Системы хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS): принцип работы, ключевые компоненты, преимущества и будущие тенденции.

Система хранения энергии на основе аккумуляторов накапливает электрическую энергию и высвобождает её, когда это необходимо дому, предприятию, электростанции, работающей на возобновляемых источниках энергии, или электросети. Аккумулятор — это лишь одна часть полной системы хранения, которая также включает в себя преобразование энергии, мониторинг, управление энергией, терморегулирование, защиту и связь.

Такой более широкий системный подход объясняет, почему системы хранения энергии на основе аккумуляторов используются повсюду: от резервного питания в жилых домах до сглаживания пиковых нагрузок в промышленности и крупномасштабных систем хранения энергии в электросетях. Их ценность заключается в контроле времени зарядки и разрядки энергии.

Что такое система хранения энергии на основе аккумуляторов?

Система хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) — это интегрированная электрическая система, которая накапливает энергию в перезаряжаемых батареях и возвращает её, когда этого требуют условия эксплуатации. Архитектура управления связывает батарею с нагрузками, электросетью, возобновляемыми источниками энергии или другими утвержденными источниками энергии.

Чем отличается полноценная система хранения данных от аккумуляторной батареи?

Аккумуляторная батарея в основном представляет собой совокупность элементов, модулей или блоков, соединенных для обеспечения необходимого напряжения и емкости. Полная система хранения также включает в себя архитектуру работы этих батарей.

Эта система может включать в себя управление батареями, преобразование энергии, управление энергопотреблением, защиту, охлаждение, противопожарную защиту, учет и коммуникационные интерфейсы. Батарея хранит энергию; элементы управления определяют, может ли она заряжаться, разряжаться, защищать резервную мощность или поддерживать энергосистему.

Как работает система хранения энергии в аккумуляторах — от зарядки до разрядки?

Рабочий цикл состоит из трех взаимосвязанных этапов: зарядка, хранение и контролируемый разряд.

Зарядка преобразует доступную энергию в запасенную.

Электроэнергия может поступать из сети, от солнечных электростанций, ветрогенераторов или других разрешенных источников энергии. Система управления питанием (PCS) обеспечивает двунаправленное преобразование и зарядку. Система управления батареей (BMS) контролирует напряжение, ток, температуру и состояние батареи, чтобы поддерживать работу в заданных пределах.

В доме можно заряжать электроэнергию от избыточной солнечной энергии, а на заводе — в период действия льготных тарифов.

Накопленная энергия по-прежнему подлежит ограничениям в эксплуатации.

Накопленная энергия не всегда равна полезной энергии. На доступную для использования мощность влияют уровень заряда, требования к резерву, температура и пределы защиты.

В качестве резервного источника питания часть батареи может оставаться зарезервированной. Для сглаживания пиковых нагрузок система может сохранять энергию до наступления более позднего пика спроса, а не разряжаться немедленно.

Разгрузка осуществляется в соответствии со стратегией контроля.

Когда требуется энергия, система управления питанием (PCS) преобразует постоянный ток со стороны батареи для питания переменным током нагрузок или сети. Система управления энергопотреблением (EMS) может определять, когда начинается разряд, какой объем энергии подается и когда он прекращается. Такая координация важна, поскольку несколько объектов могут использовать одну и ту же накопленную энергию.

Каковы основные компоненты системы?

Основные компоненты выполняют разные задачи, но они должны обмениваться достоверными данными и взаимодействовать как единая система.

Аккумуляторные блоки и система управления батареями (BMS) образуют слой хранения энергии.

В зависимости от масштаба, аккумуляторные элементы собираются в модули, блоки, стойки или штабелируемые блоки. Литий-железо-фосфатные батареи (LFP) широко используются в стационарных системах хранения энергии, где важны срок службы и термическая стабильность.

Система управления батареей (BMS) контролирует напряжение, ток, температуру, состояние заряда и нештатные ситуации. Она также помогает предотвратить перезаряд, переразряд и работу за пределами установленных ограничений.

Управление потоком энергии системами PCS и EMS

Модуль PCS обеспечивает двунаправленное преобразование между батареей и переменным током. Его номинальная мощность влияет на скорость зарядки и на то, какую нагрузку система может поддерживать одновременно.

Система управления энергоснабжением (EMS) собирает данные с блоков управления питанием (PCS), систем управления батареями (BMS), счетчиков, нагрузок и других устройств. Она может планировать зарядку и разрядку в зависимости от спроса, цен, выработки возобновляемой энергии, требований к резервам или указаний энергосети.

Обеспечение работы тепловых, противопожарных и коммуникационных систем.

В зависимости от плотности мощности и условий окружающей среды, в системах хранения энергии может использоваться естественное, воздушное или жидкостное охлаждение. Системы противопожарной защиты, распределительные устройства, датчики, трансформаторы и распределительное оборудование обеспечивают дополнительный контроль и защиту. Между устройствами передаются данные и команды по протоколам CAN, RS485 и Ethernet.

Что означают кВт, кВт·ч, уровень заряда батареи и продолжительность?

Эти термины описывают различные аспекты производительности аккумуляторных батарей.

кВт обозначает мощность, а кВт·ч — энергию.

Мощность в кВт указывает, какой объем электроэнергии может выдавать система в данный момент времени. Энергия в кВт·ч или МВт·ч указывает, сколько электроэнергии батарея может накопить или передать за определенный период времени.

Мощная система с ограниченным запасом энергии может справиться с кратковременным скачком спроса, но не сможет поддерживать его в течение нескольких часов. Мощная система с недостаточной мощностью также может оказаться неспособной обеспечить поддержку большой мгновенной нагрузки.

Уровень заряда батареи (SOC) и длительность определяют рабочий диапазон.

Уровень заряда показывает, сколько энергии осталось. Минимальные значения резерва, пределы защиты, потери и требования к резервному питанию уменьшают долю энергии, доступную для обычной эксплуатации.

Продолжительность связывает мощность с энергией. Проект, который должен поддерживать умеренную нагрузку в течение нескольких часов, требует иной конфигурации, чем тот, который предназначен для кратковременного, но мощного события.

На что способна система хранения энергии на основе аккумуляторов?

Приложения различаются в зависимости от сайта, но некоторые функции повторяются.

Переориентация энергоснабжения и снижение пиковой нагрузки

Аккумуляторные батареи позволяют передавать энергию из одного временного периода в другой. Коммерческие и промышленные объекты могут заряжать батареи в периоды с более низкими затратами и разряжать их позже, а сглаживание пиковых нагрузок позволяет сократить короткие периоды высокого спроса на электроэнергию в сети. Оба варианта зависят от времени нагрузки, тарифов, мощности зарядки и полезной емкости.

Поддержка резервного питания и возобновляемых источников энергии

Система может резервировать энергию для критически важных нагрузок, если ее архитектура поддерживает резервное питание. Она также может накапливать избыточную выработку возобновляемой энергии и высвобождать ее при снижении производства или увеличении спроса, помогая солнечным и ветровым электростанциям управлять разницей во времени между выработкой и потреблением.

Обеспечьте гибкость энергосети

Более крупные системы могут обеспечивать регулирование пиковых нагрузок, частотную характеристику, интеграцию возобновляемых источников энергии, аварийный резерв и другие функции диспетчеризации. Таким образом, системы хранения энергии в масштабах энергосистемы выступают в качестве гибкого источника энергии, а не просто контейнера для энергии.

Где используются системы хранения энергии на основе аккумуляторов?

Одни и те же принципы применимы в разных масштабах, но архитектура меняется в зависимости от области применения.

Складские помещения для жилых домов и небольших участков

В домах и небольших объектах недвижимости часто используются системы хранения энергии для собственного потребления солнечной энергии, потребления электроэнергии по расписанию и резервного питания. Модульные высоковольтные батареи позволяют экономить площадь и поэтапно увеличивать емкость. Компания Sunway предлагает... портфель жилых систем хранения энергии охватывает несколько системных форматов.

Коммерческие и промышленные объекты

Заводы, склады, гостиницы, холодильные установки, бизнес-парки и зарядные станции для электромобилей могут использовать аккумуляторные батареи для сглаживания пиковых нагрузок, управления тарифами, резервного питания, перераспределения солнечной энергии или реагирования на спрос. Мощность, продолжительность работы, резерв, ограничения трансформатора и возможность расширения в будущем могут изменить необходимую конфигурацию.

Проекты коммунального и сетевого масштаба

Системы хранения энергии, используемые энергосистемами, включают в себя более крупные аккумуляторные блоки, системы управления на уровне электростанции и интерфейсы с электросетью. Эти проекты могут поддерживать диспетчеризацию, сглаживание колебаний благодаря возобновляемым источникам энергии, регулирование пиковых нагрузок, частотные услуги или аварийную работу.

Каковы основные преимущества и ограничения?

Полезный проект по хранению данных начинается с четкого определения эксплуатационной проблемы. Технология гибкая, но не безграничная.

Преимущества достигаются благодаря контролируемой энергии.

Потенциальные преимущества включают в себя перераспределение энергии, сглаживание пиковых нагрузок, резервное питание для критически важных нагрузок, интеграцию возобновляемых источников энергии, управление спросом и поддержку энергосети. Модульные системы хранения энергии на основе аккумуляторов также могут поддерживать поэтапное расширение.

Ограничения должны быть включены в проект.

Емкость батареи ограничена. Мощность заряда и разряда ограничена. Преобразователи и вспомогательные нагрузки потребляют энергию. Резервный запас снижает доступную мощность, а температура и настройки защиты могут влиять на доступную производительность.

Стоимость проекта также зависит от тарифов, структуры нагрузки, правил энергосистемы, условий установки и приоритетов системы экологического менеджмента. Расчет мощности должен соответствовать фактическим эксплуатационным потребностям.

На что следует обращать внимание покупателям при оценке системы хранения данных?

Спецификация становится более полезной, когда каждый параметр связан с требованиями проекта. Номинальная мощность определяет возможности заряда или разряда; энергетическая емкость определяет запасенную энергию. Химический состав батареи, система управления батареей (BMS), система управления энергопотреблением (EMS), охлаждение, связь, защита и конструкция для расширения влияют на работу, интеграцию, безопасность и гибкость.

Перед оформлением заказа покупателям также следует уточнить напряжение в сети, режим резервного питания, условия установки и соответствие местным требованиям.

Как на практике выглядит интегрированная система хранения энергии?

Полноценная система хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) объединяет в единую скоординированную архитектуру хранение энергии, двунаправленное преобразование энергии, управление энергопотреблением, терморегулирование, защиту и связь. Точная конфигурация меняется в зависимости от масштаба проекта, но все эти функции должны функционировать как единая система, а не как отдельные элементы оборудования.

В СанвейМы работаем в сфере хранения энергии для жилых, коммерческих, промышленных и коммунальных предприятий. Это делает системную интеграцию особенно актуальной, когда проекты выходят за рамки небольших аккумуляторных установок и требуют скоординированного управления питанием, терморегулирования, мониторинга и защиты.

Для коммерческого и промышленного применения, Система хранения энергии SUNWAY с жидкостным охлаждением мощностью 100 кВт / 261 кВт·ч В корпусе для наружного применения со степенью защиты IP55 размещена литий-железо-фосфатная батарея емкостью 261 кВт·ч и номинальная мощность переменного тока 125 кВт. Интегрированная архитектура включает модульные системы управления питанием (PCS), управления энергопотреблением (EMS), управления батареей (BMS), распределения питания, противопожарной защиты и контроля окружающей среды. Интеллектуальное жидкостное охлаждение поддерживает терморегулирование, а интерфейсы связи CAN, Ethernet и RS485 обеспечивают мониторинг и координацию системы.

Эта комплексная конструкция демонстрирует, почему систему хранения энергии на основе батарей следует оценивать не только с точки зрения емкости батарей. Мощность, запасенная энергия, стратегия управления, охлаждение, защита, связь и требования к сети должны работать согласованно. Окончательная конфигурация должна соответствовать профилю нагрузки объекта, целевой продолжительности, режиму работы, условиям установки, условиям сети и планам будущего расширения.

Что изменится в будущем в сфере хранения энергии с помощью аккумуляторных батарей?

В будущем развитие будет направлено на улучшение координации, гибкое расширение и более тесное взаимодействие с энергетическими рынками.

Системы электронного и электронного мониторинга и программное обеспечение будут играть более значительную роль.

Усовершенствованная система управления позволяет объединять данные о нагрузке, тарифах, выработке возобновляемой энергии, состоянии батарей и сигналах сети, что дает возможность диспетчерам реагировать на меняющиеся условия, а не на фиксированные графики.

Модульные системы обеспечат гибкое расширение.

Модульные батареи и архитектуры преобразования энергии могут упростить поэтапное расширение. Однако для расширения по-прежнему необходимы совместимые версии батарей, пропускная способность связи, запас по напряжению электропитания, настройки защиты и пространство.

Системы хранения данных будут подключаться к большему количеству сетевых сервисов.

Виртуальные электростанции, управление спросом, вспомогательные услуги и агрегированные распределенные системы хранения энергии создают дополнительные возможности для аккумуляторных накопителей. В более крупных масштабах системы хранения энергии могут стать частью планирования гибкости энергосети, а не просто автономным резервным источником энергии.

Превратите базовые функции BESS в конфигурацию, адаптированную под конкретный проект.

Понимание того, для чего предназначена система, — это только первый шаг. Для реализации проекта по-прежнему необходимы правильное электропитание, энергетическая мощность, режим работы, резерв, архитектура связи и проектирование установки.

Предоставьте нам информацию о вашей нагрузке, целевой продолжительности резервного питания, напряжении сети, структуре тарифов, потребляемой мощности зарядки, условиях установки и плане расширения. Проанализируйте требования к вашему проекту по хранению энергии в аккумуляторах. прежде чем определять размер батареи или архитектуру системы.

Часто задаваемые вопросы

В: В чем разница между батареей и системой хранения энергии (BESS)?

А: Аккумулятор хранит электрическую энергию. Система хранения энергии на основе аккумулятора (BESS) объединяет аккумулятор с функциями мониторинга, преобразования энергии, управления энергией, защиты, терморегулирования и связи, так что накопленная энергия может заряжаться и разряжаться в соответствии с выбранной стратегией работы.

В: Как долго система хранения энергии может обеспечивать электропитание?

A: Время автономной работы зависит от полезной емкости аккумулятора, мощности нагрузки, пределов уровня заряда, резервного питания, потерь при преобразовании и настроек системы. Более высокая номинальная мощность в кВт·ч может поддерживать заданную нагрузку дольше, но доступная мощность в кВт также должна быть достаточной.

В: Может ли одна система накопления энергии (BESS) обеспечивать сглаживание пиковых нагрузок, хранение возобновляемой энергии и резервное электропитание?

А: Да, если архитектура системы поддерживает эти функции. Они используют одну и ту же батарею и запасённую энергию, поэтому система управления энергоснабжением должна определить приоритеты, пределы резерва, а также графики зарядки и разрядки.