Электромеханические накопители. 
Электроэнергетические системы и сети

В электромеханическом накопителе (ЭМН) запасается, как правило, кинетическая энергия маховика и ротора соединенной с ним электрической машиной (ЭМ). В некоторых ЭМН отсутствует маховик как самостоятельный или конструктивно совмещённый с ротором ЭМ элемент, а функции накопителя энергии выполняет ротор (наряду со своими функциями в электромеханических процессах ЭМ). В качестве генератора используется та же ЭМ, которая служит электродвигателем для разгона маховика, или другая ЭМ, также установленная на валу ЭМН. ЭМН представляет собой не только накопитель, но и усилитель мощности («уплотнитель энергии») — в режиме «заряд» в течение длительного времени ЭМ-двигатель потребляет от источника питания относительно небольшую мощность, а в режиме «разряд» ЭМ-генератор выдаёт существенно большую мощность за более короткое время. В зависимости от назначения ЭМН может быть создан на основе ЭМ различных типов: переменного тока (синхронные или асинхронные) и постоянного тока, включая коллекторные или вентильные разноименнополюсные и униполярные (одноименнополюсные).

Структурная схема энергокомплекса с ЭМН представлена на рис. 12.7.

Наибольшее применение в электроэнергетике нашли ЭМН двух видов: 1) синхронные машины с преобразователями частоты в первичной цепи и с маховиками на валу и 2) асинхронизированные машины с маховиками на валу.

В настоящее время нет практических ограничений, но созданию агрегатов первого типа мощностью до 300−400 МВт и второго типа мощностью до 800−1600 МВт. Агрегаты первого типа имеют больший диапазон изменения скорости и большую способность использования кинетической энергии вращающихся машин; агрегаты второго типа способны работать в диапазоне регулирования частоты вращения до 50% от синхронной, обладают меньшей стоимостью и могут быть выполнены на большую мощность. В России был разработан эскизный проект маховикового накопителя на основе асинхронизированной машины вертикального исполнения мощностью 200 МВт.

ИП — источник питания; ПР — переключатель режимов «заряд-разряд»;

К-в ЭМН с ЭМ постоянного тока это — обратимый коммутатор, с ЭМ классической конструкции — электромеханический щёточно-коллекторный узел, в бесконтактных вентильных ЭМ — управляемый полупроводниковый преобразователь; ЭМ — электрическая машина; М — маховик;

ПЭЭ — потребитель электроэнергии; БСЧблок стабилизации частоты — применяется, если ЭМ используется в качестве двигателя или генератора переменного тока и блок К отсутствует (штриховая линия связи);

СУсистема управления

В импульсном (форсированном) режиме промышленные синхронные электрогенераторы, применяемые на электростанциях, могут за доли секунды развить мощность до 10⁹ Вт. При этом в нагрузку передается до 10 МДж за импульс при эффективности отбора кинетической энергии от маховика 2−3%. Синхронный ударный генератор за несколько секунд может обеспечить получение импульсов 1000 МДж при мощности до 100 МВт. По уровню запасаемой энергии синхронные генераторы допускают использование их в режиме генерирования последовательных импульсов (раз в несколько минут, необходимых для восстановления частоты вращения ротора). Эксплуатация синхронных генераторов сдерживается в основном низкой эффективностью передачи энергии в нагрузку.

Более 20 лет назад авторы (49] предсказали: «Экономические аспекты работы НЭ и критерии выбора места их установки будут меняться в зависимости от изменения конъюнктуры ЭЭС. Однако применение НЭ в любом случае будет оправдано. Этому серьёзному и большому разделу энергетики, которому до сих пор не уделялось достаточного внимания, принадлежит будущее». Они оказались абсолютно правыми. Разработка и реализация концепции Smart Grid, увеличение доли распределённой энергетики (в том числе на базе НВИЭ) в электроэнергетическом балансе, повышение тяжести последствий (экономических, социальных и др.) от перерывов или недоотпуска энергии и являются теми изменениями конъюнктуры в электроэнергетике, которые повысили значение и роль НЭ.

Вопросы и задания

• 1. Назовите основные способы накопления электрической и неэлектрических форм энергии.
• 2. Назовите положительные эффекты в электроэнергетике, обеспечиваемые применением накопителей энергии.
• 3. Назовите важнейшие для электроэнергетики параметры накопителей энергии.
• 4. Топливные элементы: принцип работы, назначение, достоинства, недостатки.
• 5. ГАЭС: принцип работы, достоинства, недостатки, опыт нашей страны в сооружении и эксплуатации Г АЭС.
• 6. Типы и конструкции инерционных накопителей энергии.
• 7. Способы повышения рабочих параметров индуктивных накопителей энергии.
• 8. Что препятствует крупномасштабному использованию в энергетике воздушно-компрессорных накопителей энергии?