glonucsecГлобальная ядерная безопасностьGlobal Nuclear Safety2305-414X2499-9733National Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/gns-2023-03-02EOODDOglonucsec-193Research ArticleЯДЕРНАЯ, РАДИАЦИОННАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬNUCLEAR, RADIATION AND ENVIRONMENTAL SAFETYПерспективы применения систем накопления энергии в системах электроснабжения собственных нужд АЭСProspects for the application of battery energy storage systems in NPP auxiliary power supply systemshttps://orcid.org/0009-0001-4604-6173КарчинВ. В.KarchinV. V.

к.т.н., доцент кафедры транспортно-энергетических систем

Cand. Sci. (Eng.), associate professor of the Department of Transport and Energy Systems

karchinvv@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0134-7693МельдинЕ. В.MeldinI. V.

инженер службы электроавтоматики, магистрант 1 г. о

engineer-electrician, M. Sc. Student

evg-meldin@ya.ruhttps://orcid.org/0009-0002-4481-2599ПитевА. Н.PitevA. N.

руководитель службы автоматики

chief of electrical department

pittyalex@mail.ruЧебоксарский институт (филиал) московского политехнического университетаРоссияCheboksary Institute, Moscow Polytechnic UniversityRussian FederationКалининская атомная станция – филиал АО «Концерн Росэнергоатом»РоссияKalinin Nuclear Power Plant the branch of Rosenergoatom Concern JSCRussian Federation2023210920234831725Copyright © Карчин В.В., Мельдин Е.В., Питев А.Н., 20232023Карчин В.В., Мельдин Е.В., Питев А.Н.Karchin V.V., Meldin I.V., Pitev A.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/193

В настоящее время реализуется энергетическая стратегия, одной из черт которой является развитие атомной энергетики и увеличение доли энергоблоков атомных станций в составе генерирующих объектов энергосистемы страны. В связи со сложностью борьбы с последствиями аварий, безопасности эксплуатации атомных станций уделяется значительное внимание. Для поддержания работы систем безопасности в условиях потери внешнего энергоснабжения используются автономные источники питания – дизель-генераторные установки, однако их использование сопряжено с рядом трудностей эксплуатации и обслуживания, а развивающиеся в настоящее время технологии позволяют реализовывать новые процессы преобразований энергии. В статье выполнено сравнение современных систем накопления и преобразования энергии, основанных на различных физических принципах, а также выполнен анализ ключевых преимуществ и недостатков, присущих каждой технологии. Описаны эксплуатационные преимущества современных электрохимических систем накопления и их влияние на безопасность и оптимизацию циклов технического обслуживания и повышения степени интегрируемости в цифровые системы контроля и управления, а также повышение экономической эффективности генерации электроэнергии и маневренность при эксплуатации атомных энергоблоков. Сделаны выводы о возможности перспективного использования систем накопления электрической энергии в качестве экономически эффективной альтернативы существующим автономным источникам с учетом диверсификации и развития производств, а также их замыкания внутри предприятий государственной корпорации «Росатом».

One of the characteristics of energy strategy, which currently implementing is atomic energy elaboration and NPP development with rising part of atomic generation in national energy system. Of course one of the most important property of atomic generation is safety (Chernobyl, Three Mile Island, Fukushima Daiichi accidents). To maintain the operation of security systems in conditions of loss of external power supply, autonomous power sources - diesel-generator sets are used, but their use is associated with a number of difficulties of operation and maintenance, and currently developing technologies allow to realize new processes of energy transformation. And on the other hand modern technologies are providing access to new energy saving technologies. In this article we will try to compare energy storage systems, which use different physical principles and try to review their advantages and particularities. Also we especially explore operational advantages of battery energy storage systems and their influence on atomic safety and maintenance cycles and also integrating to digital control system and more effective generation and flexibility during NPP operation with conclusion about new business for «Rosatom» company.

надежность электроснабженияблэкаутавтономная система электроснабжениясистемы накопления энергиистаткоминверторы напряжениябезопасность АЭСсистема плавного пускасглаживание пиковоптимизация ТОpower system reliabilityblackoutindependent power systemenergy storage systemsSTATCOMmultilevel voltage invertorsNPP safetyvariable frequency drivepeaks smoothingmaintenance optimizationReferencesАндрушечко С.А., Афров А.М., Васильев Б.Ю., Генералов В.Н., Косоуров К.Б. и др. АЭС с реактором типа ВВЭР-1000. От физических основ эксплуатации до эволюции проекта. Москва: Логос, 2010. 604 с. URL: http://elib.biblioatom.ru/text/andrushechko_aes-s-reaktorom-vver-1000_2010/go,0/Zhang, M. et al. Reliability Modeling and Analysis of a Diesel Engine Design Phase Based on 4F Integration Technology, Applied Sciences. 2022, 12, 6513. https://doi.org/10.3390/app12136513Zhang M., Liu S., Hou X., Dong H., Cui C., Li Y. Reliability modeling and analysis of a diesel engine design phase based on 4F integration technology. Applied Sciences. 2022;(12)13:6513. https://doi.org/10.3390/app12136513Kim T. W. et al. Failure mode, effect and criticality analysis (FMECA) on mechanical subsystems of diesel generator at NPP. – 1996.Kim T., Singh B., Sung T., Park J., Lee Y. Failure mode, effect and criticality analysis (FMECA) on mechanical subsystems of diesel generator at NPP. Korea Atomic Energy Research Institute, Daeduk. June, 1996. 31 р. URL: https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:28018603 (аccessed: 04.04.2023).Lach J, Wróbel K, Wróbel J, Czerwiński A. Applications of Carbon in Rechargeable Electrochemical Power Sources: A Review. Energies. 2021, 14,2649. https://doi.org/10.3390/en14092649Succar S.S., Williams R.H., Cavallo A., Christopher C.K., Nrel P.D. et al. Compressed air energy storage: theory, resources, and applications for wind power. Princeton environmental institute report. 2008;8:81. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Compressed-Air-Energy-Storage-%3A-Theory-%2C-Resources-Succar-Williams/07b1c66eba1504846d7b49bc4fffc5725a17e57eBushuev V.V., Novikov N. L. Infrastrukturye nakopiteli v energetike// Energeticheskaya politika, 2020. № 10 (152). pp. 74-89.Wang J., Lu K., Ma L., Wang J., Dooner M. et al. Overview of compressed air energy storage and technology development. Energies 2017;10:991. https://doi.org/10.3390/en10070991M. Stecca, L. R. Elizondo, T. B. Soeiro, P. Bauer and P. Palensky, "A Comprehensive Review of the Integration of Battery Energy Storage Systems Into Distribution Networks," in IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol. 1, 2020, pp. 46-65.Визгалов С.В., Шарапов И.И., Хисамеев И.Г. Системы хранения энергии на основе криогенных технологий сжижения воздуха. Вестник Международной академии холода. 2022;2:21–26. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-2-21-26https://doi.org/10.1109/OJIES.2020.2981832Lach J, Wróbel K, Wróbel J, Czerwiński A. Applications of carbon in rechargeable electrochemical power sources: a review. Energies. 2021;(14)9:2649. https://doi.org/10.3390/en14092649Makarov V.G., Haybrahmanov R.N. Multilevel voltage invertors. Review of topologies and application // Vestnik tehnologicheskogo universiteta, 2016. v. 19. № 22. pp. 134—138.Бушуев В.В., Новиков Н.Л. Инфраструктурные накопители в энергетике. Энергетическая политика. 2020;10:74–89. URL: https://energypolicy.ru/v-bushuev-n-novikov-infrastrukturnye-nakopiteli-v-energetike/energetika/2020/14/20/ (дата обращения: 04.04.2023).Malnev A. I., Bahovtsev I. A., Zinoviev G. S. Review of multilevel current invertors of wind farms //Izvestiya Tomskogo polytechnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. – 2015. – v. 326. – №. 7. – pp. 15-26.Stecca M., Elizondo L.R., Soeiro T.B., Bauer P., Palensky P. A comprehensive review of the integration of battery energy storage systems into distribution networks. IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society. 2020;1:46–65. https://doi.org/10.1109/OJIES.2020.2981832Bushkova O.V., Yaroslavtseva T.V., Dobrovolskiy Y. А. New litium salts in electrolytes for Li-ion batteries (review) //Electrochemistry. – 2017. – v. 53. – №. 7. – pp. 763-787.Макаров В.Г., Хайбрахманов Р.Н. Многоуровневые инверторы напряжения. Обзор топологий и применение. Вестник Казанского технологического университета. 2016;)(19)22:134–138. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mnogourovnevye-invertory-napryazheniya-obzor-topologiy-i-primenenie (дата обращения: 04.04.2023).Podder S., Khan M. Z. R. Comparison of lead acid and Li-ion battery in solar home system of Bangladesh, 2016 5th International Conference on Informatics, Electronics and Vision (ICIEV). – IEEE, 2016. – pp. 434-438.Мальнев А.И., Баховцев И.А., Зиновьев Г.С. Обзор многоуровневых инверторов тока ветроэнергетических станций. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015;(7)326:15–26. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-mnogourovnevyh-invertorov-toka-vetroenergeticheskih-stantsiy (дата обращения: 04.04.2023).Barie E. Z., Chang C. Application of variable frequency drive on the condensate pump motors of APR1400 nuclear power plants for energy savings// Journal of International Council on Electrical Engineering, 2018; 8:1, pp. 179-189.Бушкова О.В., Ярославцева Т.В., Добровольский Ю.А. Новые соли лития в электролитах для литий-ионных аккумуляторов (обзор). Электрохимия. 2017;(53)7:763–787. https://doi.org/10.7868/S0424857017070015https://doi.org/10.1080/22348972.2018.1515691Podder S., Khan M.Z.R. Comparison of lead acid and Li-ion battery in solar home system of Bangladesh. IEEE 2016 5th International Conference on Informatics, Electronics and Vision (ICIEV). Dhaka, Bangladesh, 2016. Р. 434–438. https://doi.org/10.1109/ICIEV.2016.7760041Rashitov P.А., Seregin D.А., Anikin М.D., Vershanskiy Е.А. Application of multilevel voltage invertors in distributed devicies for series compensation // Vestnik MPEI. 2021. № 3. pp. 58—66.Si J., Tang Y., Li X., Zhang L. Comprehensive reliability assessment method for lithium battery energy storage systems. Journal of Physics: Conference Series, Volume 2474, The 2nd International Conference on New Energy and Power Engineering 2022. Qingdao, China. IOP Publishing. 2023;(2474)1:012009. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/2474/1/012009https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-3-58-66Barie E.Z., Chang C. Application of variable frequency drive on the condensate pump motors of APR1400 nuclear power plants for energy savings. Journal of International Council on Electrical Engineering. 2018;8(1):179–189. https://doi.org/10.1080/22348972.2018.1515691X. Li and S. Wang, "Energy management and operational control methods for grid battery energy storage systems," CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 7, no. 5, pp. Sept. 2021, pp. 1026-1040.Рашитов П.А., Серегин Д.А., Аникин М.Д., Вершанский Е.А. Применение многоуровневых инверторов напряжения в распределенных устройствах продольной компенсации. Вестник МЭИ. 2021;3:58–66. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-3-58-66https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2019.00160He B., Ren Y., Xue Y., Fang Ch., Hu Zh., Dong X. Research on the frequency regulation strategy of large-scale battery energy storage in the power grid system. International Transactions on Electrical Energy Systems. V.2022. Article ID 4611426. 13 p. 2022. https://doi.org/10.1155/2022/4611426He B., Ren Y., Xue Y., Fang Ch., Hu Zh., Dong X. Research on the frequency regulation strategy of large-scale battery energy storage in the power grid system. International Transactions on Electrical Energy Systems. V.2022. Article ID 4611426. 13 p. 2022. https://doi.org/10.1155/2022/4611426Li X., Wang S. Energy management and operational control methods for grid battery energy storage systems. CSEE Journal of Power and Energy Systems. 2021;(7)5:1026–1040. https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2019.00160Li X., Wang S. Energy management and operational control methods for grid battery energy storage systems. CSEE Journal of Power and Energy Systems. 2021;(7)5:1026–1040. https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2019.00160Rui F., Haitao L., Ling J. Operation analysis and optimization suggestions of user-side battery energy storage systems. The Proceedings of the 5th International Conference on Energy Storage and Intelligent Vehicles. ICEIV 2022. Lecture Notes in Electrical Engineering. 2023. V.1016. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-99-1027-4_37Rui F., Haitao L., Ling J. Operation analysis and optimization suggestions of user-side battery energy storage systems. The Proceedings of the 5th International Conference on Energy Storage and Intelligent Vehicles. ICEIV 2022. Lecture Notes in Electrical Engineering. 2023. V.1016. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-99-1027-4_37Liang T., Zhang T., Lin X., Tafone A., Legrand M. et al. Liquid air energy storage technology: a comprehensive review of research, development and deployment. Progress in Energy. 2023;5(1):012002. DOI:10.1088/2516-1083/aca26aLiang T., Zhang T., Lin X., Tafone A., Legrand M. et al. Liquid air energy storage technology: a comprehensive review of research, development and deployment. Progress in Energy. 2023;5(1):012002. DOI:10.1088/2516-1083/aca26aMarchionni M.., Cipollone R. Liquid CO2 and Liquid Air energy storage systems: a thermodynamic analysis. Energies. 2023;16(13):4941. https://doi.org/10.3390/en16134941Marchionni M.., Cipollone R. Liquid CO2 and Liquid Air energy storage systems: a thermodynamic analysis. Energies. 2023;16(13):4941. https://doi.org/10.3390/en16134941Liu Z., Kim D., Gundersen T. Optimization and analysis of different liquid air energy storage configurations. Computers & Chemical Engineering. 2023;169:108087.Liu Z., Kim D., Gundersen T. Optimization and analysis of different liquid air energy storage configurations. Computers & Chemical Engineering. 2023;169:108087.Bullough C., Gatzen C., Jakiel Ch., Koller M., Nowi A., Zunft S. Advanced adiabatic compressed air energy storage for the integration of wind energy. Proceedings of the European wind energy conference, EWEC, 22-25 November, 2004, London, UK. 2004;(22):25. URL: https://www.researchgate.net/publication/224797562_Advanced_adiabatic_compressed_air_energy_storage_for_the_Integration_of_wind_energy.Bullough C., Gatzen C., Jakiel Ch., Koller M., Nowi A., Zunft S. Advanced adiabatic compressed air energy storage for the integration of wind energy. Proceedings of the European wind energy conference, EWEC, 22-25 November, 2004, London, UK. 2004;(22):25. URL: https://www.researchgate.net/publication/224797562_Advanced_adiabatic_compressed_air_energy_storage_for_the_Integration_of_wind_energy.Chen X. iaojiao Chen, Huang L., Liu J., Song D., Yang Sh. Peak shaving benefit assessment considering the joint operation of nuclear and battery energy storage power stations: Hainan case study. Energy. 2022;239:121897. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121897Chen X. iaojiao Chen, Huang L., Liu J., Song D., Yang Sh. Peak shaving benefit assessment considering the joint operation of nuclear and battery energy storage power stations: Hainan case study. Energy. 2022;239:121897. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121897

The authors declare that there are no conflicts of interest present.