Тема: «Разработка систем накопления электроэнергии в системе автономного электроснабжения в децентрализованных зонах с использованием гибридных систем, состоящих из традиционных генерирующих источников и систем накопления электроэнергии»
Проект реализуется при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках исполнения соглашения №075-02-2018-190 от 04.12.2018г., мероприятие 1.2, ФЦП ИР 2014-2020.
Исполнитель – ФГБОУ ВО «КГЭУ»
Индустриальный партнер – ООО «Ольдам»
Сроки реализации проекта 2018-2020 годы.
Общий объем финансирования проекта составляет 99 млн. руб. в том числе:
- за счет средств федерального бюджета 60 млн. руб.
-
2018 – 20 млн. руб.;
-
2019 – 20 млн. руб.;
-
2020 – 20 млн. руб.
- за счет внебюджетных средств (средства Индустриального партнера) 39 млн. руб.:
-
2018 году в размере 6 200 000 (Шесть миллионов двести тысяч) рублей;
-
2019 году в размере 25 890 000 (Двадцать пять миллионов восемьсот девяносто тысяч) рублей;
-
2020 году в размере 6 910 000 (Шесть миллионов девятьсот десять тысяч) рублей.
1. Цель проекта
Разработка электрохимического накопителя энергии с высокой энергоемкостью, экспериментальная апробация научно-технических решений по созданию электрохимического накопителя энергии для обеспечения устойчивости автономных систем электроснабжения на основе ГПУ и обеспечение мультиплицирования за счет открытой блочномодульной архитектуры.
2. Основные результаты проекта
1.Получены на годовом интервале времени типовые СПМ нагрузок основных групп потребителей разрабатываемой технологии.
2. Определены параметры типовых пиковых нагрузок.
3. Разработана методика определения параметров НЭ для основных групп потребителей.
4. Путем сопоставления графиков выдачи мощности и суточных графиков нагрузки определены алгоритмы реализации режимов заряда-разряда НЭ.
5. Обоснованы основные технические параметры ГПУ с учетом режимов основных групп потребителей.
6. Выполнено имитационное моделирование НЭ регулирования баланса мощности АСЭ в установившихся режимах и при КНЭ.
7. Выполнено теоретическое обоснование оптимального управления режимами работы электрохимического НЭ для АСЭ (микрогрид) на основе ГПУ, включая оптимизацию работы системы отключения цилиндров газопоршневого двигателя, по критериям снижения расхода топлива энергоустановок и снижения их установленной мощности.
8. Разработаны алгоритмы управления ЭТК «ГПУ – накопитель энергии». Его реализация в программно-аппаратном виде показала необходимость ввода дифференцирующего звена для быстрейшей отработки возмущений со стороны нагрузки с целью стабилизации частоты тока в автономной системе электроснабжения.
9. Отладка системы регулирования ЭТК «ГПУ – накопитель энергии» на базе его имитационной модели показала эффективность работы комплекса как при ступенчатых изменениях нагрузки, так и при её статичных вариациях.
10. На основе проведенных дополнительных патентных исследований поданы две заявки на патенты.
11. Анализ эффективности применения НЭ для локальных систем электроснабжения показал, что комплектация дизельных электростанций и ГТУ накопителями энергии обеспечивает окупаемость дополнительных затрат в пределах нескольких лет.
12. Разработаны структурная и функциональная схемы НЭ.
13. Изготовлен экспериментальный образец электрохимического НЭ и проведены его испытания в режиме заряда-разряда.
14. Изготовлен испытательный стенд-полигон автономной системы электроснабжения (микрогрид) на основе ГПУ и проведены его пусконаладочные работы.
15. Разработаны программа и методики испытаний экспериментального образца НЭ.
16. Разработана конструкторская документация на экспериментальный образец НЭ.
17. Подготовлены заказные спецификации, эскизная конструкторская документация на испытательный стенд-полигон и на экспериментальный образец НЭ.
Оценка новизны. Доказана эффективность электрохимических НЭ в качестве стабилизаторов частоты переменного тока в составе ГПУ при ступенчатом изменении нагрузки; подтверждено патентом техническое решение использования НЭ в составе поршневых энергоустановок для форсировки возбуждения генераторов при провалах напряжения; обоснована эффективность перевода НЭ в режим источника реактивной мощности с форсировкой тока разряда аккумуляторных батарей при КНЭ для поддержания необходимого уровня остаточного напряжения на нагрузке; получены условия выбора параметров форсировочного трансформатора в системах возбуждения генераторов поршневых энерго-установок для предотвращения их развозбуждения при КНЭ; получены условия выбора мощности НЭ по критерию минимума расхода топлива в условиях суточного изменения графика нагрузки с учетом вида расходной характеристики энергоустановок; предложена формула расчета мощности энергоустановок в локальных системах электроснабжения на основе актуализированных нагрузок жилищно-бытового сектора; обоснована экономическая эффективность применения НЭ для поршневых энергоустановок на жидком топливе.
3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
Изобретение патент №2704313 от 28.10.19 «Система форсировки возбуждения автономного синхронного генератора входящего в электротехнический комплекс, с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности»
Изобретение заявка №2019137159 от 19.11.2019 «Комбинирированная система плавки гололеда и сглаживания графиков нагрузки с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности, находящихся в составе автономной энергоустановки»
Изобретение заявка №2019137464 от 20.11.2019 «Комбинирированная система плавки гололеда и сглаживания графиков нагрузки с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности, находящихся в составе автономной энергоустановки»
4. Назначение и область применения результатов проекта
Экономически оправданы НЭ для дизельных электростанций на удаленных территориях за счет экономии жидкого топлива. Установка НЭ в составе ГПУ, работающих на при-родном и попутном газе, позволяет их применять для систем промышленного электро-снабжения и не допускать снижения частоты свыше установленных нормативов при набросе нагрузки. Полученные результаты по развитию научно-технических направлений заключаются в дополнении ГПУ электрохимическим накопителем электроэнергии, сглаживающим нагрузку на ГПУ и предотвращающим аварийный останов ГПУ при её бросках. Новое техническое решение, заключающееся в использовании в составе ГПУ электрохимического накопителя электроэнергии, влияет на изменения в части потребления товара в виде отказа от дизельных энергоустановок на привозном топливе в нефтедобывающей отрасли. В социальной сфере будет иметь место эффект облегчения работы персонала по эксплуатации энергоустановок, обеспечение нормальных условий проживания на территориях, лишенных централизованного электроснабжения, за счет повышения его надежности и качества. Прогноз влияния полученных результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества состоит в формировании технических требований к силовым элементам, накопителям и системам управления электротехническим комплексом на основе ГПУ, получаемых в рамках поставок от зарубежных партнеров. Развитие системы демонстрации и популяризации науки заключается в представлении научных результатов проекта в виде публикаций и докладов на конференциях международного уровня. Развитие материально-технической и информационной инфраструктуры заключается в формировании запроса на разработку и производство электрохимических накопителей электроэнергии, развитие информационных технологий в рамках систем автоматического управления одиночными и групповыми ГПУ с накопителями.
5. Эффекты от внедрения результатов проекта
Ожидаемые эффекты а счет использования накопителей электроэнергии в составе газопоршневой установки: снижение номинальной мощности газопоршневой установки за счет сброса мощности накопителем электроэнергии; исключение дополнительной резервирующей энергоустановки; повышение экономичности, надежности передачи и качества электроэнергии в автономных системах электроснабжения. Ожидаемый социально-экономический эффект: снижение количества обслуживающего вахтового персонала в сравнении с дизельными энергоустановками; снижение материало- и энергоемкости энергоустановок; уменьшение отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду за счет исключения замусоривания территории топливными емкостями; повышение качества жизни населения на территориях децентрализованного электроснабжения за счет повышения надежности и качества поставляемой электроэнергии.
6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Коммерциализацию РИД предполагается осуществлять путем передачи в рамках лицензионных соглашений исключительных прав Индустриальному партнеру. За счет РИД будут созданы новые виды продукции, а именно ГПУ с электрохимическим накопителем и адаптивная система управления работой электротехнического комплекса. Предполагаемые рынки сбыта: все территории нефтедобычи с наличием попутного газа. Емкость внутреннего рынка – порядка 600 МВт и выше. Развитие рынков сбыта – экспортный потенциал более 50 МВт ежегодно в течение 5 лет. Прогнозируемые объемы продаж: свыше 20 МВт ежегодно на внутреннем рынке. Срок окупаемости – не свыше 4 лет.
7. Наличие соисполнителей
Соисполнители к выполнению проекта не привлекаются.
