0. Системы аккумулирования энергии

0. Механические системы аккумулирования энергии

К ним относят: гидро- и газоаккумулирующие станции, маховые колеса.

Небольшие реки, каких много в Беларуси, малопригодны для регулирования мощности в энергосистеме, так как они не успевают заполнить водой водохранилище. Задачу снятия пиков нагрузки могут помочь решить гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Принципи- альная схема ГАЭС дана на рис. 2.7. Когда электрическая нагрузка в ЭС минимальна, вода из нижнего водохранилища перекачивается в верхнее, при этом потребляется электроэнергия из системы, т.е. ГАЭС работает в двигательном режиме. В режиме непродолжительных пиков - максимумов нагрузки ГАЭС работает в генераторном режиме и, расходуя запасенную в верхнем водохранилище воду, выдаст электроэнергию в ЭС. Рельеф Беларуси отличается наличием естественных перепадов местности, что позволяет сооружать станции с неболь- шим напором 80-110 м. Для Белорусской энергосистемы характерен значительный дефицит маневренной мощности, поэтому сооружение ГАЭС было бы весьма полезно.

Первые ГАЭС в начале XX в име- ли КПД не выше 40%, у современных его значение достигает 70-75%. На рис.

2.8 представлены возможные компо- новки гидроаккумулирующих станций. На первых ГАЭС для выработки элек- троэнергии использовали турбины Т и генераторы Г, а для перекачки воды в верхний бассейн – электрические дви- гатели Д и насосы Н. Такие станции

Рис. 2.7. Принципиальная схема ГАЭС.

назвали 4-машинными (рис. 2.8а). Со-

кращение числа машин существенно снижает стоимость ГАЭС и открывает перспективы для их применения. Объединение функций генератора и двигателя в одной машине привело к 3-машиннон компоновке станций (рис. 2.8б). ГАЭС стали особенно эффективными после появления обратимых гидротурбин, выполняющих функции и турбин, и насосов (рис. 2.8в). Количество машин на станции в этом случае сокращается до двух, однако при 2-машинной компоновке КПД более низкий в связи с определенными трудностями технического характе- ра. Весьма перспективно сочетание в энергетической системе ГАЭС и ветровых электро- станций.

Идея сохранять запасенную ранее энергию в виде механической энергии сжатых газов не нова и насчитывает уже около 40 лет. Однако се реальное воплощение требует решения

многих технических проблем. Принцип работы воздухоаккумулирующей станции состоит в следующем: «внепиковая» электрическая энергия ЭС используется для привода компрессо- ра, нагнетающего под давлением воздух в подземную полость (естественная пещера, за- брошенная шахта или специально созданная полость); когда требуется использовать запа- сенную энергию, воздух под давлением направляется на ГТУ, вырабатывающую электриче- скую энергию и отдающую ее в сеть ЭС в период пика нагрузки. В Германии имеется опыт эксплуатации подобной электростанции. КПД воздухоаккумулирующей станции при сего- дняшнем уровне техники может составлять 70%.

Супермаховик – это маховое колесо, которое можно разгонять до очень высокой ско- рости вращения, не боясь его разрыва. Запасаемая им энергия – это кинетическая энергия вращения самого колеса. Маховик соединен с валом генератора и помещен в герметич- ный корпус, где для уменьшения потерь от трения поддерживается вакуум. Устройство работает как генератор, когда возрастает потребление энергии в ЭС, и как электродвига- тель, когда энергию целесообразно аккумулировать. К преимуществам маховиков как ак- кумуляторов можно отнести высокий КПД (80-90%), бесшумность работы, отсутствие загрязнения окружающей среды, быстроту зарядки и возможность размещения непосред- ственно вблизи потребителя. Недостатками являются трудность обеспечения высокой степени концентрации энергии, необходимость разгона маховика, значительная стоимость устройства и жесткие требования к материалу махового колеса по прочностным харак- теристикам из-за опасности разрушения при высоких скоростях. Разрабатываются меха- нические системы аккумулирования энергии на базе маховых колес для транспортных систем. В частности, созданы образцы городских автобусов.