Prospects for the application of battery energy storage systems in NPP auxiliary power supply systems
https://doi.org/10.26583/gns-2023-03-02
EDN: EOODDO
Abstract
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.
About the Authors
V. V. Karchin
Cheboksary Institute, Moscow Polytechnic University
Russian Federation
Russian Federation
Cand. Sci. (Eng.), associate professor of the Department of Transport and Energy Systems
I. V. Meldin
Kalinin Nuclear Power Plant the branch of Rosenergoatom Concern JSC
Russian Federation
Russian Federation
engineer-electrician, M. Sc. Student
A. N. Pitev
Kalinin Nuclear Power Plant the branch of Rosenergoatom Concern JSC
Russian Federation
Russian Federation
chief of electrical department
References
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
Supplementary files
Review
Рассматриваемая статья посвящена проблеме безопасности эксплуатации АЭС, а именно вопросу организации электроснабжения систем безопасности (СБ) электростанций в условиях нарушения связи с энергосистемой. В статье приведено подробное описание современных технических решений для обеспечения функционирования СБ АЭС, прежде всего многочисленные аспекты применения дизель-генераторных установок (ДГУ). Отмечены преимущества, а также важные недостатки использования ДГУ, в силу чего автором предлагается альтернативная технология – задействовать в качестве резервного источника электропитания систему накопления энергии (СНЭ) на основе литий-ионных аккумуляторных батарей.
Следует отметить, что автор, опираясь на многочисленный опыт применения накопителей энергии в электрических сетях в последние годы, приводит обширный перечень особенностей технической реализации СНЭ и рекомендаций по эксплуатации СНЭ для электропитания СБ АЭС, что позволяет сформировать достаточно полную картину перспектив данной технологии в деле повышения существующих и планирующихся к возведению АЭС.
Статью отличают логичность и академический стиль изложения материала. В силу этого, а также с учетом всего вышесказанного считаю, что рассматриваемая статья может быть опубликована в журнале «Глобальная ядерная безопасность».
For citations:
Karchin V.V., Meldin I.V., Pitev A.N. Prospects for the application of battery energy storage systems in NPP auxiliary power supply systems. Nuclear Safety. 2023;48(3):17-25. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/gns-2023-03-02. EDN: EOODDO
Views:
229
Email this article 