Sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS): funzionamento, componenti chiave, vantaggi e tendenze future

Un sistema di accumulo di energia a batteria immagazzina energia elettrica e la rilascia quando una casa, un'azienda, un impianto di energia rinnovabile o la rete elettrica ne hanno bisogno. La batteria è solo una parte di un sistema di accumulo completo, che richiede anche conversione di potenza, monitoraggio, gestione energetica, controllo termico, protezione e comunicazione.

Questa visione sistemica più ampia spiega perché i sistemi di accumulo a batteria trovino applicazione, dai sistemi di backup residenziali a quelli per la riduzione dei picchi di consumo industriali e ai sistemi di accumulo su larga scala per la rete elettrica. Il loro valore risiede nella possibilità di controllare i momenti in cui l'energia viene caricata e scaricata.

Che cos'è un sistema di accumulo di energia a batteria?

Un sistema di accumulo di energia a batteria, o BESS, è un sistema elettrico integrato che immagazzina energia in batterie ricaricabili e la restituisce quando le condizioni operative lo richiedono. La sua architettura di controllo collega la batteria ai carichi, alla rete elettrica, alla produzione di energia rinnovabile o ad altri input energetici approvati.

In che cosa si differenzia un sistema di accumulo completo da un banco batterie?

Un banco batterie è costituito principalmente da celle, moduli o pacchi collegati tra loro per fornire la tensione e la capacità richieste. Un sistema di accumulo completo comprende anche l'architettura operativa che ruota attorno a tali batterie.

Tale sistema può includere la gestione delle batterie, la conversione di potenza, la gestione dell'energia, la protezione, il raffreddamento, la protezione antincendio, la misurazione e le interfacce di comunicazione. Una batteria immagazzina energia; i sistemi di controllo determinano se può caricarsi, scaricarsi, proteggere la capacità di riserva o supportare la rete elettrica.

Come funziona l'immagazzinamento della batteria, dalla carica alla scarica?

Il ciclo operativo si articola in tre fasi interconnesse: carica, stoccaggio e scarica controllata.

La ricarica converte l'energia disponibile in energia immagazzinata

L'elettricità può provenire dalla rete, dalla produzione di energia solare, dalla produzione di energia eolica o da un'altra fonte energetica autorizzata. Il PCS gestisce la conversione bidirezionale e la potenza di carica. Il BMS monitora tensione, corrente, temperatura e stato della batteria per mantenere il funzionamento entro i limiti definiti.

Un'abitazione può ricaricarsi utilizzando l'energia solare in eccesso, mentre una fabbrica può farlo durante un periodo con tariffe più basse.

L'energia immagazzinata rimane soggetta a limiti operativi.

L'energia immagazzinata non sempre corrisponde all'energia utilizzabile. Lo stato di carica, i requisiti di riserva, la temperatura e i limiti di protezione influiscono sulla capacità dispacciabile.

In caso di emergenza, una parte della batteria può rimanere di riserva. Per la gestione dei picchi di consumo, il sistema può conservare energia fino a un successivo picco di domanda, anziché scaricarla immediatamente.

La dimissione segue la strategia di controllo

Quando è necessaria energia, il PCS converte la corrente continua presente nella batteria in corrente alternata per i carichi o per la rete elettrica. L'EMS può decidere quando inizia la scarica, quanta energia viene erogata e quando si interrompe. Questo coordinamento è importante perché diversi obiettivi possono condividere la stessa energia immagazzinata.

Quali sono i componenti principali del sistema?

I componenti principali svolgono funzioni diverse, ma devono scambiarsi dati affidabili e reagire come un unico sistema.

I pacchi batteria e il BMS costituiscono lo strato di accumulo.

Le celle delle batterie vengono assemblate in moduli, pacchi, rack o unità impilabili a seconda delle dimensioni. Il litio ferro fosfato, o LFP, è ampiamente utilizzato nello stoccaggio stazionario dove la durata del ciclo di vita e la stabilità termica sono fattori importanti.

Il BMS monitora tensione, corrente, temperatura, stato di carica e condizioni anomale. Contribuisce inoltre a prevenire sovraccarico, scarica eccessiva e funzionamento al di fuori dei limiti definiti.

PCS e EMS controllano il flusso di energia

Il PCS gestisce la conversione bidirezionale tra la batteria e la corrente alternata. La sua potenza nominale influisce sulla velocità di ricarica e sul carico massimo che il sistema può supportare contemporaneamente.

Il sistema EMS raccoglie dati dal PCS, dal BMS, dai contatori, dai carichi e da altri dispositivi. Può programmare la carica e la scarica in base alla domanda, ai prezzi, alla produzione da fonti rinnovabili, ai requisiti di riserva o alle istruzioni della rete.

Operazioni di supporto ai sistemi termici, antincendio e di comunicazione

I sistemi di accumulo possono utilizzare il raffreddamento naturale, ad aria o a liquido, a seconda della densità di potenza e dell'ambiente. La protezione antincendio, i quadri elettrici, i sensori, i trasformatori e le apparecchiature di distribuzione aggiungono controllo e protezione. CAN, RS485 ed Ethernet trasportano dati e comandi tra i dispositivi.

Cosa significano kW, kWh, SOC e durata?

Questi termini descrivono diverse componenti delle prestazioni di accumulo della batteria.

kW descrive la potenza, mentre kWh descrive l'energia

La potenza in kW indica quanta energia elettrica un sistema può erogare in un dato momento. L'energia in kWh o MWh indica quanta elettricità la batteria può immagazzinare o trasferire nel tempo.

Un sistema ad alta potenza con energia limitata può gestire un breve picco di domanda, ma non può sostenerlo per ore. Un sistema ad alta energia con potenza insufficiente potrebbe comunque non essere in grado di supportare un carico istantaneo elevato.

SOC e durata definiscono la finestra operativa

Lo stato di carica indica quanta energia rimane. Le impostazioni della riserva minima, i limiti di protezione, le perdite e i requisiti di backup riducono la porzione disponibile per l'utilizzo ordinario.

La durata collega la potenza all'energia. Un progetto che deve supportare un carico moderato per diverse ore richiede una configurazione diversa rispetto a uno progettato per un evento breve e ad alta potenza.

Quali sono le potenzialità di un sistema di accumulo di energia a batteria?

Le applicazioni variano a seconda del sito, ma diverse funzioni si ripetono.

Spostare l'energia e ridurre i picchi di domanda

L'accumulo di energia tramite batterie consente di spostare l'energia da un periodo all'altro. Gli impianti commerciali e industriali possono caricare la batteria durante i periodi a basso costo e scaricarla in un secondo momento, mentre la riduzione dei picchi di consumo può attenuare i brevi periodi di elevata domanda di energia dalla rete. Entrambe le soluzioni dipendono dalla tempistica di utilizzo del carico, dalle tariffe, dalla potenza di carica e dalla capacità utilizzabile.

Supporto per sistemi di backup ed energie rinnovabili

Il sistema può riservare energia per i carichi critici quando la sua architettura supporta il funzionamento di backup. Può anche immagazzinare l'energia in eccesso prodotta da fonti rinnovabili e rilasciarla quando la produzione diminuisce o la domanda aumenta, aiutando i progetti solari ed eolici a gestire la differenza temporale tra produzione e consumo.

Fornire flessibilità di rete

I sistemi di maggiori dimensioni possono supportare la regolazione dei picchi, la risposta alla frequenza, l'integrazione delle energie rinnovabili, la riserva di emergenza e altre funzioni di dispacciamento. L'accumulo di energia tramite batterie su scala di rete funge quindi da risorsa energetica flessibile, piuttosto che da semplice contenitore di energia.

Dove vengono utilizzati i sistemi di accumulo di energia a batteria?

Gli stessi principi si applicano a diverse scale, ma l'architettura cambia a seconda dell'applicazione.

Deposito per abitazioni e piccoli siti

Le case e le proprietà più piccole spesso utilizzano sistemi di accumulo per l'autoconsumo solare, l'utilizzo di elettricità a tempo e il backup. Le batterie modulari ad alta tensione consentono di risparmiare spazio e di aumentare la capacità gradualmente. Sunway portafoglio ESS residenziale copre diversi formati di sistema.

Siti commerciali e industriali

Fabbriche, magazzini, hotel, impianti di refrigerazione, parchi commerciali e stazioni di ricarica per veicoli elettrici possono utilizzare sistemi di accumulo a batteria per la gestione dei picchi di consumo, la gestione delle tariffe, il backup, lo spostamento della produzione di energia solare o la risposta alla domanda. Potenza, durata, riserva, limiti dei trasformatori e possibilità di espansione futura possono influenzare la configurazione ottimale.

Progetti su scala industriale e di rete

Gli impianti di accumulo per le reti elettriche utilizzano batterie di grandi dimensioni, sistemi di controllo a livello di impianto e interfacce con la rete. Questi progetti possono supportare la gestione della produzione, la stabilizzazione della produzione da fonti rinnovabili, la regolazione dei picchi di domanda, i servizi di frequenza o le operazioni di emergenza.

Quali sono i principali vantaggi e limiti?

Un progetto di storage efficace inizia con un problema operativo ben definito. La tecnologia è flessibile, ma non illimitata.

I benefici derivano dall'energia controllabile.

Tra i potenziali vantaggi si annoverano lo spostamento dei consumi energetici, la riduzione dei picchi di domanda, il backup dei carichi critici, l'integrazione delle energie rinnovabili, la gestione della domanda e il supporto alla rete. I sistemi di accumulo a batteria modulari possono inoltre supportare un'espansione graduale.

I limiti devono essere inclusi nella progettazione

La capacità della batteria è limitata. La potenza di carica e scarica è limitata. I carichi di conversione e ausiliari consumano energia. La riserva di backup riduce la capacità erogabile, mentre le impostazioni di temperatura e protezione possono influire sulle prestazioni disponibili.

Il valore del progetto dipende anche dalle tariffe, dai modelli di carico, dalle regole di rete, dalle condizioni di installazione e dalle priorità del sistema di gestione energetica (EMS). Il dimensionamento deve essere basato sui requisiti operativi effettivi.

Quali caratteristiche dovrebbero confrontare gli acquirenti quando valutano un sistema di stoccaggio?

Una specifica diventa più utile quando ogni parametro è collegato a un requisito di progetto. La potenza nominale definisce la capacità di carica o scarica; la capacità energetica definisce l'energia immagazzinata. La chimica della batteria, il BMS, l'EMS, il raffreddamento, la comunicazione, la protezione e la progettazione dell'espansione influiscono sul funzionamento, sull'integrazione, sulla sicurezza e sulla flessibilità.

Prima di effettuare l'ordine, gli acquirenti devono inoltre verificare la tensione di rete, la modalità di backup, l'ambiente di installazione e i requisiti di conformità locali.

Come si presenta in pratica un sistema BESS integrato?

Un sistema BESS completo integra accumulo a batteria, conversione di potenza bidirezionale, gestione dell'energia, controllo termico, protezione e comunicazione in un'unica architettura coordinata. La configurazione esatta varia in base alle dimensioni del progetto, ma queste funzioni devono comunque operare come un unico sistema, anziché come apparecchiature separate.

A SunwayOperiamo in diversi settori, tra cui quello residenziale, commerciale, industriale e delle utility, per applicazioni di accumulo di energia. Questo rende l'integrazione di sistema particolarmente importante quando i progetti vanno oltre le piccole installazioni di batterie e richiedono una gestione coordinata dell'energia, il controllo termico, il monitoraggio e la protezione.

Per un riferimento commerciale e industriale, il Sistema di accumulo di energia a raffreddamento a liquido SUNWAY da 100 kW / 261 kWh Integra una batteria LFP da 261 kWh con un'alimentazione CA nominale da 125 kW in un armadio per esterni con grado di protezione IP55. La sua architettura integrata include PCS, EMS, BMS modulari, distribuzione dell'energia, protezione antincendio e controllo ambientale. Il raffreddamento a liquido intelligente supporta la gestione termica, mentre le comunicazioni CAN, Ethernet e RS485 forniscono interfacce per il monitoraggio e il coordinamento del sistema.

Questo progetto integrato illustra perché un sistema di accumulo di energia a batteria dovrebbe essere valutato considerando non solo la capacità della batteria, ma anche altri fattori. Potenza, energia immagazzinata, strategia di controllo, raffreddamento, protezione, comunicazione e requisiti di rete devono operare in sinergia. La configurazione finale deve inoltre essere adattata al profilo di carico del sito, alla durata prevista, alla modalità operativa, all'ambiente di installazione, alle condizioni della rete e ai piani di espansione futuri.

Quali cambiamenti si prospettano per il futuro dell'accumulo di energia tramite batterie?

Lo sviluppo futuro si sta orientando verso un migliore coordinamento, un'espansione flessibile e una più stretta interazione con i mercati energetici.

I sistemi di gestione ambientale (EMS) e i software assumeranno un ruolo sempre più importante.

Il controllo avanzato può combinare dati di carico, tariffe, produzione da fonti rinnovabili, stato delle batterie e segnali di rete, consentendo alla gestione della rete di adattarsi alle condizioni mutevoli anziché a orari fissi.

I sistemi modulari supporteranno un'espansione flessibile

Le batterie modulari e le architetture di conversione di potenza possono semplificare la crescita graduale. L'espansione richiede comunque versioni di batterie compatibili, capacità di comunicazione, margine elettrico, impostazioni di protezione e spazio.

Lo storage si connetterà a un maggior numero di servizi di rete.

Le centrali elettriche virtuali, la gestione della domanda, i servizi ancillari e l'accumulo distribuito aggregato creano ulteriori ruoli per i sistemi di accumulo a batteria. Su scala più ampia, l'accumulo può diventare parte integrante della pianificazione della flessibilità della rete, anziché rappresentare una risorsa di backup a sé stante.

Trasforma le nozioni di base di BESS in una configurazione specifica per il progetto

Sapere cosa fa un sistema è solo il primo passo. Un progetto necessita ancora della giusta potenza, capacità energetica, modalità operativa, riserva, architettura di comunicazione e progettazione dell'installazione.

Condividi con noi il tuo profilo di carico, la durata prevista del backup, la tensione di rete, la struttura tariffaria, l'input di ricarica, l'ambiente di installazione e il piano di espansione. Esamina i requisiti del tuo progetto di accumulo a batteria. prima di definire le dimensioni della batteria o l'architettura del sistema.

FAQ

D: Qual è la differenza tra una batteria e un BESS?

A: Una batteria immagazzina energia elettrica. Un sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) combina la batteria con il monitoraggio, la conversione di potenza, la gestione dell'energia, la protezione, il controllo termico e le comunicazioni, in modo che l'energia immagazzinata possa essere caricata e scaricata secondo una strategia operativa.

D: Per quanto tempo il sistema di accumulo di energia BESS può fornire energia?

R: L'autonomia dipende dalla capacità energetica utilizzabile, dalla potenza del carico, dai limiti dello stato di carica, dalla riserva di backup, dalle perdite di conversione e dalle impostazioni del sistema. Una maggiore capacità in kWh può supportare un determinato carico per un periodo più lungo, ma anche la potenza disponibile in kW deve essere sufficiente.

D: Un singolo sistema BESS può supportare la riduzione dei picchi di consumo energetico, l'accumulo di energia rinnovabile e l'alimentazione di emergenza?

R: Sì, quando l'architettura del sistema supporta tali funzioni. Condividono la stessa potenza della batteria e l'energia immagazzinata, quindi l'EMS deve definire le priorità, i limiti di riserva e i programmi di carica e scarica.