Системы накопления энергии: что это, зачем нужны и как устроены

Рост распределенной генерации, требования к качеству электроснабжения и необходимость управлять нагрузкой сделали системы накопления энергии одним из ключевых элементов современной энергетики. Сегодня такие решения используют не только на крупных промышленных объектах, но и в коммерческих зданиях, частных домах, телеком-инфраструктуре и транспортных системах. В статье мы разбираем, что представляют собой системы накопления энергии, какие типы применяются на практике, для каких задач они нужны и по каким критериям их выбирать.

Что такое системы накопления энергии

Система накопления энергии (СНЭ, ESS) — комплекс оборудования, на который поступает электроэнергия, он сохраняет ее и затем отдает в сеть или нагрузку в нужный момент. Речь идет не только об аккумуляторе как таковом, а о полноценной инженерной системе, которая управляет процессами заряда, разряда и распределения мощности. Другими словами, под системами накопления энергии (ESS) обычно понимают более продвинутые решения, чем связка ИБП + АКБ. Это комплексные установки, которые могут работать не только как резерв, но и как активный элемент управления питанием подключенных к ним устройств.

В стандартной комплектации СНЭ включает:

• накопительный модуль;
• силовую электронику;
• систему управления;
• средства защиты;
• мониторинг;
• климатическое обеспечение.

Накопление энергии в системе нужно для того, чтобы разделить по времени момент выработки и момент потребления. Когда электроэнергии в системе достаточно, ее можно направить на хранение энергии. Когда возникает пик нагрузки или пропадает внешний источник, накопитель отдает запас обратно.

Виды систем накопления энергии

Вид системы накопления энергии определяется тем, в какой форме запасается энергия и для каких режимов работы предназначено решение. На практике применяются несколько основных классов.

Наиболее распространенный вариант — электрохимические системы, то есть аккумуляторные накопители. Именно они сегодня доминируют в стационарных проектах благодаря компактности, быстрому отклику и удобству масштабирования. Внутри этого класса чаще всего используют литий-ионные решения, в том числе LiFePO₄, а также свинцово-кислотные аккумуляторы для ряда резервных и бюджетных задач.

Кроме аккумуляторных систем существуют и другие виды:

• механические системы — энергия запасается в виде кинетической или потенциальной;
• тепловые системы — реализовано хранение энергии в виде тепла;
• водородные и другие химические решения — энергия проходит через стадию преобразования в топливо;
• суперконденсаторы — рассчитаны на быстрый заряд и разряд, но не на длительное хранение.

В бытовом, коммерческом и промышленном сегментах под термином СНЭ чаще всего понимают именно аккумуляторную систему с инвертором, шкафом управления и программным контролем.

Аккумуляторная батарея

Ventura CP

Перейти в каталог

Зачем нужны СНЭ и для чего применяются

Причин, по которым внедряют системы накопления энергии, несколько. В основе всех сценариев лежит одна задача: обеспечить управляемое накопление и выдачу электроэнергии там, где это экономически или технологически оправдано.

Наиболее частое применение СНЭ:

• резервирование питания при отключении внешней сети;
• сглаживание пиков нагрузки;
• повышение качества электроснабжения;
• работа совместно с солнечными электростанциями и другой распределенной генерацией;
• перенос потребления электроэнергии с дорогих периодов на дешевые;
• поддержка автономных и изолированных объектов;
• участие в регулировании мощности и частоты в энергосистемах.

Для частного пользователя система накопления энергии обычно дает резерв питания дома и более эффективную работу солнечной генерации. Для бизнеса и промышленности — инструмент управления мощностью, снижения затрат на сетевую инфраструктуру и повышения надежности.

Преимущества и недостатки систем накопления энергии

Перед внедрением СНЭ важно понимать не только сильные стороны, но и ограничения. К основным преимуществам, которые дают системы накопления энергии, относятся:

• возможность использовать электроэнергию в нужное время, а не только в момент выработки;
• повышение надежности электроснабжения;
• снижение нагрузки на внешнюю сеть в часы пикового потребления;
• интеграция с возобновляемыми источниками;
• быстрое масштабирование по мощности и емкости;
• автоматизация режимов заряда, разряда и хранения энергии.

При этом необходимо учитывать и недостатки:

• высокая стоимость проекта на этапе закупки и внедрения;
• ограниченный срок службы накопительных модулей;
• зависимость ресурса от температуры, глубины разряда и режимов эксплуатации;
• необходимость проектирования, защиты и сервисного сопровождения;
• потери энергии при преобразовании и циклировании.

Таким образом, система накопления энергии эффективна только тогда, когда ее параметры соответствуют задаче. Ошибка в подборе делает проект либо слишком дорогим, либо недостаточно полезным.

Как выбрать СНЭ под свои цели

Выбор начинается не с технологии, а с постановки задачи. Сначала определяют, для чего именно нужна система накопления: для аварийного резерва, работы с солнечной станцией, ограничения пиковой мощности или полной автономии. После этого оценивают 5 ключевых параметров:

• требуемую мощность;
• необходимую емкость;
• время автономной работы;
• число циклов за весь срок службы;
• условия размещения и эксплуатации.

Далее уточняют требования к системе:

• какой нужен инвертор;
• какой допустимый диапазон напряжений;
• требуется ли интеграция с генератором или солнечной станцией;
• нужен ли удаленный мониторинг;
• какие действуют требования к пожарной безопасности и климату.

Если речь идет о бытовом или коммерческом объекте, важно также оценить экономическую целесообразность: какую выгоду даст накопление энергии, насколько оправдано хранение с точки зрения тарифа, времени отключений и цены резервирования. В промышленности к этому добавляют еще повышенные требования к надежности, учитывают особенности мониторинга с участием диспетчера и совместимость с существующей схемой электроснабжения.

Итог

Системы накопления энергии — эффективный инструмент управления электроэнергией. Они позволяют организовать резерв энергии, повысить устойчивость электроснабжения, использовать генерацию более эффективно и управлять потреблением. Конкретная система накопления подбирается по цели, режиму работы и требованиям объекта. Чем точнее сформулирована задача, тем эффективнее будет работать СНЭ и тем больше окажется ее реальная польза в эксплуатации.