Перш ніж обговорювати архітектуру системи накопичення енергії акумулятора (BESS) і типи акумуляторів, ми повинні спочатку зосередитися на найпоширенішій термінології, яка використовується в цій галузі. Кілька важливих параметрів описують поведінку систем накопичення енергії акумулятора.
Ємність [Ah]: Максимальний електричний заряд, який система здатна забезпечити підключеному навантаженню за прийнятної напруги. Істотний вплив на цей параметр має технологія акумулятора, значення якого встановлюється для конкретного струму розряду і температури.
Номінальна енергія [Вт·год]:Це загальна енергія, вироблена між станами повного заряду та повного розряду. Це еквівалентно помноженню напруги акумулятора на ємність. Температура і струм також впливають, оскільки це визначає ємність.
Потужність [Вт]:Визначити вихідну потужність BESS важко, оскільки вона залежить від підключеного навантаження. Тим не менш, номінальна потужність представляє потужність у найбільш типовому сценарії розряду.
Питома енергія [Вт-год/кг]:Це вказує на ємність накопичувача енергії по відношенню до маси.
Шкала, яка використовується для визначення тривалості заряду та розряду, називаєтьсяC Оцінка. Струм розряду повністю розрядить акумулятор за годину при 1С.
Заряд/розряд/заряд єцикл. Не існує узгодженого визначення того, що таке цикл.
Акумуляторжиттєвий циклце загальна кількість циклів, які він може створити.
Міністерство оборони: Глибина розвантаження. Повний розряд 100%;
Стан заряду (SoC,%):Цим числом вказується рівень заряду акумулятора.
Термін "кулонівська ефективність" відноситься до здатності батареї ефективно передавати заряд. Це частка заряду, необхідного для повернення до початкового стану заряду, до кількості заряду (Ah), що виділяється під час фази розряду. За винятком свинцево-кислотної технології, більшість звичайних батареї мають ефективність, яку можна порівняти з цим.
Основні типи електрохімічних систем накопичення енергії
Існує багато систем акумуляторів, кожна з яких базується на унікальній комбінації хімічних компонентів і процесів. Свинцево-кислотні та літій-іонні батареї наразі є найбільш широко використовуваними типами, але проточні, нікелеві та сірчані батареї також мають місце на цьому ринку. Ми швидко розглянемо ключові переваги найпопулярніших акумуляторних технологій.
Ми використовуємо ці батареї на регулярній основі. Основний елемент цієї батареї складається з біоксидного або свинцевого позитивного електрода та негативного свинцевого електрода. Електроліт - розчин сірчаної кислоти у воді.
Основними перевагами цих акумуляторів є їх доступність і передовий технологічний стан.
Нікель-кадмієві (Ni-Cd) акумулятори
До того, як технологія літієвих батарей була широко використана, цей тип батарей служив основним джерелом живлення для портативних пристроїв протягом ряду років.
Ці батареї забезпечують високу потужність і швидку зарядку.
Удосконалення цих акумуляторів представлено нікель-метал-гідридною (NiMH) технологією, яка може забезпечити приблизно на 40% вищу питому енергію, ніж стандартний NiCd.
Літій-іонні (Li-Ion) акумулятори
З усіх металів літій має найбільшу питому енергію і є найлегшим. Акумуляторні батареї з літієвим металевим анодом мають здатність забезпечувати неймовірно високу щільність енергії.
Є й інші обмеження. Наприклад, доречним обмеженням є розвиток дендритів на аноді під час циклювання. Це може призвести до відключення електроенергії, що може підвищити температуру та пошкодити акумулятор.
Склад BESS
Різні «рівні», як логічні, так і фізичні, складають BESS. Кожна унікальна фізична частина потребує власної системи керування.
Ось короткий перелік цих ключових етапів:
Акумуляторна система складається з різних блоків батарей і численних батарей, які з’єднані одна з одною для досягнення бажаного рівня напруги та струму.
Система керування батареєю регулює належне функціонування кожного елемента, щоб система могла функціонувати в діапазоні напруги, струму та температури, який є безпечним для відмінного стану батареї, а не для системи в цілому. Крім того, завдяки цьому регулюється та балансується стан заряду в кожній комірці.
Для перетворення електроенергії в змінний струм інвертори підключаються до акумуляторної системи. Спеціальний силовий електронний рівень, відомий як PCS (система перетворення потужності), присутній у кожному BESS. Зазвичай він групується в одиниці перетворення разом з усіма допоміжними службами, необхідними для відповідного моніторингу.
Моніторинг і контроль системи та енергетичних потоків (система енергоменеджменту) є наступними етапами. Система диспетчерського контролю та збору даних, або система SCADA, часто включає загальні функції моніторингу та контролю. З іншого боку, система енергоменеджменту спеціально розроблена для моніторингу потоку електроенергії відповідно до вимог програми.
Підключення трансформатора середньої/низької напруги та, залежно від розміру системи, трансформатора високої/середньої напруги на виділеній підстанції є останніми підключеннями.
PV модуль і інтеграція BESS
Відновлювані джерела енергії матимуть значний вплив на електричні системи в майбутньому, як обговорювалося в першій частині цієї серії. І електрична система, і відновлювана електростанція можуть виграти від інтеграції BESS з відновлюваним джерелом енергії.
Нижче пояснюються різні способи, якими BESS може допомогти електростанції:
Для досягнення більш стабільної та передбачуваної кривої генерації це компенсувало б «нестабільність» профілю генерації під хмарним покривом або різкими сплесками потужності. Контраст між кривою генерації фотоелектричної установки в похмурий день і кривою з ясним небом показано на рисунку 4. Генерація буде демонструвати менше «мерехтіння» з інтеграцією BESS, що дасть більш регулярну криву.
Крива генерації «згладиться» в результаті зменшення піків (докладніше про зменшення піків читайте в попередній статті).
Що стосується підтримки мережі та допоміжних послуг, BESS може відігравати значну роль в інтеграції електростанції в електричну мережу, пропонуючи регулювання частоти та керування напругою (разом із компенсацією реактивної потужності) зі значно меншим впливом на електричну систему.
Окрім вищезазначених послуг, існує більше можливостей для співпраці між фотоелектричними модулями та системами накопичення енергії акумуляторів, починаючи з обміну точками підключення (POC). Оскільки BESS часто встановлюється як «доповнення» фотоелектричного модуля, його наявність не може вимагати додаткової потужності на POC.
Додаткова потенційна співпраця випливає з рішень, прийнятих в архітектурі щодо підключення фотоелектричних модулів до BESS. Існує принаймні три основні варіанти:
З’єднання постійного струму: У цьому варіанті для з’єднання BESS і PV на стороні постійного струму батарей і фотоелектричних модулів використовується спеціальний перетворювач DC/DC для стабілізації напруги. За допомогою цього методу вся сторона змінного струму електростанції матиме спільні інвертори між фотоелектричним модулем і BESS (інвертор у цьому сценарії зможе працювати в усіх 4 квадрантах діаграми PQ). Цей вибір досить поширений для житлових приміщень. застосування, або у випадку невеликої установки (кВт). У разі великомасштабного заводу BESS буде розподілено вздовж поля. Однак для керування напругою постійного струму та зарядом кожної батареї знадобиться спеціальна та дорога логіка.
З’єднання змінного струму після інвертора: Цей метод можна порівняти з попереднім, але він розміщує точку з’єднання BESS і фотоелектричного модуля після інверторів. У цьому випадку BESS і фотоелектричний модуль матимуть власний спеціальний інвертор. Оскільки немає потреби в додатковій логіці керування для зв’язку постійного струму, цей метод також популярний для житлових додатків і може використовуватися на великих підприємствах для створення розподіленого BESS.
З’єднання змінного струму на POC:У цьому рішенні PV-модуль і BESS мають спільні лише об’єкти з’єднання, тоді як вони мають повністю розділені секції на рівні установки.