Применение гибридных накопителей электроэнергии для выравнивания графика нагрузки предприятий

В статье рассматривается возможность применения гибридного накопителя электроэнергии для выравнивания графика нагрузки предприятия. Решение задачи рационального использования накопителей энергии с учетом исходного переменного графика нагрузки позволит существенно снизить не только затраты на потребление электроэнергии предприятием, но и  затраты  при  ее  производстве.  Приводятся  подробные  характеристики аккумуляторных батарей с различными типами электролитов и суперконденсаторов. Представлена модель активной схемы гибридного накопителя электроэнергии, состоящего из литий-ионной батареи и блока суперконденсаторов с соответствующими характеристиками.  Модель  разработана  с  помощью  пакета  прикладных  программ  SimPowerSystems в MatLab. При моделировании не учитывались температурный эффект и эффект старения аккумуляторных батарей, а также параметры относительно саморазряда аккумуляторной батареи. В результате моделирования получены характеристики разряда блоков суперконденсаторов и аккумуляторных батарей, на основании которых выявлена целесообразность их совместного использования для выравнивания графиков нагрузки различных типов. Представлены результаты моделирования режимов работы гибридного накопителя энергии, совмещающего достоинства двух типов накопителей энергии, а также получен график отдаваемой в сеть мощности, соответствующий заданным параметрам. Приведено математическое описание процесса увеличения мощности гибридного накопителя в результате совместного использования блоков суперконденсаторов и аккумуляторных батарей. Построен график зависимости коэффициента увеличения мощности от частоты и величины коэффициента заполнения импульсного тока, который показывает, что максимально возможная выходная мощность гибридной накопительной системы может быть в разы больше мощности одиночной батареи с такими же параметрами.

1. Shklyarskiy Ya. E., Pirog S. (2016) Impact of the Load Curve on Losses in the Power Supply Network of the Company. Zapiski Gornogo Instituta = Journal of Mining Insti-tute, 222, 858–863.

2. Volobrinskii S. D. (1976) Electrical Loads and Balances of the Industrial Companies. Leningrad, Energya Publ. 128 (in Russian).

3. Khomiakov K. А., Ustinov D. А. (2019) On the Need for Adjusting the Method of Calculation of Electrical Loads for Enterprises of Mineral Resources Industry. St. Petersburg Polytechnic University Journal of Engineering Science and Technology, 25 (01), 71–78 (in Russian).

4. Khronusov G. S. (1998) Formation of Effective Modes of Power Consumption of Intermediate Enterprises. Ekaterinburg, Ural State Geological Academy. 340 (in Russian).

5. Zhukovskiy Y. L., Koteleva N. I. (2018) Development of Augmented Reality System for Servicing Electromechanical Equipment. Journal of Physics: Conference Series, 1015, 042068. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1015/4/042068

6. Batueva D. E., Shklyarskiy J. E. (2019) Increasing Efficiency of Using Wind Diesel Complexes Through Intellectual Forecasting Power Consumption. Proceedings of the 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. (EIConRus), 434–436. https://doi.org/10.1109/eiconrus.2019.8657158

7. Lavrik A., Iakovleva E., Leskov A. (2018) Assessing the Solar Power Plant Efficiency Degradation Resulting from Heating. Journal of Ecological Engineering, (3), 115–119. https://doi.org/10.12911/22998993/86149

8. Kuznetsova A. N., Rogachev M. K., Sukhih A. S. (2018) Surfactant solutions for low-permeable polimictic reservoir flooding. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 194, 042011. https://doi.org/10.1088/1755-1315/194/4/042011

9. Astakhov Yu. N, Venikov V. A., Ter-Gazarian A. G. (1989) Energy Storage in Electrical Systems. Moscow, Vysshaya shkola Publ. 159 (in Russian).

10. Zamyatin E. O., Yakovleva E. V. (2016) Concept for Electric Power Quality Indicators Evaluation and Monitoring Stationary Intellectual System Development. International Journal of Applied Engineering Research, 11 (6), 4270–4274.

11. Elsied M., Oukaour A., Gualous H., Lo Brutto O. A. (2016) Optimal Economic and Environment Operation of Micro-Grid Power Systems. Energy Conversion and Management, 122, 182–194. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.05.074

12. Ustinov D. A., Baburin S. V. (2016) Synthesis Procedure of the Power Supply Systems Topology at Mineral Resource Enterprises Based on Logical-Probabilistic Assessments. International Journal of Applied Engineering Research, 11 (9), 6402–6406.

13. Dougal R. A., Liu S., White R. E. (2002) Power and Life Extension of Battery-Ultracapacitor Hybrids. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 25 (1), 120–131. https://doi.org/10.1109/6144.991184

14. Krishnan M. S., Dhevi S. K., Ramkumar M. S. (2014) Power Quality Analysis in Hybrid Energy Generation System. International Journal of Advance Research in Computer Science and Management, 2 (1), 188–193.

15. Kostin, V. N., Serikov V. A., Sherstennikova I. A. (2019) Higher Harmonics and Limiting thereof in Power Supply Systems of Different Voltages. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 378, 012051. https://doi.org/10.1088/1755-1315/378/1/012051

16. Abramovich B. N., Sychev Y. A. (2016) The Evaluation of Hybrid Active Filter Efficiency. International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE), 1-7. https://doi.org/10.1109/apede.2016.7879064

17. Grinchik N. N., Dobrego K. V., Chumachenko M. A. (2018) On the Measurement of Electric Resistance of Liquid Electrolytes of Accumulator Battery. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Pro-ceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (6), 494–507. (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-494-507

18. Greening L. A. (2010) Demand Response Resources: Who is Responsible for Implementation in a Deregulated Market? Energy, 35 (4), 1518-1525. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.12.013.

19. Zhou K.-l., Yang S.-l., Shen C. A (2013) Review of Electrical Load Classification in Smart Grid Environment. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 24, 103–110. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.03.023

20. Nehrir M. H., Wang C., Strunz K., Aki H., Ramakumar R., Bing J., Miao Z., Salameh Z. (2011) A Review of Hybrid Renewable/Alternative Energy Systems for Electric Power Generation: Configurations, Control and Applications. IEEE Transactions Sustain. Energy, 4 (2), 392–403. https://doi.org/10.1109/tste.2011.2157540