Новости | «EnSmart»

Структура системы энергетического хранения

По мере того как энергетическая отрасль отходит от производства с высоким содержанием углерода, возобновляемая энергия и хранение становятся критическими для удовлетворения спроса и обеспечения будущего энергетического обеспечения мира, а также играют важную роль в сети, которая переходит к более высокой проницаемости возобновляемой энергии, более умным сетям и гибким сетям.

Однако высокая проницаемость создает вызовы в области нестабильности передачи энергии, поэтому операторам сети требуются строгие динамические и статические характеристики поддержки сети для систем преобразования энергии. Для стабильной передачи и распределения электроэнергии операторам электросети необходимо реальное соответствие между предложением и потреблением электроэнергии в режиме реального времени.

Для решения проблемы стабильности энергии системы хранения энергии играют важную роль в этом балансировочном акте и помогают создать более гибкую и надежную сетевую систему.

Системы хранения энергии могут решать следующие задачи:

  1. Неустойчивость выхода энергии,
  2. Временное несоответствие (связанное с временем) между производством и потреблением,
  3. Неопределенность в связи с прогнозами погоды, и
  4. Нежелательные электрические эффекты на электросеть, вызванные некоторыми источниками возобновляемой энергии.

Технологии батарей для систем хранения энергии могут отличаться по энергетической плотности, эффективности зарядки и разрядки (раунд-трип), сроку службы и экологической дружественности устройств. Энергетическая плотность определяется количеством энергии, которое может быть сохранено в одной системе на единицу объема или массы. Литиевские вторичные батареи сохраняют от 150 до 250 ватт-часов на килограмм (кг) и могут хранить от 1,5 до 2 раз больше энергии, чем батареи Na–S, в два-три раза больше, чем батареи с потоком редокса, и примерно в пять раз больше, чем свинцовые батареи. Батареи на литий-ионной основе в настоящее время составляют более 90% рынка батарей и являются наиболее широко используемым типом батарей в сфере систем хранения энергии. Компоненты систем хранения энергии группируются в соответствии с их функциями на батарейные компоненты, компоненты, необходимые для надежной работы системы, и компоненты сетевого подключения.
1. Аккумулятор:

Система аккумулятора состоит из батарейного блока, который соединяет несколько ячеек с соответствующим напряжением и емкостью. Аккумулятор является основным строительным блоком системы хранения электрической энергии. Состав аккумулятора можно разделить на различные компоненты, такие как аккумуляторная ячейка, модуль аккумулятора, лоток аккумулятора, стойка аккумулятора, электрощитовая коробка и система управления аккумулятором (BMS). Каждая аккумуляторная ячейка представляет собой электрохимическое устройство, которое преобразует хранящуюся химическую энергию в электрическую энергию.

Каждая ячейка содержит катод - положительный терминал, и анод - отрицательный терминал. Электролит способствует передвижению ионов между электродами и терминалами, что позволяет току выходить из аккумулятора для выполнения работы. Ячейка фактически представляет собой наименьшую упакованную форму, которую может принять аккумулятор. Эти аккумуляторные ячейки объединяются в рамке для формирования аккумуляторного модуля. Обычно это делается путем сборки фиксированного количества ячеек вместе, соединенных последовательно или параллельно. Группа аккумуляторных модулей затем объединяется в аккумуляторный лоток, который может иметь свою собственную систему управления аккумулятором (BMS). Для определенных конфигураций систем хранения энергии аккумуляторные лотки затем объединяются в аккумуляторную стойку и систему аккумуляторов.

2. Система управления аккумулятором (BMS):

Система управления аккумулятором (BMS) является ключевым компонентом любой энергосистемы на основе литиевых аккумуляторов. BMS защищает аккумуляторные ячейки от вредной эксплуатации в терминах напряжения, температуры и тока для достижения надежной и безопасной работы, а также балансирует изменяющиеся уровни заряда ячеек в последовательном соединении.

Это имеет важное значение для литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью мощности, чтобы предотвратить возгорание или взрывы, вызванные термическим перегревом и горением. Эта программа обычно разрабатывается специально каждым производителем и является изолированной для каждого сайта. Обычно BMS не имеет встроенной связи с внешними устройствами и не общается на стандартизированном языке программирования. BMS постоянно мониторит критическую информацию о батарейном банке отдельных ячеек, аккумуляторных модулей и стоек. Это включает в себя запись электрических параметров работы, уровней электролита, внутренней температуры ячеек и окружающей температуры в корпусе батареи. Также может осуществлять координацию необходимых механических мероприятий по HVAC. Вся эта информация собирается и используется для правильного обслуживания и оценки времени работы активов батареи. BMS также обеспечивает равновесие заряда между ячейками аккумулятора. Неравновесие между терминалами батарейного банка может вызвать стресс ячеек и привести к сокращению общего срока службы батареи.

3. Система преобразования энергии:

Электроника управления энергией может быть сгруппирована в блок преобразования, который преобразует поток энергии между сетью и батареей, а также в необходимые управляющие и мониторинговые компоненты - блоки сенсоров напряжения и термическое управление компонентов электроники управления мощностью (охлаждение вентиляторами).

Как и в случае с солнечной электростанцией (PV), для банка литий-ионных аккумуляторов требуется инвертор для создания переменного тока (AC), который можно использовать в нагрузках, зданиях, сооружениях. Системы кондиционирования энергии или гибридные инверторы для батарей обладают более динамичной производительностью, чем типичные инверторы PV, поскольку они способны работать в обоих направлениях. Это означает, что энергия может перетекать из постоянного тока (DC) в переменный ток (AC) и наоборот, что позволяет ЭСС как заряжаться, так и разряжаться. Система преобразования энергии направляет поток энергии, управляя зарядом и разрядом батареи. Для этого гибридный инвертор должен быть хорошо информирован о доступной емкости батареи, чтобы прекращать зарядку при полном заряде батареи. Таким образом, система преобразования энергии отвечает за низкоуровневые электрические функции на месте. Эти реакции могут быть вызваны информацией с места или по внешним сигналам о том, когда заряжать и разряжать систему для максимального эффекта.
В контексте системы преобразования энергии (PCS) важно различать между системами с привязкой к переменному току (AC) и постоянному току (DC).

В случае с системой солнечной энергии и аккумулирования энергии, существует выбор между подключением аккумулятора напрямую к тому же постоянному току (DC), к которому подключена солнечная батарея (DC-связь), или подключением вне системы солнечной батареи на переменный ток (AC) стороне инвертора солнечной батареи (AC-связь). Таким образом, выбор между AC и DC связью относится к тому, как аккумулятор соединен с остальной системой. Система с DC-связью имеет только один инвертор, общий между солнечной батареей и аккумулятором. В то время как система с AC-связью имеет собственный выделенный инвертор, строго соединенный с аккумулятором. Система с AC-связью может заряжаться только от переменной энергии. Система с DC-связью может заряжаться напрямую от солнечной батареи с DC-связью или через переменную энергию с обратной стороны гибридного инвертора. У каждой архитектуры есть свои плюсы и минусы, о которых мы обсудим в отдельной статье. При принятии решения о дизайне разработчикам хранения необходимо учитывать различные факторы, включая электрические ограничения, эффективность системы, ограничения по взаимодействию, требования по мониторингу, политику и нормативы, а также доступ к месту установки.

Система управления энергией (EMS):

Компоненты, необходимые для надежной работы всей системы, включают управление и мониторинг системы, систему управления энергией (EMS) и термическое управление системы. Управление и мониторинг системы - это общий мониторинг информационных технологий (IT), частично объединенный в общую систему надзора и сбора данных (SCADA), но может также включать средства пожарной защиты или сигнализации. EMS отвечает за управление, управление и распределение энергопотока в системе. Управление термической системой контролирует все функции, связанные с отоплением, вентиляцией и кондиционированием помещения. Система управления энергией обрабатывает управление и координацию диспетчерской деятельности ESS. EMS взаимодействует непосредственно с PCS и BMS для предоставления высокоуровневой координации различных компонентов на месте, часто с использованием внешних точек данных. EMS отвечает за принятие решений о том, когда и как осуществлять диспетчеризацию, что обычно определяется экономическим потоком стоимости, таким как управление затратами на потребление, арбитраж времени использования или самопотребление солнечной энергии. Программное обеспечение EMS стремится оптимизировать производительность ESS, взвешивая долгосрочное циклическое использование и деградацию мощности отдачи от актива. Это включает в себя учет ограничений BMS и PCS и распознавание того, когда энергосистему можно использовать наиболее эффективно. Программное поведение и сложность развертывания EMS могут варьироваться в зависимости от применения. Некоторые сайты, клиенты и регулирующие органы требуют только простой координированной разрядки в предопределенное время использования (TOU). В других случаях EMS может потребоваться использовать передовые алгоритмы машинного обучения для совместной оптимизации нескольких потоков стоимости одновременно, как за, так и перед счетчиком. Режим работы EMS для конкретного места обычно определяется заранее путем моделирования стратегий управления для конкретного проекта. EMS несет ответственность за принятие правильных решений для максимизации требуемых результатов от актива, одновременно уравновешивая эти решения с долгосрочным управлением активами системы. EMS также служит единой точкой сбора данных о производительности ESS. EMS оптимально расположена для сбора, передачи и анализа информации ESS, поступающей с места установки. Это помещает EMS и ее пользователей в лучшее положение для поддержания актива и решения любых проблем на месте. Качественная EMS сопровождается надежной платформой сбора и представления данных, обеспечивающей конечным пользователям и ответственным сторонам доступ к информации на регулярной основе для отчетности системы, а также для диагностических упражнений.