В прошлом году компания Tesla под руководством Илона Маска построила гигантский аккумулятор в Южной Австралии. Вся инфраструктура и массив батарей начали работать ровно через 100 дней после старта проекта — в противном случае компании пришлось бы оплачивать все работы и материалы из своего кармана.
Регион, где была установлена батарея, получает энергию от солнечных и ветроэнергостанций. В некоторые дни выработка «зеленой» энергии падает, особенно когда небо затянуто облаками, а ветра нет. В итоге приходится включать газогенераторы и отправлять в сеть дополнительные объемы энергии, которые необходимы региону. В некоторых случаях и это не помогает, сеть не справляется с нагрузкой. Случаются даже отключения электричества, что приводит к убыткам как энергетической компании, так и предприятий, которые подключены к сети.
После того, как батарея начала работу, администрация региона сообщила о том, что система помогла сэкономить несколько миллионов долларов. На Хабре публиковалась информация о том, что 14 декабря 2017 года в 01 ч 59 мин по техническим причинам от общей сети внезапно отключилась угольная электростанция Loy Yang A 3. Станция Tesla среагировала на это событие в течение миллисекунд — на 4 секунды быстрее, чем резервный генератор частотного контроля и вспомогательных услуг (FCAS) в Квинсленде. На полную мощность с 0 до 100 МВт станция выходит за 140 миллисекунд.
И теперь схожий проект планируют реализовать представители другого региона — на этот раз Западной Австралии. Местное сообщество пришло к мнению, что вместо индивидуальных накопителей энергии стоит установить большой центральный комплекс, который поможет сразу всем.
Группа участников проекта
Чиновники региона вызвались помочь в реализации этого проекта. «Инвестиции в комплекс батарей, подключенных к общей энергетической инфраструктуре — гораздо более выгодны, чем вложение средств в традиционную инфраструктуру с подстанциями и трансформаторами. Кроме того, это дешевле. Для жителей региона это отличное решение, поскольку позволяет не устанавливать собственные накопители, а использовать общую систему», — заявил министр энергетики Западной Австралии.
При этом домохозяйства не привязаны к сети — при желании они могут выйти из программы и использовать индивидуальные решения. Потребление и отдача энергии в сеть каждого домохозяйства можно отследить — это можно сделать в своей учетной записи на сайте Synergy.
Работают над реализацией этого проекта и энергетические компании. Две из них вложили по $200 000. По мнению всех участников проекта, он позволяет получить максимум от солнечных батарей отдельных домохозяйств, затратив минимум на обслуживающую инфраструктуру региона. В год за использование общей системы каждый участник программы будет платить около $365. Это гораздо экономнее, чем платить $7000 за собственную батарею Tesla Power Wall.
Комментарии (42)
kababok
09.11.2018 19:21
А ещё просто предлагаю посмотреть вот эту вот ветку комментариев от idiv, имеющего, к слову, глубокое профильное образование именно в этой теме:
https://habr.com/post/409761/comments/?mobile=no#comment_18547845
Belking
10.11.2018 15:47Уже с самого начала по ссылке речь идёт о сравнении хранения энергии и полноценной электростанции. 50 МВт vs. 100 МВт мощности как никак. Тесла предлагает не хранилища, а экономически оправданную имитацию ГАЭС, где это экономически не целесообразно делать иными способами — что не так то?
idiv
11.11.2018 13:56+1Тесла предлагает не хранилища, а экономически оправданную имитацию ГАЭС
ГАЭС и есть хранилище энергии. Само слово аккумулятор означает «собирать, накапливать».
Там выше речь о том, что до Теслы это делали все остальные. Взять хотя бы подобное решение в Западном Берлине 1986-1994 года на свинцовых аккумуляторах 17 МВт/14,4 МВтч.Belking
11.11.2018 14:04Тогда почему эти решения не были растиражированы должным образом, чтобы появиться в Австралии? Тесловская батарея решила же там проблемы, и окупает себя сверх того, за что берёт деньги, избавляя от необходимости резервировать слишком много. И предлагает это решение повсеместно в любых масштабах.
striver
09.11.2018 21:21Я подумал о том, что уже на Хабре новость о другой станции на 700 МВт*ч.
Dynegy is going to deploy a 300 MW / 1,200 MWh project on PG&E’s grid while the Tesla project will be a 182.5 MW / 730 MWh, which could eventually go up to 1.1 GWh.
kababok
Проектам и решениям динамического регулирования сетей — сто лет в обед.
Но поп-культура требует ХАЙПУ!..
mamont80
На литиевых аккумуляторах? Расскажите нам, думаю всем интересно, где и когда такое решалось в региональном масштабе.
kababok
А чем принципиально литиевые аккумуляторы сложнее и "инновативнее", например, гидроаккумулирующей станции?
tvr
Скорее, они здесь намного больше подходят, чем ГАЭС. Да по скорости реакции/выхода на режим — дадут фору другим резервным системам. С моей т.з. — одного идеального инструмента для всех вариантов применения не существует, под каждый конкретный случай всегда найдётся что-то наиболее подходящее.
kababok
http://fluenceenergy.com/
Это первое, что было "под рукой".
kababok
Дык, я именно о принципиальном вопросе: что именно такого революционного в регулировании нагрузки в "большой сети"?
Для планового регулирования — так принципиально вообще всё равно, какая у нас среда для запасания энергии. Всё здесь в реальности будет упираться в стоимость и прагматичность реализации конкретного решения.
Для экстренного регулирования — опять же, ну какая принципиальная разница, литий-ионные аккумуляторы у нас или кислотно-свинцовые?
Всё равно во втором случае гораздо большую роль играют качество настройки автоматизированных систем наблюдения за сетью и качество исполнения инвертеров, формирующих сетевое напряжение.
kababok
Если вы сюда посмотрите:
http://blog.fluenceenergy.com/sdge-and-aes-energy-storage-unveil-worlds-largest-battery-storage-installation
ваш тон, может быть, станет более дружелюбным и менее нетерпимым к иному мнению?
Обратите, пожалуйста, внимание на дату.
Mad__Max
Обратили — 1.5 года назад это «сто лет в обед»?
Устанавливать крупные промышленные накопители на литиевых и натрий-серных аккумуляторах они начали примерно тогда же когда и Тесла — 3-4 года назад.
kababok
Блин, ну вот где у меня сказано именно о литиевых батареях как среды для запасания энергии?
А в самой идее сглаживания — ну вот ничего революционного, хоть это так и преподносится для незнающих.
Мало того — очень интересно было бы узнать, как там у них с качеством энергии: ну, там баланс реактивной и активной мощностей, чистота синусоиды, наличие неприятных гармоник, «мягкость подхвата» и вот это всё.
Вы случайно не знаете?
lingvo
Там инвертор на IGBT. Он может любую энергию создать — и активную и реактивную, а гармоники может и отфильтровывать, если нужно. Причем ограничено это все только допустимым током всей установки.
kababok
Ну, наличие "железа" ещё не единственный определяющий фактор.
Здесь не менее важным становится… да, именно профиль Хабра — софт инвертера. :)
А там и что-то в духе ОС реального времени, и куча физической математики (привет, Enmar с комплексными числами! ;), и модуляции и т.д., и т.п.
Плюс — немаловажна схемотехника, ибо на больших мощностях появляется масса всяческих особенностей.
Плюс — реализация управления ключами: IGBT ведь у нас не идеальный переключатель, а реальная навороченная конструкция с конкретными параметрами и достоинствами/недостатками и собственной инерцией.
А ещё гарантирую, что у них там немалое внимание надо уделять защите по перегреву (Австралия, сэр!).
А ещё IGBT у нас имеют ограничения по напряжению — а параллельное включение мостов даёт не только повышение напряжение, но и все "радости" согласования, круговые (кольцевые?) токи и прочее-прочее.
А на какой частоте они переключают транзисторы?
И прочее… :)
Так что сам по себе IGBT — ой, не панацея.
AntonSt
Вы довольно правильные трудности указываете, но к настоящему дню эти проблемы решаются уже на уровне инженерии конкретных проектов. Каких-то серьезных нерешаемых вопросов я в этом не вижу, если честно. Выпрямители и инверторы на IGBT уже не первый десяток лет на больших мощностях и напряжениях используются (хоть и не применительно к большим аккумуляторам).
kababok
Ресурсы и качество реализации (качество выдаваемого в сеть синусоидального напряжения) — насколько всё это присутствует здесь, вот в чём вопрос.
Иначе зачем столько времени и рабочих ресурсов ведущие игроки (ABB, GE, Siemens, Alstom) тратили и тратят на R&D и внедрение?
AntonSt
Думаю, вряд ли конкретная информация по интересующим вам параметрам проекта появится в открытом доступе. Но обычно качество приемлемое, соответствует установленным нормам э/э в месте установки (качество э/э наверняка являлось одним из пунктов ТЗ). Если они «обычный» двухуровневый преобразователь с ШИМ используют, то частота коммутации там может быть в районе нескольких кГц. Гармоники, соответственно, довольно высокие, порядка 20. От них обычно пассивными фильтрами избавляются.
Они много чем занимаются в плане R&D, не только на уровне коммутации отдельных IGBT. Там и системы управления более высокого уровня, и новые устройства, и прочее. Зачем — чтобы экономически более выгодно было: меньше потери в полупроводниках — более дешевая эксплуатация; проще цепь управления — меньше денег на обучение персонала; и т.д.
lingvo
Я просто не хотел Вас обременять техническими подробностями. Но если для вас это звучит, как магия:
В управлении IGBT нет ОС — быстродействие должно быть на уровне микросекунд. Поэтому там либо ПЛИС(мы используем), либо сигнальные процессоры(мы и ABB). В любом случае алгоритм модуляции разрабатывается и отлаживается в системах моделирования — например Matlab/Simulink. А затем переносится в ПЛИС/процессор. Могу сказать, что математика для сетевого инвертора на порядки проще той же математики для частотных приводов, например. Там всякие векторные управления, потокосцепления — ужас, в общем. А тут только синусоиду сделать
Ну, не нужно думать, что процессор может работать рядом с транзистором, коммутирующим киловольты и что каждое переключение создает кучу помех — и все особенности решаются. Например оптикой и гальваническими развязками.
А для проектирования сильноточных цепей используются FEM системы моделирования, например Ansys Maxwell. Он вам четко скажет и где у вас горячие точки из-за токов, и поможет сделать шину постоянного тока с низкой индуктивностью.
В таких системах это не ваша проблема, а проблема драйвера IGBT. Вы просто используете готовую плату/модуль. Например Power Integrations (бывший Concept) делает неплохие драйвера. Поставил и забыл.
Сорри, но водяное охлаждение и кондиционер изобрели уже десятки лет назад.
Нет там параллельного включения мостов — это жутко неудобно и в плане управления и в плане защиты. Каждый модуль имеет свой мост и фильтрующие дроссели, так, что параллельное включение осуществляется на стороне переменки. Иногда даже через отдельный трансформатор.
Типовой мост на 1кВ/1000А — клацает на частотах до 10кГц сегодня.
Во первых не напряжения, а тока. Могу сказать, что THD там 1% или менее. По крайней мере мы такие THD спокойно достигаем(не знаю насчет Теслы, но требования регуляторов для всех одинаковы)
kababok
а вы же обратили внимание, что я написал «софт инвертера», а не «софт IGBT»?
lingvo
В IGBT нету софта, а по всему остальному вряд ли вас интересует. Ну да, в системе там есть ОС, в виде а-ля Линукса, чтоб графики красивые рисовать, да в инет выкладывать.
kababok
Смотрите: я же с самого начала говорил не об отдельных IGBT (или их пакетах), а совсем даже об инвертерах (Wechselrichter/Stromrichter/Inverter — как угодно) в целом.
Я не знаю наверняка об упомянутых тесловских установках. Но могу весьма уверенно утверждать, что системы для сглаживания пиков/проблем с подсоединением к "большой сети" — они будут сидеть на той или иной реализации ОС реального времени.
Вы в этом согласны со мной?
lingvo
Возможно, если вы сможете уточнить какого рода проблемы "сглаживания пиков/проблем с подсоединением к "большой сети"" вы будете решать с помощью софта и как.
kababok
Согласование фазных векторов, амплитуд, фильтрация гармоник (естественно, вместе с соответствующими HW-фильтрами), сглаживание неравномерности кривой (тоже вместе с HW-структурой), блоки самодиагностики, логгирования, коммуникации с остальными участниками "пирамиды автоматизации" и др.
Опять же — у меня опыт работы в LV-области электропривода, с MV/HV-областями сетевой техники я только "рядом стоял" и с коллегами общался. Ну, и кое-какая теория в ВУЗе нам читалась.
lingvo
Минимальный цикл в типовой ОСРВ — 1мс. Мы достигали 100мкс, только от при этом ОСРВ там оставался только старт и стоп. Поэтому:
HW-фильтры — это ПЛИСы. Согласование фазных векторов, амплитуд, фильтрация гармоник, сглаживание неравномерности кривой — это DSP или опять же ПЛИС. Разве что самодиагностика может быть на ОСРВ, хотя куда там — с ее временами реакции от 1мс вы даже на ток среагировать не успеете и ваш инвертор взлетит на воздух.
А всякое логгирование и пирамиды автоматизации — это уже реального времени не требует, соответственно можно поставить любую ОС. Хотите — ставьте ОСРВ, только задач для нее будет мало.
Как для примера — активный сетевой фильтр на 2МВт с 3-х уровневым NPC Инвертором, только без storage (хотели прикрутить, да закрыли это направление до того, как начался бум) реализовался на одной ПЛИС Spartan-3, включая софт-процессор Microblaze c Petalinux. И таких инверторов мы ставили в параллель аж 36 штук.
kababok
Ах, и ещё: насколько строги требования сетевого регулятора в конкретно той местности по сравнению со, скажем, Калифорнией?
lingvo
Чем больше в системе возобновляемой энергетики, тем обычно строже требования регулятора.
kababok
Вполне возможно.
Но соль моего вопроса совсем в другом: требования к качеству энергии в упомянутой части Австралии такие же строгие, как в Калифорнии или Германии?
Или же всё-таки послабее — и это одна из причин, почему упоминаемая установка стоит и рекламируется именно в Австралии, а не в уже упомянутых Калифорнии или Германии?
striver
Tesla and others to deliver over 2 GWh of energy storage in California project to replace 3 gas plants700 МВт*ч будет от Теслы. Просто другие не готовы еще на такие объемы. А вот полный блекаут в Австралии и высокие цены на электроэнергию мотивировали установку такой батарейки.
kababok
Но ведь эта информация — всё равно не ответ на мой вопрос.
То, что упомянутый вами проект будет устанавливаться в Калифорнии, ещё не значит, что это будет такое же техническое решение, как и в Австралии.
Тем более, что в статье приписка, что Тесла работает над новой технологией — а это и есть ещё одна причина интересоваться, что именно они изменят.
Всё равно, вопрос остаётся открытым: сравнимы ли требования к качеству энергии в том месте Австралии и в Калифорнии?
striver
Я не в курсе, но прям что уж так плохо там было, то не уверен. В любом случае та батарейка реагирует в течении секунды, и частота не проседает, как это может случится с ТЭС.
kababok
(к последнему абзацу)
Дык, я же и не говорю, что плохое решение — просто вполне может быть, что требования в Австралии проще, чем в Калифорнии.
И речь здесь не о скорости реагирования на "плохое возмущение", а именно о массе других, узкоспециальных параметров сети и энергии.
Скорость выдачи изменения энергопотока будет, естественно, выше на решениях с батареями (литий-ионными ли, свинцово-кислотными ли или какими другими) или же с суперконденсаторами (здесь речь идёт о долях секунды — точнее некогда смотреть), чем на газотурбинах (здесь 3-5 секунд, ЕМНИП) или ещё более медленных гидроаккумулирующих станциях.
lingvo
А эта разница на самом деле гораздо больше, чем вы думаете. Реакция инвертора на изменение нагрузки — 2-3 сетевых периода. Т.е. до 100мс. А вот турбина выходит на режим порядка 6-10 минут. ГАЕС, кстати может быть и быстрее газовых турбин — там только генератор раскрутить надо.
С батареями по быстроте отклика из механических систем могут поспорить только Synchronous condenser, а из систем на силовой электроники — SVC и STATCOM, но у них проблемка — активной энергии из них можно получить только с гулькин нос.
Поэтому по быстроте отклика energy storage находится в такой вне конкуренции, что это менять всю концепцию построения энергосистем в принципе. Вместо того, чтобы строить отдельно медленные пиковые электростанции для получения нужной мощности + синхронные и асинхронные компенсаторы для быстрой регулировки частоты и напряжения, регулятор может решить все одним махом, поставив батарейку и активировав соответствующие функции, причем без риска для остальной системы.
lingvo
PowerPack — основной строительный блок такой установки (батареи + инвертор) должен выпускаться в достаточно больших количествах, чтобы быть окупаемым. Проектная мощность просто наращивается установкой нужного количества данных блоков.
Так как Тесла продает Powerpackи по всему миру, я не вижу причин, почему бы они не сертифицировали его под требования любых регуляторов. А рекламируется там, где проблем с электричеством больше.
kababok
Прежде всего: мне думается, что во всех дискуссиях выше мы говорим в одной тематике — но каждый немного о своём.
Плюс: я знаком и с темой промышленных инверторов, и с model-based-development, и слова HiL/SiL/MiL знакомы, и даже из курса ТОЭ хорошо помню, что в цепях переменного тока на реативном индуктивном сопротивлении вектор напряжения обгоняет вектор тока по фазе из-за того, что ток запутывается в витках катушки, да.
Поэтому все мои вопросы/замечания — они на среднего пользователя, не знакомого профессионально с промышленным электроприводом рассчитаны.
idiv
Митсубиси 100 кВт/60 кВтч в 2011 году как самая крупная подобная станция в мире в здании. Важнее следующее предложение из этой статьи:
«The company has also completed the development of Japan's first container-type megawatt-class energy storage system, using more than 2,000 units of lithium-ion cell.»
Это было 7 лет назад и речь о «первой в Японии», не мире.
Здесь спецификации от 2013 года контейнеров от 500кВт/204 кВтч до 2МВт/816 кВтч с возможностью объединения в блоки. Это тоже старше Теслы.
ABB запустила установку с литий-ионными батареями в 1МВт/500 кВтч в 2012 году в Швейцарии. Тоже контейнер, рядом установлена система управления для сглаживания пиков. И там передовым была система синхронизации с сетью и управления режимами. До этого они устанавливали подобные установки с конца 80-х на других батареях.
Есть еще Кокам, я не могу найти ссылку, они контейнерные установки для своих литий-ионных батарей используют с 2009 года.
idiv
Митсубиси в Японии в 2011, АВВ в Швейцарии в 2013.
kababok
Вы так и не прореагировали на примеры, приведённые мной и idiv, касательно требуемой вами информации о решениях для балансировки сети на литиевых аккумуляторах от других поставщиков.
Хотелось бы услышать ваше мнение.