Целью исследовательского проекта ученых из Empa (Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологии) является определение рентабельности использования стационарных аккумуляторных батарей для потребителей и в то же время определения преимуществ для местных поставщиков электроэнергии.
Сегодня в Швейцарии на крышах домов устанавливается все больше и больше солнечных электростанций, что создает проблемы для сетевых операторов. Потому что в солнечный день в сеть вдруг поступает огромное количество электроэнергии. А сеть не рассчитана на это, и в худшем случае может выйти из строя. Одним из способов предотвращения таких сетевых отключений могло бы стать расширение сетевой инфраструктуры, которое позволило бы справиться с максимальными нагрузками. Но такое расширение сети неизбежно ведет к значительно более высоким производственным затратам при передаче электроэнергии.
Альтернативой могло бы стать аккумулирование произведенной «избыточной электроэнергии» на местах. Но насколько рентабельно такое хранение электроэнергии операторам домашних крышных солнечных электростанций? Какие варианты хранения электроэнергии существуют сегодня? И помогут ли они на самом деле стабилизировать электросеть?
Поисками ответов на эти вопросы занялся исследователь из Empa Филипп Хеер. Для своего проекта он использовал реальные данные, предоставленные местной энергоснабжающей компанией Glattwerk, работающей в Дюбендорфе, и исследовал два типа батарей: литий-ионные и никелево-натриево-хлоридные (ZEBRA). Используя компьютерное моделирование, Хеер сделал расчеты по 160 различным сценариям с разной емкостью аккумуляторов и разной мощностью солнечных электростанций, основанным на одной централизованной или нескольких децентрализованных системах хранения электроэнергии.
Здесь выделяются две партии, представляющие разные интересы. С одной стороны, операторы сетей среднего и низкого напряжения, которые подают электроэнергию конечным потребителям. В Швейцарии насчитывается около 650 сетевых операторов, которые вместе управляют сетью длиной около 200 000 километров. Их цель — минимизировать риски выхода сети из строя без необходимости расширения инфраструктуры до максимальной нагрузки, которая случается довольно редко.
С другой стороны — потребители, которые в то же время сами производят электроэнергию — так называемые прозумеры. Их цель — минимизировать затраты на электроэнергию. Это означает потребление электроэнергии собственного, когда стоимость сетевой электроэнергии высокая. Поскольку «зеленые» тарифы сегодня намного ниже, чем сетевые, то прозумерам нет никакого смысла подавать выработанную электроэнергию в сеть.
Как можно использовать стационарные батареи таким образом, чтобы это было на пользу обеим сторонам? Давайте рассмотрим солнечный день: солнечные электростанции вырабатывают максимум электроэнергии днем, когда большинства их владельцев нет дома. Подача электроэнергии по низкому тарифу в сеть создает неудобства для обеих сторон: потребители будут вынуждены вечером покупать сетевую электроэнергию по более высокой цене, а операторам сетей придется расширять свою сеть, чтобы принять большие объемы электроэнергии днем. Если же, с другой стороны, самостоятельно произведенная электроэнергия временно аккумулируется в батареях на местах, то производители смогут использовать её вечером для собственных нужд, электросеть при этом разгружается.
Естественно, у батарей есть не только преимущества. Их эффективность не достигает 100%. Поэтому даже когда используются аккумуляторные батареи, среднее потребление электроэнергии в общей сети растет. Чтобы повысить пользу от использования батарей для всех заинтересованных сторон, было бы целесообразно оптимизировать управление батареями с учетом различных интересов заинтересованных сторон, а не просто максимизировать экономию средств для отдельного прозумера. Представим себе, что в худшем случае все прозумеры поставили свои батареи на зарядку за счет избыточной солнечной электроэнергии, например, с утра и до обеда, а затем вдруг все они одновременно начнут подавать электроэнергию в сеть. Для сетевых операторов это снова создало бы пиковую нагрузку.
При оптимизированном управлении аккумуляторными батареями их зарядка будет осуществляться только тогда, когда сеть получает больше электроэнергии, чем потребляется. Такая система использования аккумуляторов окупается: «Моделирование показывает, что батареи, оптимизированные для объединённых целей управления, достигают на 15% более высокой средней прибыли, чем батареи, оптимизированные только для одного прозумера», — объясняет Хеер. Даже небольшие, децентрализованные батареи могут быть полезны для обеих сторон, но крупномасштабные общие системы хранения электроэнергии могут дать еще больше преимуществ.
Чтобы увидеть, верны ли результаты моделирования, Хеер и его команда планируют протестировать такое оптимизированное управление аккумуляторными батареями в реальной энергетической системе. Для этого они используют энергетический демонстратор Empa, так называемый «Energy Hub» или сокращенно ehub. При этом различные подразделения научно-исследовательского центра NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) будут функционировать как активные прозумеры, которые производят и потребляют разное количество электроэнергии. Для тестирования будут использованы как никелево-натриево-хлоридная батарея, так и литий-ионная. «Если результаты моделирования будут подтверждены в реальных условиях, то уже проанализированная распределительная сеть Дюбендорфа может послужить в дальнейшем в качестве пилотного проекта», — сказал Хеер.
Источник: https://www.empa.ch/web/s604/fur-heim-und-netz