Na pozadí aktívnej propagácie transformácie energie a rázne rozvoju obnoviteľnej energie na celom svete, systém skladovania energie batérie (BESS), ako kľúčová technológia na vyváženie dodávky a dopytu energie a zlepšenie efektívnosti využívania energie, zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu. Hlboké pochopenie základných princípov a základných zložiek BESS je rozhodujúce pre pochopenie jeho aplikácií a vývojových trendov v oblasti energetiky.
Základné princípy Bess
Pracovný princíp BESS je založený na charakteristikách nabíjania a vybíjania batérie. Jednoducho povedané, ak existuje prebytok dodávok elektrickej energie, napríklad počas špičkových období výroby obnoviteľnej energie alebo mimo špičkových období spotreby elektrickej energie mriežky, systém ukladá prebytočnú energiu v batériách; Ak dopyt po elektrine prekročí dodávku, napríklad počas špičkových období elektrickej energie alebo ak je výroba obnoviteľnej energie nedostatočná, uvoľňuje batérie uloženú elektrinu na zabezpečenie podpory energie pre siete alebo používateľov. Tento proces je podobný „elektrickej banke“ a dosahuje flexibilné pridelenie elektriny v čase a priestore.
Ako príklad berie spoločnú lítium-iónovú batériu, jej proces nabíjania a vybíjania zahŕňa pohyb lítiových iónov medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami. Počas procesu nabíjania sa lítiové ióny uvoľňujú z pozitívnej elektródy a sú vložené do negatívnej elektródy cez elektrolyt; Počas výboja sa lítium ióny uvoľňujú zo zápornej elektródy a vracajú sa do kladnej elektródy cez elektrolyt, pričom tvoria prúd vo vonkajšom obvode, aby sa napájal napájanie zaťaženia. Táto reverzibilná chemická reakcia umožňuje opakovane nabíjanie a vypúšťanie lítium-iónových batérií, čím sa dosahuje skladovanie a uvoľňovanie elektrickej energie. Rôzne typy batérií majú rôzne chemické reakčné mechanizmy, ale základné princípy nabíjania a vybíjania sú podobné, z ktorých oba dosahujú funkciu ukladania energie prostredníctvom vzájomnej premeny medzi chemickou energiou a elektrickou energiou.
Základné komponenty Bess
Batéria: základný nosič ukladania energie
Balenie batérie je základnou súčasťou BESS a jej výkon priamo určuje kľúčové ukazovatele, ako je kapacita na uchovávanie energie, nabíjanie a účinnosť vybíjania a životnosť cyklu systému. V súčasnosti najpoužívanejším typom batérie na trhu sú lítium-iónové batérie, vrátane ternárnych lítiových batérií, batérií fosforečnanu lítium, atď. Ternárne lítiové batérie majú vysokú hustotu energie a môžu ukladať viac elektrickej energie v menšom objeme a hmotnosti, čo ich robí vhodnými pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysoký priestor a hmotnosť, ako napríklad elektrické vozidlá a niektoré distribuované energetické projekty. Batérie fosforečnanu lítium železa sa široko používajú vo veľkých elektrárňach na skladovanie energie, skladovanie bočnej energie mriežky a ďalšie polia z dôvodu ich dobrej bezpečnosti, dlhej životnosti cyklu a relatívne nízkych nákladov.
Okrem lítium-iónových batérií sa v systéme BESS používajú aj iné typy batérií, ako sú olovo-kyslé batérie, niklové kadmiové batérie atď. Battérie olovených kyselín majú výhody nízkych nákladov a zrelej technológie, ale ich hustota energie je nízka a ich životnosť cyklu je krátka. Používajú sa hlavne v scenároch, kde požiadavky na výkon nie sú vysoké a náklady sú citlivé. Kadmiové batérie niklu boli kedysi bežné v malých zariadeniach na ukladanie energie, ale majú problémy, ako je napríklad pamäťový efekt a relatívne nízka hustota energie a ich rozsah aplikácií sa postupne zmenšuje. Vďaka neustálemu vývoju technológie sa objavujú aj nové technológie batérií, ako sú batérie v pevnom stave a batérie sodných iónov, ktoré sa očakáva, že v budúcnosti prinesú systém BESS Systems vyšší výkon a nižšie náklady.
Systém správy batérií (BMS): Inteligentný správca batérií
Systém správy batérií (BMS) je nevyhnutnou súčasťou spoločnosti BESS, ktorá slúži ako „inteligentný manažér“ batérie, ktorá je zodpovedná za monitorovanie a správu rôznych parametrov v reálnom čase, aby sa zabezpečilo bezpečné a efektívne fungovanie batérie. Medzi hlavné funkcie BMS patrí monitorovanie stavu batérie, riadenie nabíjania a vypúšťania, riadenie rovnováhy a diagnostika porúch.
Pokiaľ ide o monitorovanie stavu batérie, BMS zhromažďuje parametre v reálnom čase, ako je napätie, prúd a teplota batérie prostredníctvom rôznych senzorov, a tieto údaje prenáša do riadiaceho systému na analýzu a spracovanie. Monitorovaním týchto parametrov môže BMS presne vyhodnotiť kľúčové ukazovatele, ako je zvyšný poplatok batérie (SOC) a stav zdravia (SOH), čo poskytuje základ pre reguláciu náboja a vypúšťania. Pokiaľ ide o reguláciu nabíjania a vypúšťania, BMS presne riadi proces nabíjania a vypúšťania batérie na základe jej stavu a systémových požiadaviek, vyhýbania sa situáciám, ako je nadmerné nabíjanie, nadmerné nabíjanie a prehrievanie a ochrana bezpečnosti a životnosti batérie. Napríklad, keď napätie batérie dosiahne nastavenie nabíjacieho medzného napätia, BMS automaticky odreže nabíjací obvod, aby sa zabránilo preplneniu batérie; Ak je teplota batérie príliš vysoká, BMS aktivuje chladiaci systém alebo upraví stratégiu nabíjania a vypúšťania na zníženie teploty batérie.
Vyvážená správa je ďalšou dôležitou funkciou BMS. Vzhľadom na rozdiely vo výrobných procesoch a prostrediach využívania medzi jednotlivými bunkami v batérii sa môžu vyskytnúť nezrovnalosti počas procesu nabíjania a vybíjania, ako sú variácie parametrov, ako je napätie, kapacita a vnútorný odpor. Táto nekonzistentnosť môže viesť k zníženiu celkového výkonu batérie a skrátenej životnosti cyklu. BMS používa funkciu vyváženej správy na rovnomerné nabíjanie a vybíjanie jednotlivých buniek v batérii, takže stavy každej bunky majú tendenciu byť konzistentné a zlepšovať celkový výkon a životnosť batérie. Okrem toho má BMS tiež funkciu diagnostiky porúch, ktorá dokáže včas zistiť poruchy v systéme batérií a prijať zodpovedajúce opatrenia na ich poplach a spracovanie, čím sa zabezpečuje stabilná prevádzka systému.
Systém konverzie energie (PCS): most pre konverziu energie
Systém konverzie energie (PCS) hrá rozhodujúcu úlohu pri premene elektrickej energie v BESS. Pôsobí ako „most“ spájajúci batériu k mriežke alebo zaťaženiu a dosahuje obojsmernú konverziu medzi jedným prúdom (DC) a striedavým prúdom (AC). Počas procesu nabíjania PCS prevádza napájanie striedavého prúdu z mriežky alebo zariadenia na výrobu energie na výrobu energie na DC napájanie na nabíjanie batérie; Počas procesu vypúšťania PCS prevádza výstup jednosmerného prúdu z batérie na striedavý prúd a dodáva napájanie do mriežky alebo načítania.
PC zvyčajne prijíma obojsmernú technológiu meniča, ktorá môže dosiahnuť efektívnu a stabilnú premenu energie. Medzi jeho ukazovatele výkonnosti patrí účinnosť konverzie, faktor, harmonický skreslenie atď. Vysoká účinnosť konverzie znamená, že počas procesu premeny elektrickej energie, ktorá môže zlepšiť celkovú účinnosť systému, dochádza k menšej strate energie; Dobrým účinným faktorom môže znížiť vplyv reaktívnej energie na výkonovú mriežku a zlepšiť kvalitu napájania; Nízke harmonické skreslenie môže znížiť rušenie na elektrickú mriežku a iné elektrické vybavenie. Aby sa uspokojili potreby rôznych scenárov aplikácií, úroveň výkonu počítačov sa tiež líši v závislosti od kilowattov s nízkym výkonom po vysoké výkonné megawatty. Vo veľkých elektrárňach na ukladanie energie sa viacero modulov PCS zvyčajne používa paralelne na dosiahnutie vyššieho výkonu a kapacity systému.
Systém riadenia energie (EMS): Veliteľ operácií systému
Systém Energy Management (EMS) je „veliteľom“ spoločnosti BESS, ktorý je zodpovedný za monitorovanie, kontrolu a optimalizáciu toku energie celého systému. EMS komunikuje s BMS, PCS a ďalšími súvisiacimi zariadeniami, aby získala stav prevádzky a údaje o prevádzke v reálnom čase, ako napríklad úroveň batérie, nabíjanie a stav vypúšťania, napätie mriežky, frekvencia, napájanie a ďalšie informácie. Potom podľa predvolenej stratégie a optimalizačného algoritmu EMS koordinuje a riadi proces nabíjania a vypúšťania systému, aby sa dosiahla optimálna prevádzka systému.
Napríklad počas periódy spotreby elektrickej energie v energetickej mriežke bude EMS riadiť systém BESS na vypúšťanie do mriežky na základe situácie zaťaženia mriežky a zostávajúcej kapacity batérie, čím zmierňuje tlak napájania na mriežku; Počas období nízkej spotreby elektrickej energie budú EMS ovládať počítače na nabíjanie batérie a uložiť prebytočnú energiu. Zároveň môže EMS optimalizovať koordinovanú prevádzku medzi systémom BESS a zariadeniami na výrobu energie na výrobu energie na základe situácie výroby energie v oblasti obnoviteľnej energie a zlepšiť efektívnosť spotreby obnoviteľnej energie. EMS má navyše aj funkcie vzdialeného monitorovania a riadenia. Používatelia môžu monitorovať, prevádzkovať a spravovať systém BESS na diaľku prostredníctvom internetu alebo iných komunikačných metód, aby mohli rýchlo zvládnuť prevádzku systému a včas upraviť prevádzkovú stratégiu systému.
Ostatné pomocné komponenty
Okrem vyššie uvedených základných komponentov obsahuje systém BESS aj niektoré pomocné komponenty, ako je napríklad systém na správu tepelných batérií (BTM), systém ochrany proti požiaru, monitorovací systém atď., Ktoré spolu zabezpečujú bezpečnú a stabilnú prevádzku systému.
