В январе 2010 года канадская компания BC Hydro в партнерстве с Министерством природных ресурсов Канады запустила проект по установке системы BESS (battery energy storage systems – аккумулирование энергии при помощи батарей) на подстанции распределительной сети Golden в провинции Британская Колумбия.

Функция покрытия пиковых нагрузок позволяет осуществлять разрядку батареи в периоды высокого спроса, что делает возможным снижение пиковой нагрузки на энергосистему и, как следствие, уменьшает перегрузки компонентов подстанции, а секционирование сети позволяет батарее осуществлять питание части потребителей при отключении от основной сети при плановых или внеплановых мероприятиях. В этом случае аккумулятор является эффективным резервным источником энергии.

Две горные общины Голден и Филд в районе Ист-Кутеней региона Британская Колумбия получают питание от подстанции Golden, которая при помощи четырех радиальных распределительных фидеров осуществляет снабжение прилегающих районов. В начале 2010 года прогнозировалось, что нагрузка на подстанцию превысит допустимую уже в период зимнего максимума 2013‑2014 годов. Город Филд, расположенный примерно в 50 километрах к востоку от Golden, запитан с помощью одного фидера 25 кВ. Эта распределительная линия испытывает частые и длительные отключения из‑за лесистой местности и холодной, снежной зимы в условиях Национального парка Йохо, в пределах которого расположен город. Пересеченная местность существенно затрудняет доступ аварийных бригад при проведении восстановительных работ.

Чтобы обеспечить покрытие пиковых нагрузок, компания BC Hydro рассмотрела несколько альтернативных вариантов, включая аккумуляторную батарею и дизельную установку. Финансовые затраты на установку аккумуляторной батареи сравнивались со стоимостью дизельного генератора. Хотя в итоге было отдано предпочтение батарее, дизельная установка получалась значительно дешевле. Помогло финансовое участие Фонда чистой энергии правительства Канады.

Благодаря реализации проекта сетевая компания получила аккумуляторную батарею с пятнадцатилетним жизненным циклом и отложила замену трансформатора на подстанции на два года. На начальном этапе BC Hydro определила мощность необходимой батареи в размере 2 МВт для уменьшения нагрузки на подстанцию.

Как корпорация, принадлежащая правительству провинции Британская Колумбия, компания BC Hydro должна для закупки оборудования и услуг проводить конкурсные торги. Фирма обратилась к предприятию Quanta за помощью в разработке критериев отбора аккумуляторной батареи, необходимых для удовлетворения требований по надежности. В результате только натрий-серные (NaS) батареи, поставляемые производителем NGK Insulators, смогли продемонстрировать необходимые качества.

Компания S&C Electric была выбрана в качестве интегратора системы, поскольку она успешно установила более 12 МВт натрий-серных BESS-систем. Самым большим препятствием при подписании контрактов на поставку батарей и системную интеграцию оказалось определение стандартов. Например, BC Hydro не имеет стандартной системы управления аккумуляторами (storage management system, SMS), поэтому компания использовала требования Канадской ассоциации стандартов для небольших низковольтных инверторов. На тот момент инвертор PureWave SMS компании S&C Electric не был сертифицирован по этому стандарту.

Особенности окружающей среды и климатические условия в районе ставили перед разработчиками особые требования. Первоначальные планы установки NaS-батарей учитывали температуры до –40 °C. Тем не менее при более детальном изучении климата в предлагаемых местах были рассмотрены возможные экстремальные значения температур до –50 °C и даже –58 °C. Вариант размещения батарей, предложенный системным интегратором S&C Electric, заключается в использовании внешних батарейных шкафов, установленных в сборных зданиях. Это решение обеспечивает защиту от снега и поддержание внутренних температур не ниже –40 °C. Компания NGK изменила конструкцию корпуса модуля батареи, чтобы все электронные компоненты находились вблизи установки. Данный вариант был принят к реализации.

Для автоматизации функционирования и мониторинга аккумуляторных систем требовалось внедрение телекоммуникационных связей батарей в Голдене и Филде с компанией BC Hydro, а также с подстанцией Golden. Было принято решение обеспечить связь батареи с подстанцией и компанией BC Hydro при помощи радиосвязи частотой 900 МГц SpeedNet.

Каждая BESS-система состоит из NaS-батареи и системы управления SMS (инвертор и блок управления), трансформатора и выключателей. Для системы в Field применено секционирование при помощи устройства IntelliRupter PulseCloser. Небольшой генератор, работающий на пропане, установлен для резервного питания станции обслуживания.

Для обеспечения функции секционирования используется программное обеспечение IntelliTeam, работающее с IntelliRupter и SMS, чтобы изолировать нагрузку и переключить питание. В случае неисправности между подстанцией Golden и IntelliRupter срабатывает защита блока батареи в автономном режиме. IntelliRupter обнаруживает отсутствие напряжения, убеждается в том, что неисправность не устранена, после чего осуществляет секционирование. Затем IntelliRupter посылает сигнал на SMS, благодаря чему задействуется главный выключатель SMS и подается питание в Филд.

Батарея обеспечивает питание либо до восстановления сети, либо до полной разрядки аккумуляторов. При восстановлении сети IntelliRupter обнаруживает напряжение на высокой стороне и сигнализирует SMS. SMS снова отключает батарею, а потребители получают питание от сети. Другой сигнал на SMS инициирует подзарядку аккумулятора.

В пиковом режиме система SMS может управлять батареей либо на основе запланированного цикла заряда и разряда, либо согласно входным уставкам контроллера. С целью оптимизации срока службы батарей BC Hydro предусмотрела разработку современного алгоритма управления зарядки и разрядки батареи на основе измеренных нагрузок на подстанции Golden. Для проверки работоспособности аккумуляторов запланированы регулярные принудительные глубокие циклы разряда и заряда.

Несмотря на все усилия, отсутствие у BC Hydro опыта работы с BESS-системами и отсутствие определенных стандартов для необходимых компонентов внесли значительные задержки в реализацию проекта. Через восемнадцать месяцев после получения финансирования началось строительство установок на местах. К октябрю 2011 года бетонные фундаменты для батарей были подготовлены, и команда должна была завершить монтаж до наступления зимы. В это время BC Hydro получила уведомление от производителя аккумуляторов NGK, что NaS-батарея загорелась на заводе в Японии. NGK рекомендовала BC Hydro приостановить строительство, пока не будет выяснена причина пожара.

В течение следующих шести месяцев представители NGK и BC Hydro многократно встречались с целью рассмотрения результатов расследования пожара и предлагаемых изменений для снижения рисков возможных пожаров в будущем. Компания BC Hydro приняла решение снизить установленную мощность батареи с 2 МВт до 1 МВт.

Батарея такой мощности была установлена в Field и функционирует в настоящее время. Компания NGK осуществила согласованные изменения и смогла доставить модернизированные модули батарей к лету. BC Hydro будет контролировать параметры батареи на протяжении всего срока службы. При реализации проекта накоплен опыт и получены важные результаты, которые планируется учитывать в дальнейшем.