Влияние потребителей большой мощности с резко переменным характером нагрузки на работу энергосистемы имеет ряд негативных последствий. Из-за колебаний мощности по питающим линиям электропередачи возрастают потери активной мощности, понижается уровень статической и динамической устойчивости энергосистемы, возрастает вероятность развития низкочастотных колебаний режимных параметров. Установка СНЭ в узле нагрузки позволяет парировать все нежелательные отклонения режимных параметров и стабилизировать их в заданных пределах.

На большинстве автономных электростанций используются дизельные, газопоршневые и газотурбинные генераторные агрегаты, количество которых на каждой станции не превышает нескольких единиц. Во многих случаях их коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) имеет низкие значения – до 25–35%, что приводит к повышенному расходу топлива. Включение СНЭ в состав автономной электростанции позволяет уменьшить установленную мощность генераторных агрегатов (вплоть до среднего значения графика нагрузки), обеспечить их высокий коэффициент загрузки и существенно сократить расход топлива при условии сохранения максимальной мощности и объёма выработки электроэнергии.

Кроме того, актуальной в современных условиях является способность СНЭ выполнять функцию активного фильтра, не пропуская высшие гармоники токов из системы электроснабжения на приёмном конце электропередачи в передающую энергосистему.

Одна из основных функций СНЭ – управление реактивной мощностью. В узлах установки СНЭ, на фоне выполнения основной функции – управление активной мощностью – целесообразно возложить на них задачу управления реактивной мощностью, заменяя традиционные средства управления, регулирования и компенсации. Быстродействие СНЭ и способность как потреблять, так и выдавать реактивную мощность позволяют применять её не только для регулирования в условиях ведения нормальных режимов, но и для решения задач противоаварийного управления.

СНЭ выполняет защиту генераторных агрегатов от резких изменений нагрузки Резкие, скачкообразные изменения нагрузки значительной амплитуды в автономных, изолированных энергосистемах, а также работающих в островном режиме, могут приводить к аварийным отключениям газопоршневых установок (ГПУ). В то же время ГПУ по технико-экономическим характеристикам наиболее привлекательны для автономных энергосистем предприятий нефтегазового сектора, как правило, не имеющих связи с объединённой энергосистемой.

Также СНЭ позволяют решать задачу управления энергосистемой при значительной доле ветровой или солнечной генерации. Обычно суточный график нагрузки энергосистемы имеет характерный ночной минимум и два максимума – утренний и вечерний. СНЭ, обладающая достаточной энергоёмкостью и мощностью, способен накапливать электроэнергию в период ночного минимума при её минимальной цене и возвращать в периоды максимумов с максимальной ценой. Сглаживание суточного графика позволяет уменьшить его максимум и, следовательно, уменьшить потребность в генерирующей мощности энергосистемы и снизить перетоки мощности по линиям электропередач в периоды максимумов.

В настоящее время необходимыми для выравнивания графиков нагрузки параметрами обладают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и накопители на сжатом воздухе (ВАЭС), позволяющие накапливать/выдавать в течение нескольких часов значительные объёмы энергии.

В мире существуют сотни реализованных проектов с накопителями энергии различных типов. По расчетной мощности накопителей энергии первое место занимает Китай. Это обусловлено тем, что в стране широко применяются гидроаккумулирующие электростанции большой мощности и энергоёмкости. По количеству реализованных проектов различного типа накопителей энергии безоговорочным лидером являются США, где число проектов более чем в 5 раз превышает аналогичный показатель Китая. В США основным типом накопителей энергии являются электрохимические батареи. Их число составляет около 80% от всех видов накопителей по стране.

Электротранспорт уже сейчас является одним из основных потребителем накопителей энергии. В 2018 г. суммарная доля установленных в электроавтомобилях накопителей составила 142 ГВт·ч, при этом к 2030 г. прогнозируется рост до 2623 ГВт·ч. В качестве накопителей в этих автомобилях, как правило, применяются Li-Ion-батареи, однако, иногда также используются суперконденсаторы и топливные элементы.

В России на базе Национальной технологической инициативы (НТИ) в дорожных картах рынка Автонет определены технологические барьеры (запросы) к накопителям энергии для электротранспорта. Накопитель энергии должен:

–обеспечивать пробег в 600 км и более на одной зарядке;

–время заряда не более 3 мин (до 80%);

–количество циклов заряда не менее 20 000;

–температурный режим –50…+65°С)

В то же время для легковых автомобилей личного пользования к 2025 г. определены следующие требования к батарее (в сборе для одной ячейки:

–энергоемкость не ниже 350 Вт·ч/кг;

–удельная плотность запасаемой энергии не менее 800 Вт·ч/л;

–мощность- (при +25°С/ при –25°С) 1400/1000 Вт/кг;

–ток заряда, 300 А;

–циклируемость более 2000 циклов;

–стоимость, менее $100/кВт·ч;

–безопасность.

Данные параметры накопителя обеспечивают эксплуатационные и коммерческие характеристики для электромобилей со сроком активной эксплуатации до 10 лет.

Еще одной удивительной особенностью промышленных накопителей энергии является их совместимость с фотоэлектрическими установками (ФЭУ). Это преимущество позволяет предприятиям получать выгоду от выработки возобновляемой энергии, а также снижать зависимость от электросети, сокращать расходы и достигать целей устойчивого развития.

По мере внедрения новых технологий, таких как распределенная генерация, электромобили и "умные" счетчики, инфраструктура будет нуждаться в значительной корректировке энергопотребления.

. Согласно ГОСТ Р 58092.2.1-2020 “Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Параметры установок и методы испытаний. Общее описание” содержит следующую архитектуру, рис. 2.1, а структура СНЭЭ с одной точкой подключения напряжения к сети (ТПН), рис.2.2, с двумя ТПН, рис.2.3.

Рис.2.1. Архитектура СНЭЭ

Рис. 2.2 Структура СНЭЭ с одним типом ТПН

Накопитель электрической энергии (НЭЭ) согласно ГОСТ Р 58092.1-2018 «Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Термины и определения», представляет собой установку с определенными границами, подключенная к электрической сети, включающая как минимум один накопитель электрической энергии, которая извлекает электрическую энергию из электроэнергетической системы, хранит эту энергию внутри себя в какой-либо форме и отдает электрическую энергию обратно в электроэнергетическую систему и которая включает в себя инженерные сооружения, оборудование преобразования энергии и связанное с ними вспомогательное оборудование.

Обычно СНЭЭ включает в себя несколько НЭЭ (аккумуляторов или др.) и множество иных элементов

Рис.2.3. Структура СНЭЭ с двумя типами ТПН

Размещение подсистем СНЭЭ может быть выполнено следующим образом, рис.2.4.

Рис.2.4. Пример размещения подсистем СНЭЭ

К основным функциям СНЭЭ можно отнести:

1.Выдача или потребление активной мощности. Используя эту функцию, можно найти направления применения СНЭЭ, а именно: выравнивание графика нагрузки, регулирование частоты, интеграция ВИЭ, бесперебойное питание и др.