Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources
We consider the commitments of countries to reduce greenhouse gas emissions to the environment and described other causes of  increase in the share of renewable energy sources in the global structure of electricity generation. We present the parameters of  growth of the sha...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/738 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104246079815680 |
|---|---|
| author | Buratynskyi I.M. |
| author_facet | Buratynskyi I.M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Buratynskyi I.M.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Buratynskyi I.M. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:45Z |
| description | We consider the commitments of countries to reduce greenhouse gas emissions to the environment and described other causes of  increase in the share of renewable energy sources in the global structure of electricity generation. We present the parameters of  growth of the share of solar and wind power plants in power systems and further prospects for the development of this power industry in the world. We present the cost of introducing solar and wind power plants and give further forecasts for the cost reduction of these technologies. The problems that arise in the operation of power systems with significant volumes of unstable generation in their structure are analyzed. The specific character of generation, which is associated with weather conditions, is considered, and ways to solve problems, used in the world, are examined.The necessity of introducing systems of electric energy storage, intended to ensure and maintain the high quality of electric energy, frequency regulation, improving the reliability of power supply, smoothing and transfer of the peaks of daily power consumption schedules in a power system, and its balancing are described.We also analyzed present-day rates of the introduction of systems of electric energy storage in the world and prospects for the further development of this industry. The types of existing storage systems, their main characteristics, advantages and shortcomings are described. Attention is concentrated on electrochemical systems of electric energy storage, they are compared by the type of chemical reaction, the advantages, and shortcomings of electrochemical systems are described for using various materials.A description is given for the applications that electric storage systems must carry out in integrating renewable energy sources into a power system. We characterize the most efficient types of electric energy storage systems, which are necessary for various applications in integrating unstable generation into power systems. Implemented projects for the introduction of electrochemical systems of electric energy storage, which are used in the world for the integration of solar and wind power plants, are examined. We also give conclusions concerning the prospects for further development and feasibility of using energy storage systems. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2019.04.063 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
63
Аналіз застосування систем акумулювання електроенергії в енергосистемах з великим обсягом відновлюваних джерел енергії
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2019, 4(59): 63–70
doi: https://doi.org/10.15407/pge2019.04.063
Сучасні енергетичні системи перебувають у
стані трансформації генеруючих потужностей,
що відбувається під впливом впровадження від-
новлюваних джерел енергії (ВДЕ). Значне зде-
шевлення, підвищення ефективності технологій
та прийняті зобов’язання щодо зменшення ви-
кидів парникових газів у навколишнє середови-
ще призвели до стрімкого розвитку даної галузі
енергетики у світі. Обсяги впровадження соняч-
них (СЕС) та вітрових електростанцій (ВЕС) на-
скільки великі, що їх робота в енергосистемі вже
має вплив на її стабільність.
Прийнята в 2015 р. Паризька угода [1] має
мету утримати зростання середньої світової тем-
ператури до +1,5 ºС від доіндустріальних рівнів
та зменшити викиди парникових газів у навко-
лишнє середовище. Країни-учасники Угоди взяли
напрямок на декарбонізацію енергетики, який пе-
редбачає поступову відмову від використання ви-
копного палива і перехід на використання віднов-
люваних джерел енергії і, відповідно, збільшення
їх частки в загальній структурі генерації електро-
енергії. Тому ЄС, США, Китай, Індія та багато
інших країн у своїх Енергетичних стратегіях за-
планували збільшити частку ВДЕ (табл. 1). Про
повну відмову від спалювання викопного палива і
перехід на ВДЕ заявили: Данія, Швеція, Ісландія,
США, Коста-Рика, Саудівська Аравія [2].
Відновлювані джерела енергії, за специфікою
своєї роботи відрізняються від електростанцій,
що працюють на викопному паливі, виробництво
електроенергії на них залежить від погодних
умов. Збереження балансів в енергосистемі при
надлишку електроенергії здійснюють за допомо-
гою гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС),
однак їх будівництво обмежено природніми та
територіальними ресурсами. Тому, для балансу-
вання добових графіків виробництва-споживан-
ня електроенергії в умовах інтенсивного впро-
вадження ВДЕ потрібні нові, більш компактні
рішення, які мають невеликі розміри та не мають
залежності від природніх та географічних умов.
Метою даної статті є огляд систем акумулю-
вання електричної енергії, аналіз їх основних ти-
пів, параметрів, можливостей, застосувань, опис
переваг та недоліків різних технологій та огляд
реалізованих проектів у світі.
Важливим чинником, який обумовлює світо-
ве збільшення частки ВДЕ в загальному обсязі
виробництва електроенергії, є прагнення країн
збільшити свою енергетичну незалежність. Вра-
ховуючи, що сонячна радіація, яка потрапляє на
земну поверхню, та вітер є невичерпними дже-
релами, то для підвищення своєї енергонезалеж-
ності країни беруть напрямок на збільшення ви-
користання цих джерел енергії та поступову від-
мову від викопного палива. За прогнозами бри-
танської нафтогазової компанії British Petroleum
загальна частка ВДЕ у світовій структурі вироб-
ництва електроенергії на 2040 р. становитиме не
менше ніж 30%, при теперішній частці у 10%, і
цей показник на той час перевищить рівень ву-
УДК 621.311.25 І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, ORCID: 0000-0003-2928-9621
ТОВ «Родина Інжиніринг», вул. Богатирська, 3-г, м. Київ, 04212, Україна
АНАЛІЗ ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМ АКУМУЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ
В ЕНЕРГОСИСТЕМАХ З ВЕЛИКИМ ОБСЯГОМ ВІДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ
Розглянуто тенденції розвитку відновлюваних джерел енергії. Проаналізовано
темпи впровадження сонячних та вітрових електростанцій у світі, акцентовано
увагу на лідируючих країнах по впровадженню даних джерел електроенергії.
Оглянуто роботу енергосистем з великою кількістю сонячних та вітрових елек-
тростанцій, описано проблеми, які виникають при такій роботі. Зроблено огляд
існуючих систем акумулювання та описано перспективи їх подальшого розвитку.
Наведено сфери застосування систем накопичення електроенергії при їх спіль-
ній роботі з сонячними та вітровими електростанціями та зроблено висновки
щодо можливості їх подальшого використання в енергосистемах.
К л ю ч о в і с л о в а: відновлювані джерела енергії, сонячна електростанція,
вітрова електростанція, система акумулювання електроенергії, енергосистема.
© І.М. БУРАТИНСЬКИЙ, 2019
64
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
гільної генерації, яка сьогодні має тенденцію до
зниження [3].
Серед усіх видів ВДЕ найбільші темпи впро-
вадження у світі мають СЕС та ВЕС, причому
серед сонячних електростанцій лідируюче місце
займають фотоелектричні станції. За інформаці-
єю Міжнародної компанії з дослідження віднов-
люваних джерел енергії [4] за десять років су-
марна потужність СЕС у світі збільшилась у 33
рази, з 15 ГВт у 2008 р. до 505 ГВт у 2018 р. Про-
тягом 2018 р. загальносвітовий приріст частки
фотоелектричних СЕС у структурі генеруючих
потужностей становив 64%, що є найбільшим
показником впровадження серед усіх типів елек-
тростанцій, що будуються у світі.
Лідером з будівництва фотоелектричних
сонячних електростанцій є Китай. На кінець
2018 р. загальна потужність фотоелектричних
СЕС у Китаї досягла 175 ГВт, лише протягом од-
ного року в країні було побудовано 45 ГВт, що
становило 26% річного приросту. Високі темпи
будівництва СЕС у Китаї пов’язані з дешевиз-
ною робочої сили, розвиненою промисловістю
та інфраструктурою, яка дозволяє передавати
вироблену електроенергію з мінімальною рекон-
струкцією електричних мереж тощо. Крім того,
країною задіяно ряд стимулювань щодо розви-
тку даної галузі енергетики (державні субсидії,
доступність дешевих земельних ділянок, мало-
відсоткові кредити), які направлені на зростання
конкурентоспроможності китайської продукції
на міжнародному ринку [5].
Друге місце за темпами впровадження фо-
тоелектричних СЕС займають США. На кінець
2018 р. загальна потужність даних джерел енергії
у США досягнула межу у 62 ГВт, протягом року
в країні було побудовано 10,6 ГВт встановлених
потужностей, річний приріст становив 17%.
Третє місце займає Японія, яка також пере-
тнула межу 50 ГВт за рівнем встановлених по-
тужностей фотоелектричних СЕС. За глобаль-
ним статусом ВДЕ Міжнародної компанії з до-
слідження відновлюваних джерел енергії в то-
пові країни з впровадження фотоелектричних
сонячних електростанцій входять: Німеччина,
Індія, Італія, Велика Британія, Австралія, Фран-
ція та Корея [4].
Зростання встановлених потужностей СЕС у
загальній структурі виробництва електроенер-
гії у світі відбувається за рахунок збільшення
конкурентоспроможності технологій, що обу-
мовлено зменшенням капітальних витрат на бу-
дівництво, зменшенням вартості закупівлі осно-
вної продукції (фотомодулі, інвертори), зростан-
ням ККД та підвищенням ефективності роботи
основного обладнання тощо. Протягом восьми
років середньозважена собівартість виробни-
цтва електроенергії, яка оцінюється протягом
всього життєвого циклу, враховуючи всі витра-
ти на капітальне будівництво для фотоелектрич-
них СЕС, у світі знизилась майже у 4,5 рази,
з 0,371 дол. США/кВт·год у 2010 р. до 0,085 дол.
США/кВт·год у 2018 р. [6].
Наступне місце за темпами впровадження се-
ред усіх типів нововведених генеруючих потуж-
ностей у світі займають вітрові електростанції,
які споруджуються на материках. Стрімке зрос-
тання частки ВЕС у загальносвітовій структу-
рі генерації електроенергії також пов’язане зі
зменшенням середньозваженої собівартості
виробництва електроенергії протягом життє-
вого циклу, яка у світі протягом восьми років
знизилась на третину з 0,085 дол. США/кВт·год
у 2010 р. до 0,056 дол. США/кВт·год у 2018 р.
Зниження собівартості привело до того, що за
останні 10 років потужність ВЕС у світі збіль-
Таблиця 1. Частка ВДЕ, %, у загальному обсязі споживання електроенергії окремих країн
відповідно до їх енергетичних стратегій [2]
Країна 2010 2015 2020 2030 2040 2050
Австрія – 30 (2014) 34 – – –
Данія 25 (2005) – 33 55 68 100
Німеччина – 12,4 (2013) 18 30 45 60
Швеція 20 (2008) 52,1 (2013) 50 100 – –
Швейцарія 17,5 – 45 – – –
Індія – 13 – 40 – –
Китай 13 – – – 55 –
США (Гаваї) – 20 (2014) 30 40 70 100 (2045)
Коста-Рика – 100 100 (2021) – – –
Ісландія – 99 (2014) – – – –
Саудівська Аравія – 1 – – 100 –
ЄС 15 20 – – 75
65
Аналіз застосування систем акумулювання електроенергії в енергосистемах з великим обсягом відновлюваних джерел енергії
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
шилась майже у 5 разів, з 121 ГВт у 2008 р. до
591 ГВт у 2018 р. [6].
Найбільше ВЕС будується в Європі та Ав-
стралії, це пов’язано із сприятливими природ-
німи та географічними умовами – сильні оке-
анські вітри, довга берегова лінія тощо. Частка
виробленої електроенергії з ВЕС серед усієї
виробленої електроенергії у Європі протягом
2018 р. становила 14% [7]. В Австралії на кінець
2019 р. загальна потужність ВЕС досягнула зна-
чення у 4 ГВт, з річним приростом у 850 МВт
[8]. За прогнозами Австралійської асоціації з
відновлюваних джерел енергії до 2030 р. част-
ка СЕС та ВЕС у Австралії повинна зайняти не
менше ніж 50% у загальній структурі генерую-
чих потужностей [9].
В Україні стимулювання впровадження ВДЕ
відбувається за рахунок прийнятого в 2009 р.
«зеленого» тарифу, який діятиме до 2030 р. Од-
нак, така система стимулювання з часом втрати-
ла свою ефективність, тому що відбулось швид-
ке зменшення цін на технології та збільшилась
конкурентоспроможність продукції, а тарифна
ставка оплати виробленої електроенергії зали-
шилась такою самою або знизилась досить мало,
від чого бізнес з впровадження ВДЕ в Україні
став надприбутковим. Вказані фактори та пер-
спектива об’єднання енергосистеми України з
Європейською мережею системних операторів
передачі електроенергії обумовили відмову від
«зеленого» тарифу та, відповідно, прийняття За-
кону України «Про ринок електричної енергії»,
згідно якого створюється конкуренція, відміня-
ється фіксована ставка на продаж електроенергії
та вводяться аукціони, на яких відбуватиметься
продаж електричної енергії [10]. Збільшенню
частки ВДЕ у структурі виробництва електро-
енергії в Україна сприяє Національний план дій
з відновлюваної енергетики на період до 2020 р.
[11] та Енергетична стратегія України на період
до 2035 р. [12], згідно якої, частка ВДЕ у струк-
турі первинного постачання енергії в Україні на
2035 р. має досягнути не менше ніж 25%.
У Каліфорнії в енергосистемі, що обслу-
говується незалежним системним оператором
CAISO, відбуваються ситуації, коли на СЕС ге-
нерується великий обсяг електроенергії, через
що операторам для того, щоб забезпечити ста-
більну роботу енергосистеми, доводиться вруч-
ну зменшувати рівень обсягів виробництва елек-
троенергії на СЕС. Щоб не обмежувати виро-
блення електроенергії на СЕС, можна приєднати
одну енергосистему до іншої, однак, цей спосіб
є не простий, для його реалізації потрібно подо-
лати ряд бюрократичних та технічних проблем,
що ставить під сумніви економічну доцільність
та раціональність таких енергетичних об’єднань.
Тому, найоптимальнішим способом балансуван-
ня добового графіка із збереженням виробленої
«зеленої» електроенергії є впровадження систем
акумулювання електроенергії [13]. Починаючи з
2010 р., уряд Каліфорнії інтенсивно впроваджує
заходи, які стимулюють будівництво систем
акумулювання електроенергії. Вже на початок
2017 р. у Каліфорнії було встановлено таких сис-
тем сумарною потужністю 475 МВт. У подаль-
ших цілях енергетичної стратегії штату вказано,
що для забезпечення стабільної роботи енерго-
системи загальна частка систем акумулювання
має становити не менше ніж 1% від загального
обсягу виробництва електроенергії [14].
Неконтрольоване введення великої кількості
СЕС та ВЕС в енергосистему України може по-
гіршити її стабільність та призвести до недопус-
тимих відхилень частоти, стабілізація якої може
бути забезпечена шляхом впровадження систем
акумулювання [15, 16].
Дефіцит маневрених потужностей, що спо-
стерігається в об’єднаній енергосистемі Укра-
їни, та подальші тенденції щодо збільшення
обсягів приєднання ВЕС та СЕС за прогнозами
НЕК «Укренерго» можуть призвести до значних
проблем із забезпечення надійної роботи енер-
госистеми [17]. Збільшення частки СЕС до рів-
ня 3,3 ГВт і ВЕС до 4,2 ГВт у складі ОЕС Укра-
їни можливе лише за допомогою впровадження
систем акумулювання електроенергії, встанов-
леною потужністю не менше ніж 500 МВт до
2025 р. [18].
Основними типами систем акумулюван-
ня електроенергії (САЕ) є: механічні (сховища
енергії на стисненому повітрі, зберігання енергії
за допомогою маховиків, гідроакумулюючі стан-
ції ГАЕС); теплові (термохімічні накопичувачі,
технології збереження тепла) та електрохімічні
системи [19]. ГАЕС та зберігання енергії за до-
помогою маховиків на сьогоднішній день є вже
достатньо освоєними технологіями. При виборі
конкретної технології для застосування в енер-
госистемі потрібно враховувати багато факторів:
технічну зрілість, ступінь готовності до вико-
ристання, масштаби та перспективи подальшого
розвитку на ринку електроенергії тощо.
Останнім часом у світі інтенсивно впрова-
джуються електрохімічні системи акумулю-
вання електроенергії, які працюють на базі
акумуляторів. За типом акумуляторів, що ви-
користовуються в них найпоширенішими є:
акумулятори на основі рідкого електроліту,
свинцево-кислотні, літій-іонні, сірчано-натріє-
ві та метало-повітряні акумулятори. Перевага-
ми електрохімічних систем акумулювання над
іншими системами є: малі габаритні розміри,
короткі терміни будівництва, можливість ство-
66
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
рення систем великої потужності на їх основі
тощо. Літій-іонні системи потужністю 3 МВт
та ємністю розряджання 1,2 МВт·год, включа-
ючи акумуляторні батареї, обладнання для пе-
ретворення, всю систему управління, прилади
кондиціонування, вентиляції та освітлення вмі-
щуються в невеликі контейнери з габаритними
розмірами всього 6,0×2,5×3,0 м та вагою близь-
ко 20 т. При потребі більшої потужності чи єм-
ності розряду передбачається встановлення де-
кількох таких контейнерів тощо.
За даними Міжнародного агентство з віднов-
люваної енергетики IRENA за десять років су-
марна встановлена потужність електрохімічних
САЕ у світі збільшилась у 16 разів, з 100 МВт у
2006 р. до 1600 МВт у 2016 р. [20]. Основні ха-
рактеристики електрохімічних систем акумулю-
вання залежать від типу акумуляторних батарей,
що в них використовуються (табл. 2).
Серед розглянутих електрохімічних систем
акумулювання найкращу енергетичну щільність
та ефективність мають системи акумулювання
на базі літій-іонних акумуляторів. Вони широко
впроваджуються в енергосистемі Європейсько-
го Союзу і займають 59% серед усіх типів по-
будованих систем акумулювання в Європі. Так,
станом на 2017 р. сумарна встановлена потуж-
ність літій-іонних систем у світі досягнула межі
1,2 ГВт [22].
Зростання кількості електрохімічних сис-
тем акумулювання у світі, як і у випадку з фото-
електричними СЕС, відбувається через зростання
конкурентоспроможності даних технологій та
збільшення їх доступності на ринку. Досліджен-
ня фінансової компанії Bloomberg показали, що
протягом останніх років відбулось значне зде-
шевлення літій-іонних акумуляторів, вартість
закупівлі яких з кожним роком зменшується в
середньому на 20%. Так, протягом восьми ро-
ків середня вартість літій-іонної системи аку-
мулювання електроенергії у світі зменшилась у
6,5 разів, з 1160 дол. США/кВт·год у 2010 р. до
176 дол. США/кВт·год у 2018 р. та очікується і по-
дальше зменшення вартості закупівлі даних тех-
нологій до 100 дол. США/кВт·год у 2023 р. [23].
Класифікація літій-іонних акумуляторів про-
водиться за типом хімічної реакції, яка розріз-
няється за ключовими матеріалами, що беруть
участь у реакції та використовуються в якості
катода і анода (табл. 3).
Системи акумулювання, що використовують-
ся для інтеграції ВДЕ в енергосистемах, повинні
забезпечувати досить різні технологічні функції,
тому їх можна поділити на дві групи: швидко-
Таблиця 2. Основні характеристики електрохімічних систем акумулювання [21]
№ Тип
акумулятора
Енергет.
щільн.,
Вт год/кг
Ефект.,
заряд-
розряд, %
Термін
служби,
роки
Переваги Недоліки
1 Літій-іонний
(Li-ion) 150–250 95 10–15
• висока гнучкість та
маневреність;
• здатність швидко
заряджатися і розряджатися;
• велика питома потужність
• низька глибина розряду;
• самовільна корозія;
• саморозрядження;
• зниження ефективності з
часом
2
Сірчано-
натрієвий
(NaS)
125–150 75–85 10–15
• велика питома
енергоємність;
• дешеві робочі матеріали
• працюють при високий
температурах;
• потребують спеціальної
інфраструктури;
• небезпека загорання
3
На основі
рідкого
електроліту
(Flow)
60–80 70–75 20–25
• можливість створення
потужних агрегатів;
• дешеві робочі матеріали
• займають великі площі;
• мають низьку
ефективність, порівняно з
іншими
4
На основі
нікелю
(Ni–Cd)
40–60 60–80 20–25
• можна повністю
розряджати;
• забезпечує високу
надійність;
• мають високу калорійність
• токсичні матеріали;
• мала питома потужність,
значно менша ніж у Li-ion;
• саморозрядження;
• ефект пам’яті
5
Свинцево-
кислотний
(Lead-acid)
30–50 60–70 3–6
• достатньо вивчена
технологія;
• простий спосіб
виготовлення
• токсичні матеріали;
• небезпека загорання;
• довгий час зарядки
• короткий період життєвого
циклу
67
Аналіз застосування систем акумулювання електроенергії в енергосистемах з великим обсягом відновлюваних джерел енергії
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
діючі системи (час реакції яких мілісекунди, се-
кунди) та повільнодіючі (час реакції – хвилини,
години) [24]. Швидкодіючі систем використо-
вують, в основному, для забезпечення належної
якості електроенергії (регулювання та підтримка
частоти, напруги, потужності) та забезпечення
надійності електропостачання. Повільнодіючі
системи використовуються для балансування до-
бового графіка споживання електричної енергії
(зміщення та вирівнювання піків), управління
попитом тощо, вони ще носять назву – електро-
акумулюючі станції. Характеристика основних
застосувань, які виконують системи акумулю-
вання при інтеграції ВДЕ в енергосистеми, пред-
ставлено у табл. 4.
Для інтеграції ВДЕ в енергосистеми, в
основному, використовуються літій-іонні та
сірчано-натрієві системи акумулювання елек-
троенергії. При однаковій потужності з літій-
іонними системами сірчано-натрієві забезпе-
чують більшу енергетичну ємність, тому їх ви-
користовують там, де потрібні великі ємності
електроенергії та віддача її протягом тривало-
го часу, тому вони підходять для балансування
енергосистеми (управління попитом, зміщення
та згладження піків). Літій-іонні системи за-
безпечують більш широкий діапазон застосу-
вань, порівняно з іншими системами акумулю-
вання, в них видача енергії в мережу за рахунок
великої потужності системи може відбуватись
досить швидко, це пов’язано з високою енер-
гетичною щільністю даних систем, тому їх ви-
користовують там, де потрібне швидке розря-
джання чи заряджання, тобто для забезпечення
належної якості електроенергії (регулювання,
підтримки та відновлення частоти у мережі,
регулювання напруги).
Протягом останніх років у світі через зна-
чні обсяги впровадження ВДЕ та їх нестабільну
роботу в енергосистемах почалось інтенсивне
впровадження систем акумулювання електрое-
нергії, в табл. 5 показано найбільші проекти, що
використовуються при інтеграції ВЕС та СЕС.
Найбільшу літій-іонну систему накопичен-
ня виробництва Tesla встановлено у Південній
Австралії, її встановлена потужність становить
100 МВт та ємність розряджання 129 МВт·год,
планується подальше збільшення потужності
і ємності даної системи на 50%. Будівництво
Powerpacks Hornsdale Power Reserve потужніс-
тю 100 МВт було завершено менш ніж за 100
днів [27]. Дослідження Австралійської Кліма-
Таблиця 3. Класифікація літій-іонних акумуляторів різних за типом хімічної реакції [21]
Скорочена
назва матеріалу NMC LMO NCA LFP LTO
Катод LiNixMnyCo1
-x-yO2 LiMn2O4 LiNiCoAlO2 LiFePO4 Будь-який з
перелічених
Анод Графіт С Графіт С Графіт С Графіт С Li4Ti5O12
Енергетична
щільність,
Вт год/кг
120–140 80–95 120–160 85–105 80–95
Термін служби,
циклів 800–2000 2000–25000 800–5000 200–2000 2000–25000
Переваги
• велика
потужність;
• висока
енергетична
щільність;
• стабільність;
• можливість
працювати
при високих
температурах
• дешеві
матеріали,
за рахунок
дешевого
марганцю;
• термостійкість;
• досить велика
потужність
• висока енергетична
щільність;
• велика потужність;
• тривалий термін
експлуатації
• чудові термічні
показники;
• велика
потужність;
• дешеві
матеріали;
• тривалий
термін
експлуатації
• чудові термічні
показники;
• висока
швидкість
розряду;
• тривалий
термін
експлуатації
Недоліки
• проблеми з
патентами в
деяких країнах
• мала
енергетична
щільність;
• короткий
термін
експлуатації
• існує мінеральна
термостабільність при
зарядженому стані,
що створює підвищені
вимоги до безпеки;
• при температурах
вище “+”40ºC
відбувається процес
саморозрядження
• мала
енергетична
щільність
• дорога вартість
титану;
• мала робоча
напруга
окремих
елементів;
• мала
енергетична
щільність
68
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
Таблиця 4. Основні застосування систем акумулювання електроенергії [25]
Найменування Характеристика
Забезпечення якості
електроенергії
• регулювання напруги у мережі;
• регулювання, підтримка та відновлення частоти
Забезпечення надійності
електропостачання
• можливість повного покриття навантаження при тимчасовому вимкненні
енергосистеми;
• забезпечення стабільної роботи мережі
Створення гарячого
резерву
• акумуляція енергії протягом коротких періодів, що створюються в результаті
хмарності, або різкого зменшення сонячного випромінювання
Енергетичний арбітраж • управління часом використання електричної енергії;
• закупівля електроенергії в період низьких цін та віддача в період високих цін
Управління попитом • керування попитом навантаження
Зміщення та
вирівнювання піків
• забезпечення видачі необхідної потужності в часи пікових навантажень;
• згладжування та вирівнювання піків навантаження
Таблиця 5. Успішно реалізовані проекти систем акумулювання електроенергії [26]
№ Назва
Місце
розташу-
вання
Тип
Потуж-
ність,
МВт
Ємність,
МВт·год
Об’єкт
інтеграції Застосування
1 Laurel Mountain США Li-ion 32 8 ВЕС – 98 МВт Зміщення та
згладження піків
2 Anchorage Area BESS США,
Аляска Li-ion 25 14 СЕС, ВЕС Балансування та
зміщення піків
3 Tesla Powerpacks
Terhills Бельгія Li-ion 18,2 23,5 СЕС, ВЕС Регулювання
частоти, напруги
4
Tesla Powerpacks
Hornsdale Power
Reserve
Південна
Австралія Li-ion 100 129 СЕС, ВЕС
Надійність
електропостачання,
гарячий резерв
5 Saft Batteries
Intensium Max США, Гаваї Li-ion 6 4,63 CЕС – 12 МВт Регулювання
частоти, напруги
6 Saft Batteries
Intensium Max
Фарерські
острови Li-ion 2,3 0,7 ВЕС – 12 МВт Регулювання
частоти, напруги
7 Wind-to-Battery Minn
Wind Project
США,
Мінесота NaS 1 7 ВЕС – 11 МВт Регулювання
частоти, напруги
8
PG&E Vaca Battery
Energy Storage
CAISO
США,
Каліфорнія NaS 2 14 СЕС, ВЕС Зміщення та
згладження піків
9 NGK Insulators Terna
SpA
Південня
Італія NaS 34,8 250 СЕС, ВЕС
Енергетичний
арбітраж, зміщення
та згладження піків
10 NGK Insulators
Futumata
Японія,
Футумата NaS 34 245 ВЕС – 51 МВт Управління попитом
та зміщення піків
11 NGK Insulators
Kyusyu
Японія,
Фукуока NaS 50 300 СЕС Управління попитом
та зміщення піків
12 Kahuku Wind Farm США, Гаваї Lead
acid 15 3,7 ВЕС – 30 МВт Підтримка напруги
69
Аналіз застосування систем акумулювання електроенергії в енергосистемах з великим обсягом відновлюваних джерел енергії
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
тичної комісії Climate Council [28], показують,
що для успішної роботи енергосистеми, з вели-
кою кількістю ВДЕ сумарна встановлена потуж-
ність всіх систем акумулювання повинна бути
не менше ніж 20% від встановленої потужності
СЕС та ВЕС [29].
Дослідження, проведені компанією Energy
and Environmental Economics, показали, що
для енергетичного вузла, який знаходиться під
управлінням компанії Tampa Electric Company
(TECO) в штаті Флорида США, можливі чоти-
ри сценарії роботи фотовольтаїчні СЕС у скла-
ді енергосистеми: «Обов’язкове приймання»,
коли енергомережа приймає весь об’єм ви-
робленої електроенергії з СЕС; «Часткове об-
меження» – відключення частини генеруючих
потужностей; «Повне припинення» – відклю-
чення всіх генеруючих потужностей; «Повна
маневреність» – маневреність електростанції
з використанням систем акумулювання. Режим
«Обов’язкове приймання» можливий лише при
частці виробленої електроенергії з СЕС в за-
гальній структурі виробництва електроенергії
менше 14%, при досягненні більшої частки
виникає надлишок електричної енергії, який
потрібно передавати до сусідніх енергосис-
тем або переходити до другого чи третього
сценарію. Однак, такі сценарії, як «Часткове
обмеження» та «Повне припинення» є пара-
доксальними, оскільки в них відбувається об-
меження «зеленої» електроенергії. Подальше
збільшення частки СЕС до обсягів більше ніж
20% в структурі виробництва електроенергії
призводить до повного відключення сонячної
генерації від мережі в періоди максимально-
го сонячного випромінювання, або перехід до
четвертого сценарію «Повна маневреність» з
обов’язковим використанням системи акуму-
лювання електроенергії, які можуть забезпечи-
ти повну маневреність СЕС [30].
ВИСНОВКИ
1. У сучасних умовах відбувається транс-
формація енергосистем зі збільшенням частки
відновлюваних джерел енергії в загальній струк-
турі генерації електроенергії, що відбувається
через зобов’язання, які взяли на себе країни на-
правлені на скорочення викидів парникових газів
у навколишнє середовище. Ще важливим фак-
тором збільшення частки ВДЕ є прагнення кра-
їн підвищити свою енергонезалежність та під-
вищення конкурентоспроможності технологій,
зменшення їх собівартості, підвищення ефектив-
ності тощо.
2. Стан сучасних енергосистем при великих
обсягах сонячних та вітрових електростанцій не
дозволяє забезпечити необхідну маневреність та
гнучкість, тому у світі інтенсивно впроваджу-
ються системи акумулювання електроенергії, які
здатні регулювати ключові параметри в енерго-
системі та балансувати її.
3. Для інтеграції ВДЕ у світі найширше ви-
користовуються електрохімічні системи акуму-
лювання, які працюють на базі акумуляторних
батарей, вони володіють великою енергетичною
щільністю, мають високу швидкість заряджання
та розряджання, забезпечують достатню ефек-
тивність та надійність, мають тривалий термін
служби, малі габаритні розміри, є мобільними та
будуються за короткі терміни в порівнянні з ін-
шими системами акумулювання.
4. Світова практика з впровадження елек-
трохімічних систем акумулювання показує, що
найкращими при інтеграції ВЕС та СЕС є лі-
тій-іонні та сірчано-натрієві системи. Літій-іон-
ні системи в основному використовуються для
забезпеченні належної якості електроенергії та
стабілізації параметрів мережі, а сірчано-натрі-
єві там де потрібне перенесення великих об’ємів
електроенергії з часом, балансування енергосис-
теми, управління попитом тощо.
1. Паризька угода: Закон України №1469-VIII від
14.07.2016. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/
show/995_l61 (дата звернення: 10.09.2019).
2. Гелетуха Г.Г., Желєзна Т.А., Праховнік А.К. Аналіз
енергетичних стратегій країн ЄС та світу і ролі в
них відновлювальних джерел енергії. Біоенерге-
тична асоціація України. 2015.
3. BP Energy Outlook. BP – 2019. URL: https://www.
bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/
corporate/pdfs/energy-economics/energy-outlook/
bp-energy-outlook-2019.pdf (дата звернення:
01.09.2019).
4. Renewables 2019 Global Status Report. REN21 –
2019.
5. Chen Gang. China’s Solar PV Manufacturing and
Subsidies from the Perspective of State Capitalism.
The Copenhagen Journal of Asian Studies. 2015.
33(1).
6. Renewable Power Generation Costs in 2018.
International Renewable Energy Agency. IRENA,
2019.
7. Wind energy in Europe in 2018. Trends and statistics.
Wind Europe, 2019.
8. Parkinson G. Wind generation hits peak output of
more than 4,000MW in Australia. Renew economy.
Clean Energy News and Analysis. Renew economy
– 2019. URL: https://reneweconomy.com.au/wind-
generation-hits-peak-output-of-more-than-4000mw-
in-australia-29145/ (дата звернення: 01.09.2019).
9. Clean energy council. Clean energy Australia report –
2019. URL: https://assets.clean energycouncil.org.au/
documents/resources/reports/clean-energy-australia/
clean-energy-australia-report-2019.pdf (дата звер-
нення: 01.09.2019).
70
І.М. БУРАТИНСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
10. Про ринок електричної енергії: Закон України
№2019-VIII від 25 квіт. 2019. URL: (дата звернен-
ня: 10.09.2019).
11. Національний план дій з відновлюваної енергети-
ки на період до 2020 року. URL: (дата звернення:
01.09.2019).
12. Енергетична стратегія України на період до 2035
року “Безпека, енергоефективність, конкурент-
носпроможність”. URL: http://mpe.kmu.gov.ua/
minugol/doccatalog/document?id=245239554 (дата
звернення: 01.09.2019).
13. Energy storage. Perspectives from California and
Europe. Discossion Paper – October – 2019. URL:
(дата звернення: 01.09. 2019).
14. California Energy Commission – Tracking Progress.
URL: http://apps.psc.wi.gov/pages/ viewdoc.
htm?docid=364982 (дата звернення: 01.09.2019).
15. Кулик М.М., Дрьомін І.В., Згуровець О.В. Дослі-
дження режимів роботи об’єднаних енергосис-
тем з потужними вітровими електростанціями та
акумуляторними батареями. Проблеми загальної
енергетики. 2018. Вип. 2(53). С. 15—20. https://
doi.org/10.15407/pge2018.02.015
16. Кулик М.М., Дрьомін І.В., Згуровець О.В. Можли-
вості використання великих накопичувачів електро-
енергії для стабілізації частоти в об’єднаних енер-
госистемах з потужними сонячними електростан-
ціями. Відновлювана енергетика. 2018. № 3(54).
С. 6—14.
17. Звіт з оцінки відповідності (достатності) ге-
неруючих потужностей (доопрацьований).
НЕК Укренерго. 2018. URL: https://ua.energy/
wp-content/uploads/2019/04/ZvitAdekvatnosti
GenPotuzhnostej_31_03_ 2019.pdf (дата звернення:
10.09.2019).
18. Аналітичний звіт до питання розвитку ВЕС та
СЕС в складі ОЕС України (за результатами дослі-
джень проблем та перспектив прискореного зрос-
тання потужностей ВЕС та СЕС в ОЕК України).
НЕК Укренерго. 2018. URL: https://ua.energy/wp-
content/uploads/2018/06/ANALITYCHNYJ-ZVIT-2.
pdf (дата звернення: 10.09.2019).
19. Lazard’s levelized cost of storage analysis – version
4.0. LAZARD – 2018.
20. Electricity Storage and Renewables: Costs and
Markets to 2030. IRENA – 2017.
21. Handbook on battery energy storage system. Asian
development bank – 2018. DOI: http://dx.doi.org
/10.22617/TCS189791-2.
22. European Energy Storage Technology Development
Roadmap. European Energy Research Alliance –
2017.
23. A Behind the Scenes Take on Lithium-ion Battery
Prices. Bloomberg NEF – 2019. URL: https://about.
bnef.com/blog/behind-scenes-take-lithium-ion-
battery-prices/ (дата звернення: 01.09.2019).
24. Ghavi M. Energy storage for micro- and mini-grads in
urban and rural Africa. ABB – 2017.
25. Schmidt O., Melchio S., Hawkes A., Staff ell I. Project-
ing the Future Levelized Cost of Electricity Storage
Technologies. Joule. 2019. Vol. 3. P.1−20.
26. DOE Global Energy Storage Database. Sandia
National Laboratories. United States Department of
Energy. URL: https://energystorageexchange.org/
(дата звернення: 01.09.2019).
27. Tesla вовремя завершает свою гигантскую австра-
лийскую батарею Powerpack. URL: https://www.
engadget.com/2017/11/23/tesla-australia-powerpack-
100-day-bet/ (дата звернення: 01.09.2019).
28. Stock A., Bourne G., Brailsford L. and StockFully
Charged P. Renewables and Storage Powering
Australia. Climate Council – 2018.
29. Hayward J., Graham P. Electricity generation
technology cost projections: Australia: CSIRO – 2017.
30. Investigating the Economic Value of Flexible Solar
Power Plant Operation. Energy and Environmental
Economics – 2018.
Надійшла до редколегії: 22.11.2019
|
| id | systemreorg-article-738 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:02Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/d2/e4e4c9020d836c14dc855e9b44fcafd2.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7382026-07-18T12:57:45Z Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources Аналіз застосування систем акумулювання електроенергії в енергосистемах з великим обсягом відновлюваних джерел енергії Buratynskyi I.M. renewable energy sources, solar power plant, wind power plant, electricity storage system, electric power system. відновлювані джерела енергії, сонячна електростанція, вітрова електростанція, система акумулювання електроенергії, енергосистема. We consider the commitments of countries to reduce greenhouse gas emissions to the environment and described other causes of  increase in the share of renewable energy sources in the global structure of electricity generation. We present the parameters of  growth of the share of solar and wind power plants in power systems and further prospects for the development of this power industry in the world. We present the cost of introducing solar and wind power plants and give further forecasts for the cost reduction of these technologies. The problems that arise in the operation of power systems with significant volumes of unstable generation in their structure are analyzed. The specific character of generation, which is associated with weather conditions, is considered, and ways to solve problems, used in the world, are examined.The necessity of introducing systems of electric energy storage, intended to ensure and maintain the high quality of electric energy, frequency regulation, improving the reliability of power supply, smoothing and transfer of the peaks of daily power consumption schedules in a power system, and its balancing are described.We also analyzed present-day rates of the introduction of systems of electric energy storage in the world and prospects for the further development of this industry. The types of existing storage systems, their main characteristics, advantages and shortcomings are described. Attention is concentrated on electrochemical systems of electric energy storage, they are compared by the type of chemical reaction, the advantages, and shortcomings of electrochemical systems are described for using various materials.A description is given for the applications that electric storage systems must carry out in integrating renewable energy sources into a power system. We characterize the most efficient types of electric energy storage systems, which are necessary for various applications in integrating unstable generation into power systems. Implemented projects for the introduction of electrochemical systems of electric energy storage, which are used in the world for the integration of solar and wind power plants, are examined. We also give conclusions concerning the prospects for further development and feasibility of using energy storage systems. Розглянуто зобов’язання, що взяли на себе країни щодо зменшення викидів парникових газів у навколишнє середовище та описано інші причини зростання частки відновлюваних джерел енергії у загальносвітовій структурі генерації електроенергії. Наведено показники зростання частки сонячних та вітрових електростанцій у енергосистемах та подальші перспективи розвитку даної галузі енергетики у світі. Оглянуто собівартість впровадження сонячних та вітрових електростанцій та наведено подальші прогнози щодо зниження вартості даних технологій. Проаналізовано проблеми, що виникають у роботі енергосистем при значних обсягах нестабільної генерації в їх структурі, описано специфіку генерації, яка пов’язана з погодними умовами, оглянуто шляхи вирішення проблем, що використовуються у світі.Описано необхідність введення систем акумулювання електроенергії, призначених для забезпечення та підтримання належної якості електроенергії, регулювання частоти, підвищення надійності електропостачання, вирівнювання та перенесення піків добових графіків електроспоживання в енергосистемі та її балансування.Проаналізовано сучасні темпи впровадження систем акумулювання електроенергії у світі та перспективи подальшого розвитку даної галузі. Розглянуто типи існуючих систем акумулювання, їхні основні характеристики, описано переваги та недоліки. Акцентовано увагу на електрохімічних системах акумулювання електроенергії та порівняно їх за різним типом хімічної реакції, описано переваги та недоліки електрохімічних систем, при застосуванні різних матеріалів.Зроблено опис застосувань, які повинні виконувати системи акумулювання електроенергії при інтеграції відновлюваних джерел енергії в енергосистему. Охарактеризовано найбільш ефективні типи систем акумулювання електроенергії, що необхідні для різних застосувань при інтеграції нестабільною генерацією в енергосистеми. Оглянуто реалізовані проекти впровадження електрохімічних систем акумулювання електроенергії, що використовуються у світі для інтеграції потужних сонячних та вітрових електростанцій. Зроблено висновки щодо перспектив подальшого розвитку та доцільності використання систем акумулювання електроенергії. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2019-12-27 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/738 10.15407/pge2019.04.063 System Research in Energy; No. 4 (59) (2019): The Problems of General Energy; 63-70 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (59) (2019): Проблеми загальної енергетики; 63-70 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/738/635 Copyright (c) 2019 Buratynskyi I.M. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | renewable energy sources solar power plant wind power plant electricity storage system electric power system. Buratynskyi I.M. Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| title | Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| title_alt | Аналіз застосування систем акумулювання електроенергії в енергосистемах з великим обсягом відновлюваних джерел енергії |
| title_full | Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| title_fullStr | Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| title_full_unstemmed | Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| title_short | Analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| title_sort | analisis of the use of electric energy storage systems in power systems with a large volume of renewable energy sources |
| topic | renewable energy sources solar power plant wind power plant electricity storage system electric power system. |
| topic_facet | renewable energy sources solar power plant wind power plant electricity storage system electric power system. відновлювані джерела енергії сонячна електростанція вітрова електростанція система акумулювання електроенергії енергосистема. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/738 |
| work_keys_str_mv | AT buratynskyiim analisisoftheuseofelectricenergystoragesystemsinpowersystemswithalargevolumeofrenewableenergysources AT buratynskyiim analízzastosuvannâsistemakumulûvannâelektroenergíívenergosistemahzvelikimobsâgomvídnovlûvanihdžerelenergíí |