Перспективы применения систем накопления энергии в системах электроснабжения собственных нужд АЭС

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».

1. Андрушечко 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/

2. Zhang 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/app12136513

3. 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).

4. Succar 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/07b1c66eba1504846d7b49bc4fffc5725a17e57e

5. 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/en10070991

6. 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: 10.17586/1606-4313-2022-21-2-21-26

7. Lach 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/en14092649

8. 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).

9. 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.2020.2981832

10. 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).

11. 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).

12. 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/S0424857017070015

13. Podder 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.2016.7760041

14. 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/10.1088/1742-6596/2474/1/012009

15. 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):179–189. https://doi.org/10.1080/22348972.2018.1515691

16. 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/10.24160/1993-6982-2021-3-58-66

17. He 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/10.1155/2022/4611426

18. Li 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.2019.00160

19. Rui 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_37

20. Liang 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/aca26a

21. Marchionni M.., Cipollone R. Liquid CO2 and Liquid Air energy storage systems: a thermodynamic analysis. Energies. 2023;16(13):4941. https://doi.org/10.3390/en16134941

22. Liu Z., Kim D., Gundersen T. Optimization and analysis of different liquid air energy storage configurations. Computers & Chemical Engineering. 2023;169:108087.

23. 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.

24. 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.2021.121897