Батареї в енергетиці: як накопичувачі змінюють правила гри

Батареї (елементи або системи хімічного накопичення енергії), їх ціни, обсяги виробництва і тривалість роботи є предметом дуже великого інформаційного поля.
Розвиток цього тренду враховують промисловий бізнес і економісти, світова геополітика починає обертатись навколо сировини для їх виробництва.
Інвестиції в заводи по виробництву батарей узгоджують на вищих державних рівнях. Питання – чому така зацікавленість.
Відповідь полягає в тому, що зараз у кожному другому промисловому виробі є мікрочіп, і переважна більшість з них потребує батареї.
Кількість об’єктів де використовуються батареї або батарейки на планети обраховується мільярдами. Енергетика – це одна з галузей, яку розвиток технологій систем хімічного накопичення призводить до глобальних структурних змін.
Це обумовлено тим, що на кожному з етапів виробництва, транспортування та споживання електроенергії системи накопичення енергії починають грати особливу роль і без них розвиток і навіть просто стабільна робота вже неможливі. Роль у сучасній енергетиці Ще недавно надійна робота енергосистем забезпечувалася майже виключно великими електростанціями та лініями електропередач.
Але з появою систем накопичення енергії (Battery Energy Storage Systems, BESS) правила гри змінюються. Промислові батареї дедалі більше беруть на себе важливі функції, підвищуючи надійність і гнучкість енергопостачання споживачів. Роль в генерації Велика потреба батарей в генерації обумовлена в першу чергу дуже швидким розвитком сонячних електростанцій, які відносяться до електростанцій негарантованої потужності.
Можливості СЕС цілком залежать від метеорологічних умов і мають місце коливання видачі потужності як на коротких періодах, так і на більш довгих чи сезонних.
Взимку виробництво електроенергії СЕС приблизно в 5 разів менше ніж в пікові ліні місяці. В той же час ринок електроенергії і енергосистема потребують стабільної керованої роботи електростанції в комерційному і технологічному графіках.
Таким чином нестабільність СЕС треба компенсовувати додатковим буфером. На перших етапах розвитку СЕС, коли їх частка складала 5-7%, компенсатором виступала сама енергосистема, яка поглинала ці коливання без помітних наслідків.
Але розвиток СЕС відбувається з одночасним витісненням і закриттям традиційних вугільних електростанцій, які якраз своїми маневровими властивостями і поглинали збурення від СЕС. Таким чином, система накопичення стає обов’язковим атрибутом нової СЕС, в іншому разі СЕС при частці після 25% стає для енергосистеми суттєвим джерелом перешкод і часто відключається або обмежується певним чином в роботі. Поєднання в єдиному процесі стійкого виробництва електроенергії СЕС і BESS створює так званий гібрид, коли спільна система керування в режимі реального часу оцінює можливості і ресурсу кожного з цих елементів і вирішує задачу видачі потужності в мережу із забезпеченням одночасно стабільності і максимальної ефективності виробництва.
Але роль гібрида СЕС та батареї стає дуже важливою та буде розглянута далі докладніше. Роль в електричних мережах Фізично велика кількість батарейних накопичувачів приєднана безпосередньо до розподільчих або високовольтних мереж, але лише невелика їх частка працює саме на потреби транспортування електричної енергії.
Європейським і нашим законодавством встановлено, що оператор мережі може встановлювати власні системи накопичення батареї лише для забезпечення роботи мережі. Це може бути компенсація транспортних втрат або компенсація надлишкової реактивної енергії, або просто підтримка напруги в певних вузлах мережі.
Ці проблеми гостро постають для віддалених ліній або при недозавантаженості ліній, коли витрати на транспортування електроенергії при транспортуванні в певний район стають співставними з обсягом електроенергії, що транспортується.
Встановлення батарей в певних точках покращують режими мережі і зменшують втрати. Окремо стоїть питання надання допоміжних послуг в енергосистемі України, яке також відноситься до відповідальності оператора системи передачі.
Ці послуги оператор закупає у власників систем накопичення, які по командам диспетчерів приймають або віддають потужність для утримання балансу в енергосистемі України в цілому.
Інтервали прийому – видачі потужності бувають від 15 хвилин до кількох годин, але потрібна велика швидкодія в зміні потужності, буквально десятки МВт за кілька секунд. Фізична суть цих допоміжних послуг – підтримувати частоту струму (50 Гц в Україні) без відхилень.
Раптовий невеликий дисбаланс між виробництвом і споживанням електроенергії може спричинити перепади частоти, які після певної межі загрожують аваріями та вимагають відключень. BESS реагують на такі коливання майже миттєво – за лічені секунди вони можуть віддати або поглинути енергію, відновлюючи баланс.
На відміну від традиційних турбін, яким потрібні хвилини, батареї швидко вирівнюють частоту, запобігаючи аварійним відключенням і пошкодженню обладнання. При великих небалансах треба вже просто наглядом за частотою не обійтись і треба швидко вводити великі обсяги потужності, в іншому разі відбувається миттєве розділення енергосистеми на ізольовані райони з погасанням частини з них.
Наприклад, у Південній Австралії великий акумуляторний комплекс Hornsdale (100 МВт) двічі миттєво підстрахував мережу, коли раптово відключалася вугільна електростанція.
Це допомогло уникнути блекаутів і підвищило стабільність мережі. Роль у споживача Але найбільший вплив на енергосистему створює встановлення СЕС і систем накопичення у споживача.
Зараз модним трендом є таке проєктування енергетики споживача, щоб він мав нульове або мінімальне живлення від енергосистеми. З точки зору інвестицій таке рішення повної автономії завжди дорожче ніж варіанти з купівлею, оптимум є в частковій самогенерації і частковій купівлі.
Це задачі служб енергоменеджменту підприємства, а для побутових споживачів дуже активно розвивається послуга з розгортання HEMS (Home energy management system) – системи що встановлюється в будинку і поєднує в собі планову генерацію з фотопанелей, аварійну генерацію від генератора, побутовий накопичувач, побутові електроприлади, в перспективі – електромобіль. Але така автономна поведінка споживача призводить до додаткової нестабільності в енергосистемі, оскільки виникає розрив між реальним споживанням кінцевого споживача і постачанням електроенергії з енергосистеми "на лічильнику".
Це проявляється в розмиванні типового графіку побутового споживача, на якому побудовано планування добової роботи енергосистеми країни.
Це в свою чергу призводить до збільшення потреб резервування в системах накопичення, що підтримують баланс в енергосистемі і відповідно – вартості електроенергії для кінцевого споживання. Встановлення батарей на рівні кінцевого споживача уже сьогодні допомагає забезпечувати електрикою важливі об’єкти під час блекаутів в Україні.
Батареї можуть тримати освітлення лікарень, зв’язок та інтернет навіть коли центральна мережа зазнає аварії. Яскравий приклад – благодійний проєкт Direct Relief, який у 2023–2024 роках встановлює понад 2000 акумуляторних систем для українських лікарень.
Ці батареї забезпечують безперервну роботу медичного обладнання під час атак на енергомережу або в екстремальних метеоумовах, коли переривається постачання із зовнішньої мережі. Висновок Накопичувачі енергії вже довели свою ефективність у світі, а тепер і Україна робить на них ставку, щоб модернізувати та убезпечити свою енергетику.
Батареї покращують якість електропостачання, дають гнучкість для інтеграції ВДЕ, слугують страховкою від блекаутів. Глобальні тенденції – на боці цієї технології: ціни падають, ринок зростає експоненційно, відкриваються нові можливості.
Для нашої країни батарейні системи можуть стати одним з символів концепції build back better – відбудувати енергетику сучаснішою, децентралізованою і чистішою. Звичайно, перешкод чимало – від фінансів до триваючої війни.
Але вже зроблено перші кроки: закон прийнято, проєкти розпочато, інвестори зацікавлені, споживачі відчули цінність резервного живлення. Якщо держава і бізнес спільно подолають виклики, за десятиліття Україна може отримати нову енергосистему, де сотні промислових батарей будуть непомітно працювати день і ніч.
Мережа стане стабільнішою, відновлювана енергетика – потужнішою, а споживачі забудуть про перепади напруги і аварійні відключення. Батареї в енергетиці – вже не фантастика, а робочий інструмент, і наше завдання – використати його на повну для світлого енергетичного майбутнього країни.