Общее исследование рынка и описание применения проекта

Общее исследование рынка и описание применения проекта
«Накопитель энергии на основе инверторов МАП SIN Энергия HYBRID»

составлено по запросу Сколково (кластер энергоэффективных технологий)

О проблемах.

На практике, часто встречаются случаи, когда выделенная электрическая мощность (на предприятие, дом, квартиру, стройку и т.п.) недостаточна для обеспечения работы всего используемового оборудования. При этом, часто нет возможности получить дополнительные электрические мощности от энергосетей. Причины могут быть разными, но чаще всего, это уже перегруженный силовой трансформатор и/или подводящие кабеля недостаточной пропускной способности.
Бывает, что выделить дополнительные мощности обещают, но реальные сроки их выделения бывают крайне большими и зачастую, из-за модернизации сетей, весьма дорогими.
Встречаются так же ситуации, как частого отключения, так и полного отсутствия центрального электроснабжения. Решение автономного электроснабжения только на основе дизельгенератора, что практикуется в России (особенно в северных широтах), является неоправданно дорогим, т.к. требуется генератор с избыточной мощностью для покрытия пикового потребления. Такой генератор потребляет много топлива, и при этом, часто работает почти вхолостую, что ведёт к его ускоренному износу.

Известно, что пики электропотребления происходят в определённые периоды, зависящие от типа объекта и потребителя. Если это жилой дом, то обычно, это вечернее время, когда дома все жильцы.

Если это предприятие или офисный центр, то это дневное время с 9-00 до 21-00.

Причём и в дневное время, пиковое потребление удвоенной мощности, в общей сложности занимает не более 4 часов (усреднённое двойное потребление). В ночное же время, когда электричество особенно дёшево (при 2-х тарифной системе), подведённые электрические мощности практически не используются.
Вообще, неравномерность потребления электроэнергии в течение суток – одна из основных проблем электроэнергетики.

Возможность разнести во времени производство и потребление электроэнергии путем ее накопления в больших масштабах – один из наиболее эффективных путей решения проблемы покрытия пиков потребления.
Что касается случаев полного отсутствия центрального электричества, то они встречаются не только в условиях крайнего Севера, но и в центральной России, например в новых частных домах на некоторых участках. Часто и сами строительные организации, осваивающие новую территорию, не имеют центрального электроснабжения. Самое распространённое решение – дизельный, бензиновый или газовый электрогенератор.
В среднем, энергии требуется намного меньше, чем производит генератор, и существенное время, он работает без нагрузки или с малой нагрузкой (работа на холостом ходу существенно сокращает ресурс генератора).
При этом, кратковременные пики потребления, вызываемые оборудованием, требуют или весьма большой мощности от генератора, или приводят к частым перегрузкам и преждевременному выходу из строя генератора.

Решения для случаев с централизованным электроснабжением.

В качестве первого примера рассмотрим частный коттедж, на который выделено 5 кВт, но среднее кратковременное потребление его электрооборудования составляет 15 кВт (в течении 2-х часов). График потребления примерно как у жилого дома (см. выше), но потребляемые мощности примерно в 2 раза ниже.
Если выделено 5 кВт, а нужно 15 кВт, следовательно необходимо подкачивать в домашнюю сеть 10 кВт, для чего подойдёт инвертор МАП SIN Энергия 48-220 18 кВт HYBRID (цена 129 тыс руб).

Для выработки 10 кВт в течении 2-х часов, необходима общая ёмкость АКБ 420 Ач* 48 В. Для учёта потерь на КПД всей системы умножим это значение на 1,25. Кроме того, при использовании гелевых герметизированных АКБ, для их большого срока службы, постоянные разряды более 30% не желательны. Поэтому необходимо увеличить ёмкость ещё в 3,3 раза.
В итоге, получаем общую ёмкость АКБ:
420*1,25*3,3 = 1732,5Ач*48В
Стандартной распространённой ёмкостью гелевого АКБ является 200 Ач*12 В.
1732,5/200 = 8,6625 – выбираем 9 цепочек из АКБ 200 Ач*48В. Т.к. у одного АКБ напряжение 12 В, то в каждой цепочке их будет 4 шт. Всего таких аккумуляторов потребуется:
9*4 = 36 шт (цена 36*18000 руб = 650 тыс руб).
Стоимость монтажа/подключения, стеллажей, проводов - около 10 тыс руб
Итого стоимость инверторного накопителя энергии на основе МАП Энергия HYBRID 48В 18 кВт составит (с подключением) около 790 тыс руб.
Срок службы герметизированных гелевых аккумуляторов составляет до 12 лет. Срок их работы в составе данной системы, без заметного ухудшения параметров составит 5 – 7 лет.
Данная система обеспечивает не только умощнение электроснабжения, но и делает его бесперебойным. В случае пропадания промышленной сети, и соответствующим экономным электропотреблении, коттедж будет обеспечен электроэнергией как минимум на несколько дней.
К данной системе, в любой момент времени, возможно лёгкое подключение солнечных панелей и/или ветрогенераторов (т.к. большая часть системы уже собрана). Подзарядить АКБ при необходимости можно и от электрогенератора (миниэлектростанции).

При этом, экономия от использования ночного тарифа (заряд АКБ только ночью) по сегодняшним ценам составит около 20 тыс руб за год. При регулируемом минимальном росте тарифов на 15 % в год, экономия в последующие годы составит намного большую сумму.
В среднем, в области, подключение дополнительной мощности к коттеджу может стоить за 1кВт от 70 тыс руб (при наличии мощности) до 250 тыс руб в случае их отсутствия или проблем с подключением. Проект подключения, в соответствии с ТУ, до 150 тыс руб. Непосредственно исполнение ТУ и само подключение, с учётом монтажных и прочих работ в среднем 25 тыс руб за кВт. Итого цена выделения дополнительной мощности 10 кВт может составлять порядка 1 млн руб и более.
Для второго примера, рассмотрим конкретный вариант, когда выделенная мощность на офисный или производственный объект составляет 50 кВт, а в пиковые часы (4 часа) требуется ещё 50 кВт (всего необходимо до 100 кВт).
Для подкачки 50 кВт подойдут инверторы МАП SIN Энергия 48-220 18 кВт GRAND (требуют разработки) в количестве 5 шт объединённых параллельно. Но в случае аварийного отключения объекта, может потребоваться всё же 100 кВт, поэтому количество инверторов следует увеличить до 8 (или до 9, кратно 3, если речь идёт о трёхфазной системе).
Для выработки 50 кВт в течении 4-х часов, необходима общая ёмкость АКБ 4200 Ач* 48 В.
Для промышленных объектов следует использовать АКБ большей надёжности. Выберем герметизированные аккумуляторы типа OPzV.

Для этого типа АКБ, постоянные разряды более 50% не желательны. Поэтому необходимо увеличить ёмкость в 2 раза.
В итоге, получаем общую ёмкость АКБ:
4200*1,25*2 = 10500Ач*48В
Стандартной распространённой ёмкостью АКБ типа OPzV является 420 Ач*2 В.
10500/420 = 25 – цепочек из АКБ 420 Ач*48В. Т.к. у одного АКБ напряжение 2 В, то в каждой цепочке их будет 24 шт. Всего таких аккумуляторов потребуется:
25*24 = 600 шт (цена 600*9000 руб = 5400 тыс руб).
Стоимость монтажа/подключения, стеллажей, проводов - около 100 тыс руб
Итого стоимость инверторного накопителя энергии на основе МАП Энергия GRAND 48В 160 кВт составит с подключением около 6700 тыс руб.
Срок службы герметизированных аккумуляторов типа OPzV составляет до 20 лет. Срок их работы в составе данной системы, без заметного ухудшения параметров составит 5 – 7 лет.
При этом, экономия от использования ночного тарифа (заряд АКБ только ночью) по сегодняшним розничным ценам составит около 150 тыс руб за год. При регулируемом минимальном росте тарифов на 15 % в год, экономия в последующие годы составит намного большую сумму.
Подключение дополнительной мощности в городе, может стоить от 100 тыс руб за 1кВт (при наличии мощности) до 300 тыс руб в случае их отсутствия или проблем с подключением. С учётом прочих расходов, цена выделения дополнительной мощности 50 кВт может составлять порядка 4 млн руб и более.
Интересно так же сравнить цены при использовании аккумуляторов других типов. Новыми являются герметичные LiFePO4 и герметизированные щелочные NiCa. Для этих обоих типов выберем такую же, оптимальную глубину разряда до 50%. Система на основе LiFePO4 имеет общее КПД 85%, а на основе NiCa – 70%.
Посчитаем для литий-железо фосфатных АКБ

4200*1,15*2 = 9660Ач*48В
Стандартной распространённой ёмкостью АКБ типа LiFePO4 является 770 Ач*3,2 В.
9660/770 = 13 – цепочек из АКБ 770 Ач*48В. Т.к. у одного АКБ напряжение 3,2 В, то в каждой цепочке их будет 15 шт. Всего таких аккумуляторов потребуется:
13*15 = 195 шт (цена 195*770*2,3*32 руб = 11050 тыс руб). Так же, для АКБ типа LiFePO4 необходимо учесть затраты необходимые на систему их электронного контроля - BMS (очень грубо, для такого массива порядка 100 тыс руб).
Это примерно в 2 раза дороже АКБ типа OPzV. Но срок службы аккумуляторов типа LiFePO4 составляет до 30 лет. Срок их работы в составе данной системы, без заметного ухудшения параметров составит 10 – 14 лет.
Посчитаем для щелочных NiCa АКБ

4200*1,3*2 = 10920Ач*48В
Стандартной распространённой ёмкостью герметизированных АКБ типа NiCa является 500 Ач*1,2 В.
10920/500 = 22 – цепочек из АКБ 500 Ач*48В. Т.к. у одного АКБ напряжение 1,2 В, то в каждой цепочке их будет 40 шт. Всего таких аккумуляторов потребуется:
22*40 = 880 шт (цена 880*13000 руб = 11440 тыс руб).
Что тоже примерно в 2 раза дороже АКБ типа OPzV. Срок службы щелочных аккумуляторов типа NiCa составляет до 20 лет. Срок их работы в составе данной системы, без заметного ухудшения параметров может составить около 10 лет.

Выводы по эффективности инверторных накопителей совмещённых с сетью:

Мы убедились, что при существующих ценах на аккумуляторы и промышленную электроэнергию, использование в инверторных аккумуляторных накопителях дешёвого ночного тарифа для покрытия дневного - не эффективно. Так же, стоимость выделения мощностей, чаще всего будет дешевле стоимости установки накопителя энергии.
Тем не менее, в случае невозможности выделения дополнительных мощностей (или их очень большой стоимости), накопитель энергии на основе инверторов МАП Энергия GRAND, может оказаться эффективным решением. Так же весьма полезна и его другая возможность – обеспечение полной автономии при авариях в течении суток и более. Инверторные накопители, в отличии от электрогенераторов срабатывают мгновенно, имеют идеальное качество 220В, бесшумны и не выделяют выхлопных газов.
Исходя из существующих мировых тенденций, нам известно, что накопители энергии совершенствуются и дешевеют, а промышленная электроэнергия дорожает. И если аккумуляторно-инверторные накопители подешевеют в 2 раза, а тарифы на электроэнергию вырастут в 3 раза (что вероятно уже к 2016 -2020 г.), то подобные накопители электроэнергии станут эффективны уже повсеместно.

Здесь можно вспомнить о взятых Россией обязательствах (в связи с вступлением в ВТО) о выравнивании внутренних цен на газ в соответствии с мировыми к 2016 году. При этом, около 60% отечественных электростанций вырабатывают электроэнергию именно от сжигания газа. Сегодня в Европе, в разных странах, розничная цена за 1 квт*ч электроэнергии, в переводе на рубли, колеблется от 9 до 18 руб.
И с улучшением и удешевлением технологий стоит ожидать роста рынка новых накопителей:

Согласно исследованиям компании Branan ( http://www.branan.ru/uploads/Power%20review_5.pdf ) ожидается, что в ближайшие 10 лет рынок накопителей энергии будет расти со среднегодовыми темпами около 37% и достигнет $35 млрд. к 2020 году.

Решения для автономных электросистем.

В случае полной автономии, дизельгенератор (или газо/ензогенератор) крайне желательно использовать совместно с инверторным накопителем энергии, причём, совместно и с альтернативными источниками энергии. Это, в зависимости от местных ресурсов солнечные панели и/или ветрогенераторы.
При использовании с миниэлектростанцией, с солнечными панелями и/или ветрогенераторами, наиболее разумным является выбор литий-железо фосфатных АКБ. Их особенностью, кроме самого высокого КПД, является возможность очень быстрого набора заряда (в норме порядка 2 часов, что в 6 раз быстрее полного заряда других типов АКБ), и самое главное, нечувствительность к недозарядам, к глубоким разрядам и оставлению на длительное время в состоянии разряда.
Использование накопителя в автономных системах с генератором позволяет:

Выбрать менее мощный генератор.
Загружать его только на номинальную мощность.
Включать его редко и на короткий срок, только при необходимости подзарядить аккумуляторы (для этого, нами разработаны системы автоматического пуска (САП), в зависимости не только от наличия отсутствия промышленного 220В, но и от степени разряда АКБ).

Вывод - всё вышеперечисленное ведёт к существенной экономии средств, комфортному использованию и снижению загрязнений окружающей среды.

Для инверторного накопителя энергии требуется отапливаемое помещение с температурой около +15 + 25оС (возможно размещение в подвале, с температурой выше нуля). При небольших мощностях (до 20 кВт) возможно размещение оборудования в гараже или в подсобке. При больших мощностях, с использованием вспомогательного генератора, потребуется отдельное вентилируемое помещение площадью 10 – 20 м2. Так же, размещение системы возможно в отдельном, специально оборудованном утеплённом контейнере.

Москва 19.11.2012
www.invertor.ru