Автор статті: Дмитро Коротченко, Product manager компанії Atmosfera

Ще кілька років тому про системи зберігання енергії говорили здебільшого у контексті майбутнього. Сьогодні ж вони стають звичним елементом енергетичної інфраструктури – від великих сонячних станцій до приватних будинків.

Установка зберігання енергії (УЗЕ) або ESS (energy storage system) – це система, що накопичує електроенергію для подальшого використання. Вона зазвичай складається з акумуляторів (наприклад, літієвих), інвертора для заряду та розряду (PCS) і системи контролю (BMS), яка стежить за роботою, температурою та безпекою.

Існують різні типи накопичувачів, але найпоширеніші – електрохімічні, зокрема на базі літій-залізо-фосфатних акумуляторів. Саме про них і поговоримо в партнерському тексті з розробником енергетичних рішень для дому та бізнесу – компанією Atmosfera. Головні нюанси роз’яснює Дмитро Коротченко – Product manager компанії.

Партнерський матеріал?

Зміст

1 Де застосовують УЗЕ
2 З чого складається типова система УЗЕ?
3 Інтеграція СЕС в УЗЕ
4 Що краще – УЗЕ чи ДБЖ?
5 То виходить що УЗЕ – це ідеал і краще не може бути?
6 Що далі?

Де застосовують УЗЕ

УЗЕ можна використовувати для так званого арбітражу. Це купівля електроенергії на ринку по найнижчому тарифу в години, коли попит на електроенергію низький, та продаж цієї ж енергії назад в мережу, по високому тарифу – в пікові години. При цьому різниця між найнижчим та найвищим тарифами може бути дуже суттєвою.

Проте схема з арбітражем потребує певного хисту, вміння грати на ринку електроенергії, прогнозувати попит та тарифи, вдало виставити тариф на закупку та продаж енергії. Є значно легший варіант, який може мати й кращий економічний ефект – використання енергії, купленої по найнижчому тарифу, на власне споживання в години високого тарифу. Це актуально як для офісів та торгових центрів, так і для виробничих підприємств. Останні мають доволі широкий перелік можливостей, тому що частину виробничого циклу можна змістити на більш вигідні години. Так можна суттєво швидше окупити це рішення, і раніше почати заробляти.

Ну і звісно ж, резервне живлення – це перше, що спадає на думку, коли говориш про УЗЕ. Але не всі системи можуть працювати без зовнішньої мережі «з коробки», та іноді потрібне додаткове обладнання.

Варто розуміти – УЗЕ не просто «великий безперебійник», а окрема електрична установка з іншими алгоритмами й завданнями. Вона може заживити об’єкт під час відключення мережі, але перемикання триває довше – зазвичай 5-10 секунд, а не миттєво, як у класичних UPS.

Так, ці кілька секунд помітні: обладнання встигає вимкнутись і знову запуститись. Проте на практиці цього цілком достатньо. УЗЕ спрацьовує значно швидше, ніж дизельний генератор, який потребує часу, щоб вийти на робочий режим.

Інший сценарій, як можна використовувати УЗЕ – підвищення потужності стандартного приєднання до електричної мережі.

Наприклад, офісний центр має підключення на 300 кВт. Компанія вирішує встановити п’ять зарядних станцій для електромобілів по 50-100 кВт кожна, тобто додає ще до 500 кВт навантаження. У результаті мережа перевантажується, спрацьовують вимикачі, і будівля залишається без живлення.

Збільшити договірну потужність часто дорого або взагалі неможливо. Обмеження потужності зарядок – теж не вихід, тоді електромобілі заряджатимуться десятки годин, а не одну-дві. УЗЕ допомагає уникнути цього. Коли споживання перевищує ліміт, система додає потрібну потужність із власних запасів. Так мережа та УЗЕ працюють разом і забезпечують стабільну роботу всього обладнання без перевантажень і відключень.

Також хоч УЗЕ, звісно ж, не є стабілізатором напруги, проте розміщення локального джерела генерації може дозволити підвищити її в віддалених районах, де є постійна проблема з пониженою напругою в мережі.

З чого складається типова система УЗЕ?

Для прикладу, оберемо одну з найбільш поширених УЗЕ комерційного типу в Україні – установку від китайської компанії Huawei. Це комерційна система накопичення LUNA2000-215-2S10 з інверторною потужністю 108 кВт та ємністю накопичувача 215 кВт·год. На момент виходу статті по всій території України встановили 125 таких станцій.

Корпус УЗЕ захищений від пошкоджень і впливу погоди. Усередині – система рідинного охолодження на базі теплового насоса, який циркулює рідину між чотирма акумуляторними блоками (по ~53 кВт·год кожен) і блоком заряду-розряду PCS (power conversion system), що під’єднує установку до мережі.

У нижній частині знаходиться система керування батареями – BMS (battery management system). Вона відстежує заряд, температуру й стан акумуляторів, захищає їх від перевантажень і забезпечує стабільну та довговічну роботу всієї системи.

Звісно ж, підприємства споживають велику кількість енергії і мають серйозні навантаження, тому навряд 1 блок УЗЕ зможе забезпечити усі потреби. Тому ця установка передбачає паралельну роботу до 20 блоків, що дозволяє сумарно зібрати установку потужністю більш ніж 2 МВт та 4 МВт·год ємності. Так можна забезпечити енергією не лише торговий центр чи пару багатоквартирних будинків, а й велике підприємство.

Це рішення має високу ефективність повного циклу «заряд-розряд», яке складає 91,3% – один з найвищих показників серед таких рішень.

Рішення Huawei також має одну з найбільш детальних та гнучких систем керування, обслуговування та моніторингу. Вона дозволяє спостерігати за роботою системи, перетоками енергії, а також оновлювати софт і віддалено змінювати робочі параметри установки – все робиться швидко і через хмару. Графіки заряду та розряду також спокійно можна змінювати дистанційно і щодня.

Інтеграція СЕС в УЗЕ

Якщо підприємство прагне максимальної енергонезалежності й стабільного тарифу, логічно підключити до УЗЕ власне джерело генерації – наприклад, сонячну електростанцію.

Це зробити просто, тому що УЗЕ розроблювалися для роботи разом із СЕС. Вони легко синхронізуються, а користувач може задати сценарій роботи такої комплексної гібридної системи і вказувати, коли енергія йде на власні потреби, коли – на заряд акумуляторів чи продаж у мережу.

Хоча сучасні системи керування (EMS) дозволяють поєднувати обладнання різних виробників, надійніше, коли УЗЕ та сонячний інвертор – від однієї компанії. Наприклад, системи Huawei чудово працюють у парі: і як накопичувачі, і як інвертори. До того ж саме ці інвертори встановлені більш ніж на 70% українських СЕС, тож рішення легко інтегрується майже на будь-якому об’єкті.

Що краще – УЗЕ чи ДБЖ?

Головна різниця – у масштабі, вартості та зручності. Якщо йдеться про великі системи від 200 кВт·год, УЗЕ виграє за ціною: чим більша установка, тим менша собівартість кіловат-години.

Ще один плюс УЗЕ – компактність і простота монтажу. ДБЖ зазвичай потребує багато місця, вентиляції та окремої щитової. УЗЕ ж можна розмістити практично будь-де – всередині приміщення або надворі. Вона має власний клімат-контроль і потребує у 4-5 разів менше місця, ніж традиційна система ДБЖ з тією ж потужністю.

Крім того, УЗЕ – це готовий заводський модуль, зібраний і протестований у контрольованих умовах. Його не треба монтувати з окремих елементів, тому ризик людської помилки мінімальний. Система закрита, захищена від механічних ушкоджень і стороннього доступу.

То виходить що УЗЕ – це ідеал і краще не може бути?

Ні, на жаль, УЗЕ також не ідеальне, як і все в цьому світі. Попри всі переваги, вони також мають певні недоліки, які треба розуміти:

Час перемикання, який може бути критичним для деяких чутливих споживачів, таких як серверне обладнання, або медичне обладнання. В такому випадку не можна вимикати живлення навіть на 1 секунду, тому УЗЕ навряд підійде для цього. Проте класична ДБЖ спокійно може забезпечити показники перемикання в межах 20 мс, чого достатньо для більшості обладнання, окрім особливо чутливих, яким допоможуть лише онлайн-безперебійники.

Крок масштабування системи та гнучкість співвідношення потужності до ємності. В більшості випадків УЗЕ має одну модифікацію, якою ви можете набирати потужність і ємність. Дуже часто це співвідношення 1 до 2, як у випадку Huawei. Недоліки цього можна побачити, коли вам потрібна ємність, але доводиться переплачувати за зайві кВт потужності, які ви не будете використовувати. Або коли вам потрібна певна ємність на невеликий проміжок часу, проте для цього доводиться збільшувати парк УЗЕ до надмірної ємності, що також призводить до зайвих витрат.

Звісно потім це все можна використати при розширенні виробництва і для додаткових сценаріїв роботи. Проте якщо вам потрібно максимально економне будівництво – можливо, для вашої системи буде доцільно розглянути комбінацію УЗЕ + ДБЖ. Тоді УЗЕ максимально здешевлюватиме вартість електроенергії, а ДБЖ швидко перемикатиме лише на ті критичні вузли, які ви визначите.

Що далі?

В цілому, на цьому наш матеріал про УЗЕ закінчується, проте це не все.

Якщо у вас залишились питання – ви завжди можете запитати нас напряму. Також можна завітати в офіс Atmosfera і побачити реальні УЗЕ, які ми встановили собі, щоб проєктувати вже на основі власного досвіду. Ми можемо провести екскурсію, показати, як вони працюють і підключені, а також відповісти на питання по обʼєкту, де ви розглядаєте встановлення УЗЕ або ДБЖ.

А якщо ви плануєте професійно зростати в цій галузі – незабаром вийде новий курс на нашій навчальній платформі, який буде присвячений УЗЕ та їхній експлуатації. Його можна буде знайти тут.