Аккумуляторные батарей большой мощности (АББМ) Системы накопления энергии (СНЭ)

В рамках модернизации и инновационного развития на объектах ОАО «ФСК ЕЭС» было принято решение применять Системы накопления энергии (СНЭ) на базе Аккумуляторных батарей большой мощности (АББМ) с использованием АБ в химический состав которых не входит жидкий электролит.

Ключевыми факторами для использования данной системы была необходимость в:

Резервирование электроэнергии для особо важных потребителей при перебоях в электроснабжении собственных нужд (СН) 0,4 кВ на подстанции (ПС),
Как «буферный» накопитель для альтернативных источников,
Компенсация дефицита мощности в режиме пикового потребления для разгрузки объектов генерации и передачи электричества,
Накопление энергии в течении суток во время её низкой стоимости (ночное время суток).

На сегодня наиболее распространенным решением данных задач является применение свинцово-кислотных аккумуляторов. Вместе с тем, не смотря на сравнительную дешевизну решений на свинцовых аккумуляторах, данный тип решений обладает рядом недостатков, в числе которых малая допустимая глубина разряда батарей, сравнительно малая объемная и весовая плотность энергии, невозможность частых зарядов и разрядов высокими токами, а так же сильная зависимость от температур окружающей среды.

Учитывая вышеизложенное, перспективы установки решений на базе Никель-солевых батарей производства FIAMM S.p.A в аварийных источниках питания представляются весьма значительными.

При всем при этом данный тип батарей имеет более высокий срок службы, не требует обслуживания, обладает значительно более высокими показателями плотности энергии и уже в базе имеет встроенную систему управления (СУ).

Cнижение количества аккумуляторов и увеличение их срока службы позволяет снизить капитальные затраты на создание и последующую эксплуатацию решения на 10-15%, а массогабаритные характеристики – в 3-7 раз. Кроме того, ввиду абсолютной герметичности и устойчивости к высоким и низким температурам, размещение Никель-солевых батарей в помещениях не требует дополнительных систем вентиляции и кондиционирования воздуха, как в случае со свинцовыми батареями, что снижает общие затраты на источник аварийного питания и системы климат-контроля.

Компания ООО «ФИАММ Индастриал РУС» в качестве накопителей энергии использует аккумуляторные батареи нескольких типов:

- AGM VRLA (свинцово-кислотные - AGM),

- SMG Solar OPzV (свинцово-кислоьная - гель),

- Ni/NaCl (Ni-солевая, без жидкого электролита).

Срок службы установки зависит от назначения, режимов эксплуатации и типа аккумуляторной батареи:

- AGM VRLA от 7 до15 лет,

- SMG Solar OPzV от10 до 18 лет,

- Ni/NaCl от 20 до 40 лет.

Так что же из себя представляет Ni-солевая батарея FIAMM SoNick?

Аккумуляторная батарея состоит из группы Ni-Солевых элементов питания напряжением 2,7В и ёмкостью 40Ач каждый. Плотность энергии в одном таком элементе составляет 140Вт*ч/кг., к примеру, в литий железо фосфатных аккумуляторах (LiFePO4) этот показатель равен 90Вт*ч/кг., а в свинцово-кислотных - 35Вт*ч/кг. Из данных элементов собирается модульная аккумуляторная батарея напряжением от 24 В до 800 В в зависимости от требований входного значения источника питания (ИБП). Необходимое время резерва обеспечивается за счет параллельного подключения батарейных модулей, при этом, количество параллельно подключенных батарей не ограничено. Корпус аккумуляторной батареи выполнен в виде двойного контейнера из нержавеющей стали, плюс каждый элемент запечатан в отдельный стальной стакан. Между стенками модулей размещен слой термоизоляции (блоки из диоксида кремния или же вакуумная термоизоляция, в зависимости от типа батареи тип термоизоляции может меняться), который служит не только для предотвращения рассеивания тепла от батареи, но так же и как защита от механических повреждений внутренних элементов батареи.

Каждая батарея FIAMM Zebra SoNick оснащена системой управления (СУ). Система управления батареи, она же BMS (Battery Management System), обеспечивает наиболее оптимальный режим работы каждого батарейного блока, осуществляет контроль входного и выходного напряжения, позволяет осуществлять мониторинг и диагностику батареи, в том числе и удаленные.

Мониторинг батарей FIAMM Zebra SoNick осуществляется посредством интерфейсных протоколов данных (Ethernet, RS232/485, CAN-bus, CAN-Open, USB – в зависимости от серии количество и типы протоколов могут изменяться) и фирменного ПО. Так же возможна интеграция батарей в существующие системы мониторинга (такие как АСУ ТП, SCADA и т.д.).

Основные преимущества Ni-солевых батарей FIAMM:

Батареи исполнены в соответствии с IP 55 (опционально IP65), что позволяет размещать их без необходимости в специальных кабинетах и шкафах даже на улице.

Устойчивость к высоким и низким температурам (от -40°С до + 60°С), а так же отсутствие выделений в окружающую среду позволяет упростить и удешевить системы вентиляции и кондиционирования.

Высокие показатели производительности в условиях цикличной эксплуатации. От 3000 до 7000 циклов в зависимости от глубины разряда.

Продолжительный срок хранения без необходимости подзаряда и обслуживания.

Уже встроенная система управления, которая позволяет следить за состоянием и режимами работы всех батарей системы.

Значительная экономия пространства.

Более легкие по отношению к свинцово-кислотным аккумуляторам, легки в установке.

Широкий диапазон напряжения и мощности на батареи (модуля) от 24 до 800В.

Эффективное использование материалов и 100% пригодность их к утилизации: Нержавеющая сталь, Никель, Железо, Соль, Керамика.

Для экономической целесообразности реализуемого проекта наша компания предлагает систему с использованием Ni-солевых батарей размещенных в отдельном помещении или же в 20-ти и 40-ка футовых контейнерах. Преимущество контейнерного исполнения связано с мобильностью и универсальностью системы, позволяющее производить перевозку как автомобильным, так и железнодорожным транспортом.

Модульная контейнерная система накопления и хранения энергии за счет своих габаритов (20-ти и 40-ка футовые контейнеры) позволяют наращивать мощность системы в пределах от100 кВт до нескольких сотен МВт.

В состав комплектации системы входит силовое оборудование, состоящее из аттестованных ОАО «ФСК ЕЭС» ИБП, выполняющие функцию преобразования постоянного тока в переменный для обеспечения питания потребителей переменного тока, а так же функцию управления и контроля, осуществляемого посредством протоколов SNMP, с возможностью подключения к внешним локальным сетям. Помимо основного оборудования в комплект каждой батареи (больших модулей FIAMM серий Z и LT) входит компактное зарядное устройство, позволяющие производить ускоренный подзаряд батарей.

Силовое оборудование может размещаться как в отдельном контейнере (при мощности более 500 кВт), так и в одном контейнере с батареями, отделяясь от батарей теплоизолированной перегородкой. На сегодняшний день хранение и накопление энергии большой мощности – перспективное направление в отечественной энергетике, но данные решения не возможны без надежных и долговечных источников питания таких как Ni-Солевые модули.

Производство Ni-Солевых батарей налажено в г.Стабио (Швейцария) с 1998г. На текущий момент Ni-Солевая технология реализована в следующих отраслях: автомобильный и ж/д электротранспорт, альтернативная энергетика и накопление энергии, телекоммуникации. Системы с Ni-Солевыми батареями установлены как в очень жарких регионах, таких как пустыня Калахари (Африка), так и регионах с температурным режимом от -20°С до -40°С.

Существующие производственные мощности завода FIAMM S.p.A в Швейцарии позволяют выпускать батарей до 200 МВт в год, а при максимальной загрузке производства до 400 М т в год.

Сравнение установок на Никель-солевых батареях и на свинцово-кислотных аккумуляторах OPzV на общую мощность 500 кВт с размещением в 20-ти футовых контейнерах:

	Ni/NaCl	Pb/H2 SO4
Общий вес	18 892 кг.(1 контейнер)	54 018 кг. (3 контейнера)
Номинальная мощность кВт	500 кВт (С10 х U номинальное)	500 кВт (С10 х U номинальное)
Номинальное напряжение В	400 В (одной батарее модуля)	400 В (группы из 192 элем.)
Аккумуляторные батареи	Ni-солевая Storage Module Base	Свинцово-кислотные SMG 3350 (OPzV)
Инверторная система	2хИБП по 250 кВт	2хИБП по 250 кВт
Система управления	ИБП: SNMP, АКБ: CAN Open, Ethernet, RS485, USB	ИБП: SNMP АКБ: нет
Рекомендованная температура эксплуатации	-40°С до +65°С	0°С до +40°С
Расчетный срок службы аккумуляторных батарей	20-40 лет	12-18 лет