли как генератора, так и нагрузки? Этот вид оборудования находится на стыке технологий силовой электроники, промышленной автоматизации, автоматического управления и машинного обучения, сферы применения накопителей в современной энергосистеме поистине широки, от системных услуг до электрозарядной инфраструктуры. Но важно не только уметь управлять режимами работы накопителя, но и знать, как он окупится для частного случая конкретного заказчика, для чего используются подробные финансовые модели. Газопоршневые электростанции уже давно прошли этот путь, а накопители энергии — еще в пути.

Подробное рассмотрение этих механизмов вряд ли уложится в текущий формат, но мы будем рады сообщить о них читателям в будущем для дальнейшего роста экспертизы заказчиков и рынка накопителей электроэнергии в стране.

Фото предоставлены пресс-службой ГК «ДВС Ресурс»