Накопители электроэнергии для предприятий: резервирование, снижение пиков и экономия мощности

Потребление электроэнергии на предприятии редко остается постоянным. В течение дня запускаются станки, насосы, компрессоры, климатическое и другое мощное оборудование. В результате возникают кратковременные пики, растет нагрузка на трансформаторы и появляется риск превышения доступной мощности.

Система накопления электрической энергии позволяет заранее сохранить электроэнергию и использовать ее в нужный момент. Она может поддержать оборудование при отключении сети, компенсировать пиковую нагрузку или снизить потребление из внешней сети в наиболее дорогие часы.

Однако накопитель не является универсальной заменой ИБП или дизель-генератору. Его параметры и режим работы должны рассчитываться под конкретный объект.

Что такое система накопления электроэнергии

Система накопления электрической энергии, или СНЭЭ, — это комплекс оборудования, который принимает электроэнергию из сети или собственного источника, сохраняет ее и затем возвращает потребителям.

В состав батарейной системы обычно входят:

• аккумуляторные модули;

• система управления батареями BMS;

• двунаправленный преобразователь;

• система управления энергией EMS;

• коммутационные и защитные аппараты;

• приборы учета и контроля;

• система охлаждения или вентиляции;

• средства пожарной безопасности;

• оборудование связи и диспетчеризации.

При выборе накопителя учитывают два основных параметра:

• мощность, кВт или МВт — какую нагрузку система может принять или отдать в конкретный момент;

• энергоемкость, кВт·ч или МВт·ч — как долго накопитель сможет поддерживать эту нагрузку.

Например, система мощностью 200 кВт и полезной емкостью 400 кВт·ч теоретически может питать нагрузку 200 кВт около двух часов. Фактическое время зависит от допустимой глубины разряда, потерь преобразования, температуры, состояния батарей и необходимого резерва.

Резервирование электроснабжения

Одна из задач накопителя — поддержание критически важного оборудования при исчезновении напряжения во внешней сети.

Система может обеспечивать питание:

• серверного и телекоммуникационного оборудования;

• систем автоматики и диспетчеризации;

• технологических линий;

• насосов и вентиляционных установок;

• аварийного освещения;

• систем безопасности;

• оборудования, которому требуется корректное завершение работы.

Проект должен предусматривать обнаружение аварии, отделение внутренней сети от внешней, переход в автономный режим и последующую синхронизацию при восстановлении питания.

Если нагрузка не допускает даже кратковременного перерыва, накопитель должен работать совместно с ИБП либо иметь соответствующую топологию преобразования. Для длительной автономной работы его часто объединяют с ДГУ: батарея принимает нагрузку сразу, а генератор подключается после запуска.

Снижение пиков потребления

Режим снижения пиков применяется, когда нагрузка предприятия в течение дня изменяется неравномерно.

В часы небольшого потребления накопитель заряжается. Когда нагрузка приближается к установленному пределу, система начинает отдавать энергию и удерживает мощность, получаемую из внешней сети, на заданном уровне.

Например, если обычная нагрузка объекта составляет 700 кВт, но при запуске оборудования на 30 минут возрастает до 900 кВт, накопитель может компенсировать разницу в 200 кВт. Для этого потребуется не менее 100 кВт·ч полезной энергии, а также запас на потери и сохранение допустимого уровня заряда.

Снижение пиков позволяет:

• уменьшить нагрузку на трансформаторы и кабельные линии;

• избежать перегрузки вводного оборудования;

• подключить дополнительное оборудование при ограниченном сетевом ресурсе;

• снизить вероятность превышения установленного лимита;

• отложить реконструкцию системы электроснабжения.

Режим снижения пиков является одним из основных способов применения накопителей у потребителя. Экономический результат зависит от графика нагрузки, стоимости электроэнергии и условий расчетов с энергоснабжающей организацией.

За счет чего возникает экономия

Накопитель сам по себе не производит электроэнергию. Более того, при зарядке и разрядке возникают потери. Экономия появляется за счет управления временем и величиной потребления.

Система может помочь:

• снижать максимальную мощность на границе подключения;

• переносить часть потребления на часы с более низкой стоимостью электроэнергии;

• не допускать превышения закрепленной мощности;

• использовать больше электроэнергии от собственной солнечной или другой генерации;

• уменьшать число запусков ДГУ;

• переносить модернизацию трансформаторов, кабелей и распределительных устройств на более поздний срок;

• сокращать ущерб от аварийных остановок оборудования.

При этом снижение пика не всегда автоматически уменьшает счет за электроэнергию. Результат зависит от тарифной категории, договорных условий, схемы учета и характера нагрузки. Поэтому перед установкой необходимо построить финансовую модель на основе реальных данных предприятия.

Чем накопитель отличается от ИБП и ДГУ

Эти решения выполняют разные задачи и могут использоваться совместно.

Оборудование	Основная задача	Особенности
ИБП	Бесперебойное питание чувствительной нагрузки	Практически мгновенно поддерживает оборудование, обычно рассчитан на ограниченное время
Система накопления	Резервирование, снижение пиков, управление потреблением	Может регулярно заряжаться и разряжаться по команде системы управления
ДГУ	Длительное резервное питание	Требует времени на запуск, топлива, вентиляции и отвода выхлопных газов

Для критически важного объекта возможна следующая схема: ИБП исключает перерыв питания, накопитель принимает часть нагрузки и сглаживает пики, а ДГУ обеспечивает длительную автономную работу.

Как выбрать мощность и емкость накопителя

График потребления

Необходимо получить данные о нагрузке за сутки, неделю и разные сезоны. Усредненных показаний счетчика недостаточно: важны продолжительность и частота пиков, пусковые токи и одновременность работы оборудования.

Задача системы

Параметры накопителя будут различаться в зависимости от того, должен ли он:

• поддерживать нагрузку при аварии;

• компенсировать кратковременные пики;

• переносить потребление между тарифными периодами;

• работать совместно с собственной генерацией;

• обеспечивать несколько функций одновременно.

Мощность

Преобразователь должен выдерживать расчетную нагрузку, включая возможные пусковые токи двигателей, насосов и компрессоров.

Полезная емкость

Емкость рассчитывается по мощности нагрузки и требуемому времени работы. Дополнительно учитываются потери, допустимая глубина разряда, резерв заряда и постепенное снижение емкости батарей в процессе эксплуатации.

Количество циклов

Если накопитель используется только при авариях, количество циклов будет небольшим. При ежедневном сглаживании пиков батарея заряжается и разряжается значительно чаще. Это влияет на выбор технологии и расчет срока службы.

Автоматика управления накопителем

Эффективность системы во многом зависит от EMS — системы управления энергией. Она анализирует потребление и определяет, когда накопитель должен заряжаться или отдавать энергию.

EMS может учитывать:

• текущую мощность объекта;

• установленный лимит;

• расписание работы оборудования;

• стоимость электроэнергии;

• состояние заряда батарей;

• прогноз нагрузки;

• работу ДГУ и собственной генерации;

• приоритеты потребителей.

Без правильно настроенной автоматики накопитель может разрядиться до начала пикового периода или, наоборот, остаться полностью заряженным и не участвовать в снижении нагрузки.

Когда накопитель может быть полезен предприятию

Рассматривать установку СНЭЭ целесообразно, если:

• на объекте регулярно возникают выраженные пики нагрузки;

• доступной мощности недостаточно для нового оборудования;

• увеличение мощности требует длительной или дорогой реконструкции;

• перерывы питания приводят к остановке технологического процесса;

• необходимо сократить время работы ДГУ;

• используется собственная генерация;

• качество электроснабжения влияет на стабильность производства;

• требуется резерв для постепенного и безопасного завершения процессов.

Наибольший эффект накопитель дает там, где одна система решает сразу несколько задач — например, ежедневно снижает пики, а при аварии используется как резервный источник.

Основные ошибки при внедрении

Выбор только по емкости

Большая емкость не поможет, если преобразователь не способен выдать необходимую мощность.

Расчет по одному максимальному значению

Важно знать не только величину, но и продолжительность пика, частоту его появления и состав работающего оборудования.

Ожидание бесперебойной работы без автономного режима

Не каждый сетевой накопитель продолжает питать объект при отключении внешней сети. Такая возможность должна быть предусмотрена проектом.

Игнорирование деградации батарей

Полезная емкость со временем уменьшается. Расчет должен учитывать требуемый срок эксплуатации и условия работы.

Недостаточная проработка безопасности

Размещение, температурный режим, автоматика, вентиляция и противопожарные решения должны разрабатываться как единый комплекс.

Этапы внедрения

Работы обычно включают:

1. Обследование системы электроснабжения.

2. Сбор и анализ графиков нагрузки.

3. Определение задач накопителя.

4. Расчет мощности и полезной емкости.

5. Оценку технического и экономического эффекта.

6. Разработку проекта.

7. Подбор и поставку оборудования.

8. Монтаж и интеграцию с электроснабжением и автоматикой.

9. Проверку аварийных и рабочих сценариев.

10. Пусконаладку и организацию мониторинга.

Заключение

Накопитель электроэнергии может обеспечить предприятие резервным питанием, сгладить кратковременные пики и снизить нагрузку на существующую инфраструктуру. Но результат зависит от правильного расчета мощности, емкости и алгоритмов управления.

До выбора оборудования необходимо проанализировать реальный график потребления, определить критические нагрузки и сравнить стоимость системы с возможными затратами на увеличение мощности, модернизацию сети и простои.

«АЛЬФА-ЭНЕРГО» выполняет обследование и проектирование систем электроснабжения, подбор оборудования, монтаж, автоматизацию и пусконаладочные работы. Комплексный подход позволяет встроить накопитель в существующую инфраструктуру и проверить его работу во всех предусмотренных режимах.