We investigated the service life of storage batteries to provide recommendations on the design of energy storage systems used in islanded energy systems based on renewable power sources. The service life of maintenance-free, sealed lead-acid batteries produced by absorbed glass mat (AGM) technology was determined by endurance tests carried out by repeated charge/discharge cycles according to specified load profiles, implemented at a specialized Chroma Test System station. Three battery load profiles were simulated: one for the standard DC charge/discharge mode, and two for the charge/discharge modes from renewable energy sources. To this end, the actual data obtained from monitoring the operating modes of a wind power plant were used. It was found that the battery service life depends on the intensity of stress factors. Among them, the throughput factor has the most pronounced influence on the battery lifespan. To extend the service life of storage batteries, it is proposed to separate the charge/discharge modes in time. For batteries operated on renewable energy profiles, this approach decreases time intervals between full charges and at low battery levels, which increases the battery service life by 14%. A solution to designing an energy storage system for microgrids was proposed, which consists in the use of a combined double-circuit energy storage unit. An experimental prototype of such a unit with a power of 15 kW was developed. The use of a combined energy storage unit in the microgrid system: increases the battery service life by 20–30% compared to analogues; improves the static and dynamic stability of the local energy system with a response time of no more than 50 ms towards power change; allows a fuel replacement level of at least 25%; reduces the electricity cost by 25–30%.
Актуальность. Актуальной задачей технико-экономического развития северных и восточных регионов России является обеспечение надежного и эффективного электроснабжения потребителей, территориально расположенных в отдаленных, труднодоступных районах. Перспективным способом решения данной проблемы является применение гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии. Характерной особенностью режимов гибридных систем, особенно с высоким уровнем замещения топлива, является наличие пульсаций в зарядно-разрядных токах аккумуляторных батарей, используемых в качестве накопителей энергии. Эксплуатация аккумуляторных батарей в режиме импульсных токов приводит к быстрой деградации их характеристик и сокращению срока службы, что обуславливает снижение надежности системы электроснабжения и увеличение себестоимости генерируемой электроэнергии. Существенным недостатком гибридных систем, построенных по известным стандартным схемам, является неэффективное использование потенциала первичной возобновляемой энергии, что особенно критично для энергетических систем, территориально расположенных в районах с суровыми климатическими условиями. В статье предложены технические решения, позволяющие устранить обозначенные проблемы. Цель: поиск и разработка технических решений, обеспечивающих повышение надежности и эффективности гибридных энергетических систем с высоким уровнем замещения топлива. Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программной среды MatLab/Simulink. Результаты. Предложен новый способ построения и алгоритм управления режимами гибридных энергетических систем, обеспечивающих повышение их надежности и энергетической эффективности. Представлены результаты моделирования рабочих режимов гибридной электростанции с высоким уровнем замещения топлива, которые доказывают, что предложенный способ построения и алгоритм управления режимами обеспечивают надежное и эффективное управление балансом мощности гибридной энергетической системы во всех возможных эксплуатационных режимах. Применение двухконтурного накопителя энергии с предложенным алгоритмом управления обеспечивает снижение интенсивности отказов гибридной энергетической системы на 5,7 %, увеличение эксплуатационного ресурса аккумуляторных батарей на 50 %, повышение эффективности использования энергии возобновляемых источников на 28 % в сравнении со стандартными способами построения гибридных электростанций.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.