ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОАККУМУЛЯЦИИ В СИСТЕМЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ

АННОТАЦИЯ

Данная статья рассматривает использование систем гидроаккумулирования в системе распределенной генерации. Приведена классификация систем гидроаккумулирвания. Рассмотрены вариации по конструкционному исполнению в зависимости от рассматриваемых задач.

Ключевые слова: распределенная генерация; возобновляемые источник энергии; регулирование; гидроаккумуляция.

Концепция распределенной генерации (РГ) может стать перспективным решением проблем присущих традиционной энергосистеме. Одним из основных ее преимуществ является использование потенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Использование ВИЭ может поспособствовать решению таких проблем как: энергоснабжение отдаленных и энергоизолированных районов, регулирование суточных нагрузок, децентрализация энергосистемы т.д.

Опыт эксплуатации пилотных проектов показывает, что полное раскрытие потенциала использования ВИЭ может быть достигнуто при использовании систем аккумулирования энергии, которые помогут решить проблему переменного объема выработки электроэнергии. Одним из перспективных для реализации методов является метод гидроаккумуляции (ГА).

Принцип ГА заключается в использовании излишка вырабатываемой электроэнергии в периоды малых нагрузок в сети, для закачки воды в специальные резервуары. В последствии потенциальная энергия запасенного объема воды используется для генерации электроэнергии. Для повышения емкости аккумулирования электроэнергии необходимо достичь значительной разности высот между резервуарами, так как от нее зависит объем потенциальной энергии воды, преобразуемой впоследствии в электроэнергию. Приведем типичную схему комплекса ГА (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема ГА станции; 1 – верхний резервуар, 2 – трубопровод, 3 – генерационно-аккумулирующая установка, 4 – нижний резервуар

Системы ГА могут быть поделены на два основных вида: открытые и закрытые системы аккумуляции.

К первому виду относятся ГАЭС в которых в качестве резервуара для запасания воды используется верхний бьеф или отдельно взятый резервуар. Данный тип является более распространенным, так как его реализация позволяет осуществлять регулирование выработки электроэнергии непосредственно на самой электростанции в зависимости от текущей нагрузки в сети. В целях использования данного преимущества по всему миру многие ГЭС были модернизированы до ГАЭС.

Ко второму виду относятся системы, состоящие из двух изолированных от сторонних источников воды резервуаров, соединенных трубопроводом (см. рисунок 1). Данный вид в сравнении с предыдущим позволяет производить исключительно аккумуляцию электроэнергии. Тем не менее, данный метод имеет сравнительно большую область для реализации. Так перспективными объектами для него являются выработанные шахты и карьеры, пещеры, горные озера разность уровней которых может быть в перспективе использована для получения значительной емкости аккумуляции. Также стоит отметить сниженное влияние данного метода на экологию, так как при использовании искусственных резервуаров исключается возможность взаимодействия турбин электростанции с водной фауной.

Большинство комплексов ГАЭС и ГЭС имеют генерирующие установки, не предусматривающие возможность осуществления регулирования скорости, что не дает реализовать их потенциал в полной мере. На данный момент эффективность и функционал ГА единиц могут быть повышены при помощи использования машин двигатель-генератор с регулируемой скоростью вращения. Их использование позволяет регулировать объем потребляемой энергии во время закачки воды, тем самым обеспечивая регулировку частоты в данном режиме. Также использование данных агрегатов позволяет повысить эффективность станций в режиме генерации при варьируемом объеме запасенной воды в ГА системах и при изменении объема водного потока на ГАЭС, посредством регулировки скорости вращения. Использование двигатель-генераторов позволяет осуществлять более широкое регулирование баланса активной и реактивной мощностей в системе.

Ранее были рассмотрены исключительно случаи, в которых закачка и сброс аккумулированных водных ресурсов производились по одному трубопроводу, однако, на практике также получили распространение системы с раздельными водонесущими путями для режимов генерации и аккумуляции. Использование данного принципа позволяет осуществлять работу системы в режиме смешанного оперирования, т.е. осуществлять одновременно генерацию электроэнергии и ее аккумуляцию, что позволяет оперативно регулировать объем потребляемой электроэнергии из сети в режиме аккумуляции посредством варьирования объема вырабатываемой электроэнергии на генерирующей секции комплекса. 

На практике исторически получили распространение комплексы ГА больших мощностей, которые несмотря на все свои преимущества, обладают высокой стоимостью строительства и требуют согласования строительства в различных ведомствах, что непосредственно увеличивает сроки реализации. Использование ГА комплексов малых масштабов является более актуальным в свете концепции РГ, так как данный подход позволит расширить географию генерации и сократить потери на транспортировку энергии, что в свою очередь обусловлено перспективным сокращением расстояния от ГА комплекса до потребителя. Также реализация маломощностной ГА характеризуется сравнительно малым воздействием на окружающую среду.

Использование ГА комплексов в роли промежуточного звена между ВИЭ и потребителем позволит решить проблему переменного объема выработки электроэнергии ВИЭ. Что расширяет потенциал их применения в качестве источников электроэнергии в отдаленных и энергоизолированных районах.

Развитие области ГА предопределяет развитие систем РГ, способствуя ее расширению и увеличивая потенциал ее использования, на данный момент разрабатываются разные подходы и системы ГА, которые нацелены на расширение географии ее применения.

Список литературы:

1. Винаковская Н.Г., Якибчук С.Ю. Актуальность и особенности реализации системы “SMART GRID” на территории Российской Федерации // Сборник избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ "Нацразвитие" (Санкт-Петербург, Декабрь 2019). Международная научная конференция "Наука. Исследования. Практика". – СПб.: ГНИИ «Нацразвитие», 2019.
2. Choton K. Dasa, Octavian Bassa, Ganesh Kothapallia, Thair S. Mahmoudb, Daryoush Habibia. Overview of energy storage systems in distribution networks. Placement, sizing, operation, and power quality. Renewable and Sustainable Energy Reviews, ISSN: 1364-0321, Vol: 91, Page: 1205-1230
3. USA Department Of Energy. Hydropower Vision. Report. – Washington. July 2016