Накопление электрической энергии

Накопители электрической энергии (НЭЭ) — класс накопителей, аккумулирующих непосредственно электрическую энергию, обладающих самым высоким быстродействием и наиболее широким диапазоном энергоёмкости. Благодаря этим свойствам они пригодны как для повышения устойчивости и надёжности работы ЭЭС, так и для выравнивания графиков нагрузки; их можно подключать к ЭЭС и по шунговой, и по линейной схеме. Они надёжны в работе, т. к. не имеют движущихся частей, не чувствительны к месту подключения — в центре нагрузки или непосредственно у потребителя.

К НЭЭ относятся:

• • емкостные накопители (ЕН);
• • электрохимические накопители — аккумуляторные батареи (АБ);
• • топливные элементы (ТЭ);
• • сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии (СПИНЭ).

Емкостные накопители энергии

Самые массовые емкостные накопители электрической энергии — это обычные радиотехнические конденсаторы. Однако применительно к энергетике у них есть принципиальные недостатки: весьма малая удельная плотность запасаемой энергии и потому небольшая (относительно других видов накопителей) ёмкость, низкое рабочее напряжение и малое время хранения энергии, которое редко превышает несколько часов, а для некоторых моделей составляет лишь доли секунды. Потребовались многолетние исследования и разработки в области создания конденсаторов, в максимально возможной мерс отвечающих требованиям энергетики. Удалось повысить удельную ёмкость конденсаторов в 10⁸ раз (десятки фарад в 1 см³), а время хранения энергии — на порядок (около 100 ч). Модульная конструкция позволяет создавать мощные конденсаторные батареи на напряжение в десятки киловольт, токи — несколько килоампер, энергоёмкость — 10¹¹—10¹² Дж. Блок-схема ЕН на базе конденсаторной батареи показана на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Блок-схема EH: 1 — конденсаторная батарея; 2 — система управления; 3 — сглаживающий реактор; 4 — ЭЭС переменного тока; 5 — трансформатор;

6 — устройство управления; 7 — фильтрокомпенсирующее устройство

В качестве ЛНЭЭ используют криогенный или криопроводящий кабель с высокими значениями погонной индуктивности и емкости. Для этого токоведущий слой выполняется из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью в виде спирали. Кабель превращается в длинный соленоид с повышенной (в 10²— 10⁴ раз) удельной погонной индуктивностью. При изменении протекающего тока соленоид играет роль демпфера, препятствующего этим изменениям. ЛНЭЭ, как и шунтовые НЭЭ, является многофункциональным устройством, но дополнительно он позволяет передавать энергию, что значительно улучшает его техникоэкономические показатели. Управление ЛНЭЭ осуществляется на преобразовательных подстанциях, установленных на его концах, рис. 12.1, б.

Масштабы использования в электроэнергетике емкостных накопителей энергии ограничены пока ещё нс устранёнными их недостатками:

• • высокой стоимостью;
• • необходимостью изменять полярность при переходе из режима «заряд» в режим «разряд»;
• • устройства управления ЕН на основе тиристорных преобразователей генерируют высшие гармонические составляющие, которые искажают синусоидальность переменного тока.

В результате область применения конденсаторов в электроэнергетике ограничивается, преимущественно, кратковременным накоплением электроэнергии выпрямлением коррекцией и фильтрацией тока в схемах силовой электротехники.