Основною відмінністю електроенергетики від будь-якої іншої «фізичної» галузі є неможливість зберігання виробленого нею товару в промислових масштабах. У кожну одиницю часу в цій галузі має здійснюватися рівно стільки електроенергії, скільки потрібно споживачеві.
Щоб забезпечити таку можливість, необхідні або дорогі резервні генеруючі потужності, або складні географічно розподілені енергосистеми. Не можна мати в енергосистемі тільки атомні електростанції (АЕС), які не вміють швидко скидати і набирати навантаження, або тільки поновлювані джерела енергії (ВДЕ) - сонце і вітер, наприклад, можуть не світити і не дути в потрібний момент. Тому значна частка генерації здійснюється за рахунок традиційних викопних ресурсів (вугілля, газу), що забезпечують і надійність, і необхідну маневреність.
Режим роботи будь-якої енергосистеми визначається в першу чергу ступенем навантаження на неї з боку споживачів. Як правило, вночі споживання електроенергії значно знижується, а вранці і ввечері - перевищує рівень денного споживання. І взагалі, незалежно від часу доби електричне навантаження безперервно змінюється. Ці постійні коливання ускладнюють задачу збереження балансу між виробництвом і споживанням і призводять до того, що генеруючі потужності значну частину часу працюють в економічно неоптимальном режимі.
Існує три традиційних типу електростанцій: атомні, теплові (ТЕС) і гідроелектростанції (ГЕС). АЕС з міркувань безпеки не регулюють свою навантаження. ГЕС для роботи з нерівномірним графіком навантаження підходять набагато краще, але вони є далеко не в кожній енергосистемі, а якщо і є, то не завжди в необхідній кількості. Таким чином, основне навантаження по покриттю нерівномірності добового електроспоживання лягає на ТЕС. Це, в свою чергу, призводить до їх роботі в неекономічному режимі, збільшує витрату палива і, як наслідок, вартість електроенергії для споживачів.
Всі перераховані вище проблеми, а також ряд інших можуть бути вирішені за допомогою технологій промислового накопичення енергії.
Ефекти від накопичення
1. Ефект для генерації: використання накопичувачів дозволить оптимізувати процес виробництва електроенергії за рахунок вирівнювання графіка навантаження на найбільш дороге генерує обладнання, а також позбавити дорогу теплову генерацію від ролі регулятора. У свою чергу, це неминуче призведе до скорочення витрат вуглеводневого палива, підвищення коефіцієнта використання встановленої потужності електростанцій, збільшить надійність енергопостачання і знизить потреби в будівництві нових потужностей.
2. Ефект для державного регулювання: накопичувачі дозволяють створити енергетичний резерв без надмірної роботи генеруючих потужностей, оптимізувати режим роботи електростанцій, забезпечити спокійне проходження нічного мінімуму і денного максимуму навантажень.
3. Ефект для споживачів: електроенергія стає дешевше, підвищується надійність енергопостачання, можна забезпечити роботу критичного обладнання при перебоях з харчуванням і створити резерв на випадок аварій.
4. Ефект для електромережевого комплексу: накопичувачі знижують пікове навантаження на електричні підстанції і витрати на модернізацію мережевої інфраструктури, підвищують якість і надійність енергопостачання споживачів.
Зараз одним з головних трендів світової енергетики є розвиток ВДЕ-генерації. Серед країн, що розвивають «зелену» енергетику, найбільш яскравим прикладом є Данія, яка виробляє 140% загальнонаціонального попиту на енергію за допомогою ВДЕ, і Німеччина, де на ВДЕ припадає близько 50% встановленої потужності електростанцій (94 з 182 ГВт) і ця частка продовжує неухильно рости. В окремі години ВДЕ вже можуть забезпечити до 100% потреби в електроенергії. При цьому і тепловим, і атомним електростанціям доводиться виконувати резервну функцію, оскільки вироблення ВДЕ-генерації непостійна. Накопичувачі електроенергії можуть стати виходом для продовження успішної інтеграції ВДЕ в енергосистеми різних країн, вони дозволять згладити коливання вироблення ВДЕ і вирівняти графік навантаження.
Іншим трендом є розвиток розподіленої енергетики. Споживачі хочуть мінімізувати свої витрати і встановлюють власні генеруючі джерела (наприклад, сонячні батареї або вітрогенератори). У країнах, де частка розподіленої генерації висока, виникає проблема інтеграції таких споживачів в ринкову систему. Оскільки сам споживач забирає від свого джерела стільки електроенергії, скільки йому потрібно в даний момент часу, у нього можуть виникати надлишки. Проблема продажу цих надлишків в мережу може бути вирішена за допомогою накопичувачів. Крім цього вони можуть використовуватися і для створення індивідуальних резервів.
На сьогоднішній день 99% промислового накопичення і зберігання електроенергії (близько 132,2 ГВт) забезпечують гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС). На всі інші технології накопичення припадає 1%, в основному мова йде про накопичувачі на стислому повітрі, сульфідних натрієвих акумуляторних батареях і літієвих акумуляторних батареях. Найбільш перевіреними з накопичувачів є ГАЕС і пристрої, що працюють на технології стисненого повітря. Решта технології поки ще знаходяться в процесі розвитку.
При цьому якщо ГАЕС і пристрої, що використовують технології стисненого повітря, можуть зберігати досить великі обсяги електроенергії протягом декількох годин, вони досить обмежені в плані підведення великої кількості енергії для підтримки або протидії різним короткостроковим коливанням.
Що стосується акумуляторних батарей, то поточні оцінки витрат на їх установку варіюються від $ 200 до $ 800 за 1 кВт встановленої потужності. Найменші витрати відповідають свинцево-кислотних акумуляторів, оскільки вони знаходяться на більш високій стадії технологічного розвитку. Цей діапазон відповідає нижній межі вартості для ГАЕС, але він набагато нижче, ніж у інших потенційних і нових технологій зберігання. Однак основним недоліком свинцево-кислотних та інших АБ є їх низька тривалість життя в порівнянні з ГАЕС, які мають набагато більш тривалі терміни експлуатації. Термін служби АБ істотно розрізняється залежно від частоти застосування, швидкості розрядки і кількості циклів глибокої розрядки.
Чи потрібні Росії технології зберігання енергії?
Потужність електричних накопичувачів в країнах ЄС, США та Китаї, за різними сценаріями Міжнародного енергетичного агентства, до 2050 року зросте від двох до восьми разів. У Росії після 2022 року прогнозується новий інвестиційний цикл в енергетиці. Потенційна ніша для нових енергооб'єктів оцінюється в 15-30 ГВт. Інвестиції можуть скласти $ 500- 700 млрд до 2035 року. При цьому виграти від застосування накопичувачів зможуть практично всі учасники ринку.
Данила Шапошников партнер фонду North Energy Ventures Олександр Батраков начальник управління енергозбутової діяльності ПАТ «ОГК-2»