Прежде чем обсуждать архитектуру аккумуляторной системы хранения энергии (BESS) и типы батарей, мы должны сначала сосредоточиться на наиболее распространенной терминологии, используемой в этой области. Несколько важных параметров описывают поведение аккумуляторных систем хранения энергии.
Емкость [Ач]: Максимальный электрический заряд, который система способна передать подключенной нагрузке при разумном напряжении. Существенное влияние на этот параметр оказывает технология изготовления аккумулятора, значение которого устанавливается для определенного тока разряда и температуры.
Номинальная энергия [Втч]:Это общая энергия, вырабатываемая между состояниями полного заряда и полного разряда. Оно эквивалентно умножению напряжения аккумулятора на его емкость. Температура и ток также оказывают влияние, поскольку его определяет емкость.
Мощность [Вт]:Определить выходную мощность BESS сложно, поскольку она зависит от подключенной нагрузки. Тем не менее, номинальная мощность представляет собой мощность при наиболее типичном сценарии разряда.
Удельная энергия [Втч/кг]:Это указывает на емкость аккумулятора по отношению к массе.
Шкала, используемая для определения длительности заряда и разряда, называетсяЦена C. Ток разряда полностью разрядит аккумулятор за час при температуре 1С.
Заряд/разряд/заряд – этоцикл. Единого определения того, что такое цикл, не существует.
Батареяцикл жизни- общее количество циклов, которые он может произвести.
Министерство обороны: Глубина разряда. Полный разряд – 100%;
Состояние заряда (SoC,%):Уровень заряда аккумулятора обозначается этим числом.
Термин "кулоновский КПД« относится к способности аккумулятора эффективно передавать заряд. Это соотношение заряда, необходимого для возврата в исходное состояние, к количеству заряда (Ач), высвобождаемому во время фазы разряда. За исключением свинцово-кислотных технологий, большинство обычных батареи имеют КПД, сравнимый с этим.
Основные типы электрохимических систем хранения энергии
Существует множество аккумуляторных систем, каждая из которых основана на уникальном сочетании химических компонентов и процессов. Свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы в настоящее время являются наиболее широко используемыми типами, но на этом рынке также есть место проточным, никелевым и серным аккумуляторам. Мы быстро рассмотрим ключевые преимущества наиболее популярных аккумуляторных технологий.
Мы пользуемся этими аккумуляторами регулярно. Базовый элемент этой батареи состоит из биоксидного или свинцового положительного электрода и отрицательного свинцового электрода. Электролит представляет собой раствор серной кислоты в воде.
Основными преимуществами этих батарей являются их доступность и передовые технологии.
Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы
До того, как технология литиевых батарей получила широкое распространение, этот тип батарей в течение ряда лет служил основным источником питания для портативных устройств.
Эти аккумуляторы обеспечивают высокую выходную мощность и быстрое время перезарядки.
Усовершенствование этих батарей представляет собой никель-металлогидридную (NiMH) технологию, которая может обеспечить удельную энергию примерно на 40% выше, чем стандартные NiCd.
Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы
Из всех металлов литий обладает наибольшей удельной энергией и является самым легким. Литий-металлические анодные аккумуляторные батареи способны обеспечивать невероятно высокую плотность энергии.
Есть и другие ограничения. Например, существенным ограничением является развитие дендритов на аноде во время езды на велосипеде. Это может привести к отключению электроэнергии, что может привести к повышению температуры и повреждению аккумулятора.
Состав BESS
Различные «уровни», как логические, так и физические, составляют BESS. Каждая уникальная физическая часть нуждается в собственной системе управления.
Вот краткое изложение этих ключевых этапов:
Аккумуляторная система состоит из различных аккумуляторных блоков и множества аккумуляторов, которые соединены друг с другом для достижения желаемых уровней напряжения и тока.
Система управления батареями регулирует соответствующее функционирование каждой ячейки, чтобы система могла работать в диапазоне напряжения, тока и температуры, безопасном для отличного здоровья батарей, а не для системы в целом. Кроме того, при этом состояние заряда в каждой ячейке регулируется и балансируется.
Для преобразования энергии в переменный ток инверторы подключаются к аккумуляторной системе. В каждом BESS присутствует специализированный силовой электронный уровень, известный как PCS (система преобразования энергии). Обычно он сгруппирован в блоке преобразования вместе со всеми вспомогательными службами, необходимыми для соответствующего мониторинга.
Система мониторинга и управления потоками энергии (система энергоменеджмента) представляет собой следующие этапы. Система диспетчерского управления и сбора данных, или система SCADA, часто включает в себя общие функции мониторинга и контроля. С другой стороны, система управления энергопотреблением специально разработана для мониторинга потока мощности в соответствии с требованиями приложения.
Последними подключениями являются подключение трансформатора среднего/низкого напряжения и, в зависимости от размера системы, трансформатора высокого/среднего напряжения на выделенной подстанции.
Интеграция фотоэлектрического модуля и BESS
Возобновляемые источники энергии могут оказать существенное влияние на электрические системы в будущем, как обсуждалось в первой части этой серии. И электрическая система, и возобновляемая электростанция могут выиграть от интеграции BESS с возобновляемым источником энергии.
Ниже объясняются различные способы, которыми BESS может помочь электростанции:
Чтобы добиться более устойчивой и предсказуемой кривой генерации, это должно компенсировать «неустойчивость» профиля генерации под облачным покровом или резкими скачками мощности. Контраст между кривой генерации фотоэлектрической электростанции в пасмурный день и днем при ясном небе показан на рисунке 4. При интеграции BESS генерация будет демонстрировать меньше «мерцания», что даст более регулярную кривую.
Кривая генерации будет «сглаживаться» в результате сглаживания пиков (подробнее о сглаживании пиков читайте в предыдущей статье).
Что касается поддержки сети и вспомогательных услуг, BESS может сыграть значительную роль в интеграции электростанции в электрическую сеть, предлагая регулирование частоты и управление напряжением (вместе с компенсацией реактивной мощности) со значительно меньшим воздействием на электрическую систему.
Помимо вышеупомянутых услуг, существует больше потенциальных возможностей сотрудничества между фотоэлектрическими модулями и аккумуляторными системами хранения энергии, начиная с обмена точками подключения (POC). Поскольку BESS часто устанавливается в дополнение к фотоэлектрическому модулю, его наличие не может требовать дополнительной мощности на POC.
Дополнительные потенциальные возможности сотрудничества связаны с решениями, принятыми в архитектуре подключения фотоэлектрических модулей к BESS. Существует как минимум три основных варианта:
Соединение постоянного тока: В этом варианте для связи BESS и фотоэлектрических модулей на стороне постоянного тока батарей и фотоэлектрических модулей используется специальный преобразователь постоянного тока с целью стабилизации напряжения. При использовании этого метода вся сторона переменного тока установки будет использовать инверторы между фотоэлектрическим модулем и BESS (инвертор в этом сценарии сможет работать во всех 4 квадрантах диаграммы PQ). Этот выбор довольно распространен для жилых домов. приложений или в случае небольшой установки (кВт). В случае крупномасштабного завода BESS будет распределяться по полю. Однако для управления напряжением постоянного тока и зарядом каждого аккумуляторного блока потребуется специальная и дорогостоящая логика.
Соединение переменного тока после инвертора: Этот метод аналогичен предыдущему, но в нем точка соединения BESS и фотоэлектрического модуля размещается после инверторов. В этом случае BESS и фотоэлектрический модуль будут иметь свой собственный инвертор. Поскольку нет необходимости в дополнительной логике управления для связи по постоянному току, этот метод также популярен в бытовых приложениях и может использоваться на крупных предприятиях для создания распределенной BESS.
Соединение переменного тока в POC:В этом решении фотоэлектрический модуль и BESS совместно используют только средство соединения, хотя на уровне предприятия они имеют полностью отдельные секции.