Каким образом крупномасштабные системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей поддерживают современные энергетические системы?

Аккумуляторные системы хранения энергии в масштабах энергосистемы — это управляемый актив энергосистемы, способный поглощать электроэнергию, хранить её для последующего использования и возвращать, когда энергосистеме требуется энергия или происходит изменение мощности. Их роль выходит за рамки хранения избыточной солнечной или ветровой энергии. Проект также может следовать инструкциям диспетчеризации, поддерживать частоту или напряжение, управлять местными ограничениями или резервировать мощность для конкретных операционных событий. Полезный вопрос заключается не просто в размере батареи, а в том, как её мощность, энергия, управление и подключение к сети взаимодействуют друг с другом.

Чем отличаются крупномасштабные системы хранения энергии на основе аккумуляторов?

Коммерческие системы хранения энергии обычно обслуживают здания, заводы или кампусы, расположенные за счетчиком потребителя. Крупномасштабные системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей обычно функционируют как актив, расположенный перед счетчиком, или как часть электростанции. Решения о зарядке и разрядке могут приниматься в соответствии с указаниями энергоснабжающей компании, рыночными графиками, выработкой возобновляемой энергии или состоянием сети, а не на основе счета за электроэнергию конкретного объекта.

Различие основано на режиме работы и способе подключения, а не на одном универсальном пороговом значении мощности. Крупная заводская батарея может оставаться за счетчиком, в то время как меньшая установка на подстанции с ограниченными ресурсами может выполнять функции сети. Защита, учет, конструкция трансформаторов, связь и правила подключения — все это влияет на возможности электростанции.

Как происходит перемещение электроэнергии через крупномасштабную систему хранения энергии на основе аккумуляторов?

Питание передается по электрическому пути, а инструкции по управлению — по пути управления. Оба пути должны оставаться скоординированными. Действительная команда не сможет обеспечить желаемый результат, если батарея, система управления питанием, трансформатор, распределительное устройство или подключение к сети достигли предела своих возможностей.

Путь зарядки

Во время зарядки электроэнергия может поступать из сети или от расположенной поблизости солнечной или ветровой электростанции. В схеме с переменным током переменный ток поступает в систему преобразования энергии через соединительное оборудование. Система управления батареей преобразует его в постоянный ток в пределах допустимых значений напряжения и тока батареи. Возобновляемые источники энергии с постоянным током используют другой путь преобразования. Система управления батареей проверяет напряжение элементов, температуру, ток, состояние заряда и наличие неисправностей, прежде чем разрешить запрос.

Зарядка не всегда привязана к низким ценам. Электростанция может поглощать выработку возобновляемой энергии, которая в противном случае была бы ограничена, следовать графику диспетчеризации или создавать резерв мощности до ожидаемого пика выработки. Целевой показатель определяет, какой объем мощности должен оставаться доступным.

Путь слива

При разряде процесс обращается вспять. Батарея подает постоянный ток в пределах, установленных системой управления батареей (BMS). Система управления питанием (PCS) преобразует этот ток в переменный ток, совместимый с сетью, и управляет активной и реактивной мощностью. Затем электричество проходит через распределительные устройства, измерительные приборы, защитные устройства и, как правило, повышающий трансформатор, прежде чем достичь подстанции или точки подключения.

Электростанция не может просто экспортировать любое запрошенное значение. Практические ограничения определяются номинальным значением PCS, состоянием батареи, мощностью трансформатора, вспомогательным потреблением, настройками защиты и соглашением о подключении к сети. Номинальная мощность сама по себе не гарантирует поставку электроэнергии при подключении к сети.

Путь управления

Энергетическая компания, рыночная платформа или контроллер электростанции могут выдавать целевые параметры работы. Система управления энергоснабжением (EMS) преобразует их в инструкции по зарядке, разрядке, резервированию или восстановлению. Система SCADA предоставляет информацию о состоянии электростанции, сигналы тревоги и обеспечивает связь с оператором. Система управления батареей (BMS) определяет безопасные границы батареи, а система управления питанием (PCS) выполняет утвержденную команду.

Если запрос EMS превышает допустимую мощность, определяемую температурой или уровнем заряда батареи, приоритет отдается безопасному пределу. Целевой показатель энергосистемы не может отменить защиту батареи. Та же иерархия применяется к реактивной мощности, напряжению, регулированию коэффициента мощности и ограничениям экспорта.

Для каких применений систем хранения энергии в электросетях требуются разные режимы работы?

Применение систем хранения энергии в электросетях предъявляет к батареям разные требования. Некоторые из них обеспечивают передачу энергии в течение нескольких часов, в то время как другие требуют частых переключений напряжения. В технической документации проекта следует определить основную функцию батареи и объяснить, как распределяются мощности между второстепенными функциями.

Переход к возобновляемым источникам энергии и их интеграция.

Технология перераспределения энергии позволяет накапливать электроэнергию в один период и высвобождать её в другой. В случае солнечной или ветровой энергии батарея может поглощать часть избытка выработки и разряжаться после снижения выработки. Ценность крупномасштабных систем хранения энергии на основе батарей для возобновляемых источников энергии зависит от генерации, мощности сети, ограничений, правил диспетчеризации и продолжительности работы.

Аккумуляторные системы хранения энергии для возобновляемых источников не обеспечивают непрерывность работы электростанций с переменной выработкой. Запасы энергии ограничены, и длительные периоды низкой выработки могут превышать запланированный период разряда. Прогнозирование и настройка резервов остаются важными.

Частотная характеристика и резервы рабочих параметров

Для поддержания частоты требуется изменение активной мощности в ответ на сигнал из сети. В зависимости от события и рыночных правил система может увеличить разряд, уменьшить заряд или поглотить дополнительную мощность. Оперативные резервы также требуют, чтобы мощность удерживалась, а не использовалась для обычной торговли энергией.

Для этих услуг необходимы утвержденные средства контроля, надежная связь, соответствующие счетчики и запас мощности в обоих направлениях. Полностью заряженная батарея не может поглотить значительно больше энергии, в то время как батарея с минимальным уровнем заряда не может выдержать дальнейший разряд.

Поддержка напряжения и сети

Система управления мощностью (PCS) может регулировать реактивную мощность или работать над достижением целевого значения напряжения или коэффициента мощности, если это позволяют оборудование и соглашение с сетью. Активная и реактивная мощность являются отдельными переменными управления. Регулирование коэффициента мощности — это цель, достигаемая главным образом путем изменения реактивной мощности; оно не заменяет диспетчеризацию активной мощности.

К другим областям применения систем хранения энергии в сети относятся пиковая мощность, управление перегрузками и регулирование изменения параметров энергосистемы. Не следует предполагать возможность полного отключения электроэнергии, автономной работы и бесперебойного переключения. Для этого необходимы возможности формирования энергосистемы, коммутационное оборудование, логика защиты, вспомогательное электропитание и утвержденная последовательность действий.

Почему важны отдельно МВт, МВт·ч и продолжительность?

МВт измеряет мощность: скорость зарядки или разрядки системы. МВт·ч измеряет энергию: количество электроэнергии, доступное в течение определенного времени. Длительность связывает их. В упрощенном виде, полезная энергия, деленная на мощность разряда, дает количество часов работы при данной мощности, до учета потерь и требований к резерву.

Именно поэтому соотношение МВт и МВт·ч в системах хранения энергии на основе батарей — это вопрос проектирования, а не терминологии. Частотная характеристика может потребовать высокой мощности при ограниченном перемещении энергии. Вечернее переключение на возобновляемые источники энергии может потребовать более длительного периода разряда. Система, разработанная для одной задачи, может не иметь подходящего соотношения мощности к энергии для другой.

Соотношение МВт и МВт·ч для крупномасштабных систем хранения энергии на основе аккумуляторов необходимо оценивать в правильный момент времени. Выходная мощность системы управления питанием (PCS), потери в трансформаторах, вспомогательные нагрузки, диапазон полезного уровня заряда и резерв влияют на то, что поступает в сеть. Покупателям следует сравнивать гарантированную производительность при заданных условиях эксплуатации, а не только мощность шкафа.

Как осуществляется подключение и управление крупномасштабными системами хранения энергии на основе аккумуляторных батарей?

Электрическое соединение устанавливает физическую границу; архитектура управления определяет, как предприятие будет вести себя внутри этой границы. Оба элемента должны быть спроектированы в соответствии с одними и теми же сетевыми нормами, режимами работы и распределением ответственности.

Электрическое соединение и защита

Типичная схема подключения включает в себя аккумуляторные батареи или контейнеры, блоки управления питанием (PCS), трансформаторы, распределительные устройства среднего или высокого напряжения, защитные реле, счетчики, вспомогательное электропитание и интерфейс подстанции. Точная схема зависит от напряжения проекта, мощности, планировки площадки, резервирования и местных требований.

Система защиты должна изолировать неисправности без ненужных отключений по всей электросети. Измерения должны обеспечивать контроль за состоянием и работоспособностью оборудования. В условиях ограничений на экспорт электроэнергии управление обратной мощностью использует измерительные приборы и управляющую логику для определения направления и корректировки выходной мощности до превышения согласованного предела.

Диспетчеризация, надзор и ограничения оперативной деятельности

Системы управления энергоснабжением (EMS), системы управления зданием (SCADA), системы управления зданием (BMS) и системы управления питанием (PCS) образуют взаимосвязанные, но различные уровни управления. Подробное объяснение: роли PCS, BMS и EMS Это помогает предотвратить дублирование спецификаций. Затем SCADA добавляет контроль на уровне предприятия, доступ оператора, запись событий и связь с внешними системами управления.

В схеме управления следует определить ответственного за выполнение команд, ограничить приоритет, поведение при потере связи и возможность восстановления работоспособности после отключения. Также необходимо указать, регулируется ли активная мощность, реактивная мощность, напряжение, частота или коэффициент мощности. Аналогичные обозначения могут описывать различные функции.

Что ограничивает реальную производительность систем хранения данных в распределенных вычислительных сетях?

В крупномасштабных системах хранения энергии на основе аккумуляторов невозможно одновременно выделять одинаковую емкость для всех видов услуг. Энергия, зарезервированная для вечернего пика, становится недоступной для более раннего разряда, если не изменить расписание. Запас мощности, зарезервированный для регулирования частоты, может снизить объемы торговли энергией. Поэтому для оптимизации распределения услуг по группам необходимы четко определенные приоритеты.

Температура, состояние заряда, баланс элементов, старение, ограничения системы управления питанием (PCS), нагрузка трансформатора и вспомогательные потребности могут снижать выходную мощность. Повторные циклы изменяют полезную мощность. Перед утверждением схемы компоновки следует учитывать увеличение мощности, резерв, доступ для технического обслуживания и гарантии доступности.

Условия в энергосистеме создают еще одно ограничение. Условия подключения, правила рынка, связь или учет могут препятствовать предоставлению услуг электростанцией, которая в остальном способна это обеспечить. Функции формирования энергосистемы, поддержания напряжения и восстановления требуют отдельного проектирования и согласования.

Что должны определить разработчики перед выбором системы?

Перед сравнением оборудования проектная группа должна определить:

• основная услуга и любые второстепенные обязанности, связанные с получением дохода или обеспечением надежности;
• требуемая мощность в МВт, полезная мощность в МВт·ч, продолжительность разряда и резервное состояние заряда;
• ожидаемые циклы, схема нарастания напряжения и входное напряжение зарядки;
• Напряжение сети, точка подключения, пределы экспорта и область защиты;
• требования к активной мощности, реактивной мощности, напряжению и коэффициенту мощности;
• Интерфейсы EMS и SCADA, поведение при потере связи и права собственности на данные;
• экологические ограничения, терморегулирование, противопожарная защита и доступ к инженерным сетям;
• Предположения о деградации, стратегия расширения возможностей и метод тестирования производительности.

В компании SUNWAY мы используем эти проектные данные для сужения области применения архитектуры до выбора характеристик оборудования. Разработчики могут провести более широкий анализ. Варианты крупномасштабного хранения энергии как только станет ясно, каков режим работы и взаимодействие с электросетью.

Заключение

Крупномасштабные системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей поддерживают современные энергосистемы, перемещая энергию во времени и изменяя мощность в ответ на потребности сети. Их эффективность зависит не только от емкости батареи. Возможности системы управления энергоснабжением (PCS), трансформаторы, защита, системы управления, учет потребления, стратегия резервирования и одобрение со стороны сети — все это влияет на конечный результат.

Успешный проект начинается с определения услуги, реалистичного соотношения МВт-к-МВтч и четкой иерархии управления. Для поддержки преобразования этих требований в системную архитектуру, Обсудите необходимые режимы работы с нашей проектной группой..

Часто задаваемые вопросы

В: Как работает крупномасштабное хранение энергии в аккумуляторных батареях?

A: Зарядка осуществляется от сети или электростанции, энергия накапливается в батареях, а разрядка — через систему управления питанием (PCS) по команде. Системы EMS и SCADA координируют работу устройства, а система управления батареями (BMS) поддерживает работу в безопасных пределах заряда батареи.

В: Каким образом крупномасштабные системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей подключаются к электросети?

А: Обычно проект подключается через оборудование PCS, трансформаторы, распределительные устройства, защитные реле, счетчики и определенную точку подключения. Проектирование зависит от напряжения, мощности, местных правил электросети, защиты и требуемых услуг.

В: Почему при выборе накопителя энергии для электросети необходимы значения как в МВт, так и в МВт·ч?

А: МВт обозначает мощность зарядки или разрядки. МВт·ч обозначает накопленную энергию за определенный период времени. Оба параметра необходимы, поскольку быстрые услуги электросети и более длительные перераспределения энергии предъявляют разные требования к мощности, энергии, резерву и цикличности.