Подобряване на надеждността и устойчивостта на мрежата чрез решения за съхранение на енергия

Как решенията за съхранение на енергия в мрежата подобряват нейната надеждност и устойчивост

Системите за съхранение на енергия функционират по подобие на амортизатори в днешните електрически мрежи, като реагират почти мигновено при спадове в напрежението или повреди на оборудването. Тези системи поддържат честотата сравнително близо до стандартната маркировка от 60 или 50 Hz, обикновено в рамките на около половин херц в двете посоки. Това е важно, защото без такъв контрол преди сме имали сериозни проблеми, при които малки проблеми се превръщали в големи блекаути, засягащи едновременно няколко щата. Ценността на тези решения за съхранение идва от тяхната способност да връщат електричество обратно в системата за части от секундата, което наистина помага за стабилизиране на цялата мрежа. По време на аварии в мрежата, тази способност за бърза реакция става абсолютно жизненоважна, за да се поддържат болниците, спешните служби и други основни операции да работят гладко.

Интеграция на съхранение на енергия с възобновяеми източници на енергия за стабилно захранване

Съхранението на енергия работи наистина добре, когато се комбинира със соларни панели и вятърни турбини, защото възобновяемите източници често колебят през повечето време – около 70% от времето всъщност. Електроенергийните компании могат да продължават да подават електричество, без да използват въглищни или газови електроцентрали като резервни източници, което е особено важно през нощта, когато слънцето залязва, или когато няма вятър в продължение на дни. Съхранената енергия компенсира тези периоди на спад в производството, така че хората да получават стабилно електрозахранване от контактите си. Това прави възможно увеличаването на дела на чистата енергия в нашата електрическа мрежа като цяло – цел, която еко групи пропагандират от години.

Услуги за съхранение на енергия като Peak Shaving и балансиране на натоварването – обяснени

• Peak shaving: Съхранението освобождава енергия по време на дневни върхове в търсенето (например между 17:00 и 20:00 ч.), намалявайки натоварването върху линиите за предаване и отлагайки скъпите ѝ модернизации
• Балансиране на натоварването: Батериите преразпределят излишната енергия от зони с излишък към области с недостиг, което оптимизира използването на мрежата и минимизира натовареността

Тези услуги подобряват ефективността и намаляват износването на остарялата инфраструктура, допринасяйки за дългосрочната надеждност на системата.

Аналитични данни: Съхранението на енергия в мрежата намалява продължителността на прекъсванията с до 40% (Департамент по енергетиката на САЩ, 2023)

Според доклада за устойчивост на Департамента по енергетиката на САЩ от 2023 г. регионите с поне 500 MW капацитет за съхранение възстановяват електрозахранването с 2,3 часа по-бързо по време на бури в сравнение с мрежи без съхранение. Това 40% подобрение във възстановяването от прекъсвания идва от способността на съхранението да:

1. Поддържа работата на критични съоръжения – болници, центрове за данни, пречиствателни станции за вода – по време на прекъсвания в предаването
2. Позволява по-бързо рестартиране на мрежата ("черен старт") чрез използване на запасени резерви, ускорявайки пълното възстановяване

Тази способност става все по-важна, тъй като екстремните климатични събития предизвикват предизвикателства за устойчивостта на мрежата.

Основни технологии за съхранение на енергия, които захранват модерните приложения на мрежата

Преглед на технологиите за съхранение на енергия и тяхната класификация по продължителност и функция

Съвременните решения за съхранение на енергия в мрежата използват различни технологии, като всяка от тях е подходяща за определени периоди и функции:

Вид технология	Траене	Ключови приложения
Литиево-йонни батерии	Краткосрочно-средносрочно	Регулиране на честотата, подпомагане при пикове
Проточни батерии	Средносрочно-дългосрочно	Пренасочване на натоварването, интегриране на възобновяеми източници
Изпомпване на водосброд	Дългосрочен	Масово съхранение на енергия, сезонно балансиране
Термохранилище	Краткосрочно-дългосрочно	Управление на промишленото топлинно задоволяване, системи за комбинирано производство на топлина и електроенергия (CHP)

Както сочи изследванията в областта на устойчивите енергийни системи, тази класификация помага на енергийните компании да съгласуват избора на технологии с оперативните нужди – системи с кратка продължителност, като суперкондензатори, се справят с моментни дисбаланси, докато поточните батерии управляват часови колебания в производството от възобновяеми източници.

Литиев-йонни срещу поточни батерии: Производителност в решенията за съхранение на енергия в мрежата

Литиев-йонните батерии са практически стандартният избор за краткосрочни нужди от съхранение, тъй като предлагат впечатляваща ефективност при циклично зареждане и разреждане между 90% и 95%, както и време за отклик под 100 милисекунди. Но когато става въпрос за по-дълготрайни решения, поточните батерии се отличават. Тези системи имат срок на служене от 20 до 30 години в сравнение с типичния живот на литиевите батерии от около 10 до 15 години. Освен това технологията на поточните батерии може лесно да се мащабира за онези цикли на разреждане от 4 до 12 часа, които са необходими при комбиниране с възобновяеми източници като слънчеви панели или вятърни турбини в продължение на няколко дни. Фактът, че техните електролити не се деградират с времето, всъщност помага за намаляване на общите разходи за поддръжка, въпреки че те съдържат по-малко енергия на единица обем в сравнение с литиевите алтернативи.

Нововъзникващи технологии: Системи за съхранение с твърдо агрегатно състояние и гравитационни системи

Твърдотелните батерии потенциално могат да съхраняват два пъти повече енергия в сравнение с обичайните литиево-йонни клетки, като при това съществува далеч по-малък риск от възпламеняване. Това означава, че те могат безопасно да се монтират в по-малки пространства, непосредствено до градски райони, без опасения от експлозии. Съществуват и решения за съхранение на енергия, базирани на гравитацията, като големите механични кули на Energy Vault. Те по същество вдигат нагоре тежки композитни блокове, когато е налично излишно електричество, и ги спускат отново когато е необходимо, по този начин съхранявайки енергия години наред. Системата губи около 15% от съхранената енергия, което е доста добро, имайки предвид колко дълго тези устройства могат да функционират. Всички тези нови технологии откриват възможности в места, където традиционните батерийни технологии просто не работят добре поради проблеми с безопасността или ограничени ресурси.

Анализ на тенденции: Глобален преход към дългосрочно съхранение на енергия (LDES) до 2030 г.

Прогнози за пазара предвиждат, че секторът за дългосрочно съхранение на енергия (LDES) може да достигне стойност от около 120 милиарда долара до края на това десетилетие. Основният тласък идва от нарастващото търсене на системи, които могат да осигуряват енергия непрекъснато в продължение на над десет часа, което е от съществено значение за намаляване на въглеродните емисии по цялите електропреносни мрежи. Почти половината от всички нови инсталации на възобновяема енергия днес се предлагат с някакво обещание за LDES, предимно поради падащите цени на технологии като желязо-въздушни батерии и системи за съхранение на компресиран въздух. Това, което наблюдаваме сега, вече не се ограничава само до поддържането на захранването при кратки прекъсвания. Вместо това компании започват да планират оперативното управление на системите си за съхранение на енергия няколко дни напред, дори и месеци напред, за да могат да се справят с предизвикателствата от продължителни вълни на високи температури или цели сезони с променливо предлагане и търсене.

Интегриране в мрежата и оперативно представяне на системите за съхранение на енергия

Внедряването на системи за съхранение на енергия (ESS) в днешните електрически мрежи не е лесна задача. Съществуват множество технически предизвикателства, които трябва да се преодолеят, докато се постигне най-добрата възможна ефективност от тези системи. Някои сериозни предизвикателства идват от справянето с досадните скокове на напрежение, които възникват при бързо зареждане и изтощаване на батериите. Освен това, има и хаоса при управлението на двупосочното движение на енергия в смесени инсталации с възобновяеми източници. Според проучване, публикувано миналата година в списание Journal of Power Sources, две големи проблема се открояват за всеки, който иска да инсталира големи батерийни пакети в по-стари мрежови инфраструктури. Първият е поддържането на стабилна честота, което става сложно с всички тези батерии, които влизат и излизат от мрежата. Вторият проблем е управлението на топлинното натрупване в тези големи инсталации, което става все по-трудно с увеличаването на батериите с течение на времето.

Технически предизвикателства при интегрирането на системи за съхранение на енергия в електрическата мрежа

Старите мрежови проекти имат реални затруднения със скоростта, с която батериите с литиеви йони и системите с течни батерии могат да реагират. Постигането на тези изключително бързи времена за отклик в комбинация с обичайното оборудване за контрол на напрежението обикновено изисква значителна модернизация на подстанциите. Според някои полеви доклади около една от всеки четири преносни компании в Северна Америка среща проблеми с инвертори, които не съвместуващи добре, когато се опитват да модернизират стари подстанции за системи за съхранение на енергия. Това сочи защо отчаяно се нуждаем от по-добри стандартни правила за свързване на тези нови технологии към мрежата.

Интелигентни инвертори и напреднали системи за управление, осигуряващи безпроблемна интеграция на възобновяеми източници

Интелигентни инвертори от следващо поколение помагат за поддържане на стабилността на електрическата мрежа, тъй като позволяват на системите за съхранение на енергия да регулират реактивната мощност при внезапни увеличения в производството на слънчева енергия или намаления в наличността на вятърна енергия. Когато тези устройства работят заедно с контролни системи, базирани на изкуствен интелект, които предвиждат бъдещи промени, тестове показват спад от около 18 процента в загубената възобновяема енергия в централните райони на САЩ миналата година. Вземете системата на Калифорния CAISO като добър пример. Те прилагат някои наистина ефективни методи, използвайки измервания в реално време, за да управляват координацията между батерии и слънчеви панели с общ капацитет от 3,2 гигавата. Това помага на всичко да работи гладко, въпреки че количеството електроенергия от възобновяеми източници постоянно се променя, а моделите на потребление на хората също се изменят по време на деня.

Примерно проучване: Големи батерийни инсталации в Калифорния, подпомагащи излишното производство от слънчеви панели

През май 2024 г., когато производството на електроенергия от слънчева енергия достигна рекордни нива, групата от 4-часови батерии с литиево-желязна фосфатна технология в Калифорния събра около 1,7 гигаватчаса излишна електроенергия, произведена посредствен ден. Това е достатъчно, за да захрани около 125 хиляди домакинства всъщност. Енергията, съхранена по този начин, покри почти 89 процента от големия скок в търсенето на електроенергия през вечерните часове. Това показва, че когато системите за съхранение на енергия (ESS) се разполагат там, където наистина са нужни, те превръщат цялата тази излишна енергия, която иначе би била загубена, в нещо полезно и надеждно. По този начин се намалява загубата на енергия, като едновременно с това се намалява зависимостта от скъпите природногазови централи, които се включват в пиковите часове. И джобът, и околната среда печелят от този подход.

Икономически и екологични ползи от решенията за съхранение на енергия в мрежата

Намаляване на ограничаването чрез интегриране на съхранение на енергия с възобновяеми източници на енергия

Съхранението на енергия намалява загубите от възобновяеми източници, като улавя излишъчната енергия от слънчева и вятърна енергия по време на периоди с ниско търсене. През 2023 г. Калифорния намали ограничаването на производството с 34% чрез целево разгръщане на батерии. Използването на тази съхранена енергия по време на високо натоварване максимално използва възобновяемите източници и намалява зависимостта от пиковите електроцентрали, използващи изкопаеми горива, което подобрява устойчивостта и икономическата ефективност на електропреносната мрежа.

Подобрения в нивелираната цена на съхранение (LCOS) стимулират приемането на зелена енергия

Подобренията в батериите и по-големият серийно производство намалиха нивелираната цена на съхранение (LCOS) за литиево-йонни системи с около 52% от 2018 г. насам. В днешно време енергийните компании все по-често използват решения за съхранение на енергия не само за поддържане на стабилността на мрежата, но и за осигуряване на надеждно електрозахранване, когато е необходимо, често при цени, които дори могат да надминат тези на електроцентралите на природен газ. Наскорошно проучване на MIT от 2023 г. предвижда още по-добри резултати, прогнозирайки, че LCOS за системи с четиричасова продължителност може да падне под 50 долара за мегаватчас до края на това десетилетие. Такъв напредък определено ускорява прехода към по-чисти енергийни мрежи, които могат да се справят с всяки предизвикателства.

Екологично въздействие: Как съхранението на енергия подпомага декарбонизацията

Съхранението на енергия в мрежата допринася за интегрирането на повече възобновяеми източници в енергийните системи, намалявайки емисиите на въглероден диоксид с около 12 до 18 милиона тона годишно само в Съединените щати. Тази технология намалява зависимостта от газовите турбини, които отделят много метан, когато има натоварване върху електрическата мрежа. Когато комбинираме тази възможност за съхранение с комбинирани възобновяеми съоръжения, това означава реален напредък към постигането на амбициозното намаление на емисиите от производството на електроенергия с 72%, което според много климатични модели е необходимо в рамките на Парижкото споразумение. По тази причина решенията за съхранение се открояват като основни компоненти във всеки сериозен опит за намаляване на парниковите газове по света, като същевременно осигуряват надеждно електрозахранване.

Често задавани въпроси

Каква е ролята на системите за съхранение на енергия за стабилността на мрежата?

Системите за съхранение на енергия действат като амортизатори, като бързо реагират на спадане на напрежението или повреди в оборудването, за да стабилизират мрежата и да осигурят непрекъснато захранване на критични услуги.

Как системите за съхранение на енергия се интегрират с възобновяемите източници на енергия?

Системите за съхранение на енергия улавят излишната електроенергия, произведена от възобновяеми източници, намалявайки колебанията и осигурявайки стабилно електропитание дори когато производството от възобновяеми източници намалее.

Какви видове услуги предоставят решенията за съхранение на енергия в мрежата?

Тези решения предлагат намаляване на пиковото потребление чрез разреждане на енергия при високо търсене и балансиране на натоварването чрез преразпределение на излишна енергия от области с прекомерно предлагане към такива с дефицит.

Какви са икономическите ползи от решенията за съхранение на енергия?

Решенията за съхранение на енергия намаляват усреднената стойност на съхранението на енергия (LCOS), намаляват зависимостта от електроцентрали, използващи изкопаеми горива, и ограничават загубата на енергия от възобновяеми източници, което води до по-икономични и устойчиви електрически мрежи.