Hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện hỗ trợ các hệ thống điện hiện đại như thế nào?

Hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện là một tài sản hệ thống điện có thể điều khiển được, có khả năng hấp thụ điện năng, lưu trữ để sử dụng sau này và trả lại khi lưới điện cần năng lượng hoặc khi có sự thay đổi về công suất. Vai trò của nó không chỉ giới hạn ở việc lưu trữ điện năng dư thừa từ năng lượng mặt trời hoặc gió. Một dự án cũng có thể tuân theo các chỉ dẫn điều độ, hỗ trợ tần số hoặc điện áp, quản lý các ràng buộc cục bộ hoặc dự trữ công suất cho các sự kiện vận hành cụ thể. Câu hỏi quan trọng không chỉ đơn giản là pin có kích thước bao nhiêu, mà là công suất, năng lượng, hệ thống điều khiển và kết nối lưới điện của nó hoạt động cùng nhau như thế nào.

Điều gì làm cho hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện trở nên khác biệt?

Hệ thống lưu trữ thương mại thường phục vụ cho một tòa nhà, nhà máy hoặc khu phức hợp nằm phía sau đồng hồ đo điện của khách hàng. Hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện thường hoạt động như một thiết bị đặt trước đồng hồ đo điện hoặc là một phần của nhà máy điện. Các quyết định sạc và xả của hệ thống có thể tuân theo hướng dẫn của công ty điện lực, lịch trình thị trường, sản lượng năng lượng tái tạo hoặc điều kiện mạng lưới chứ không phải chỉ dựa trên hóa đơn tiền điện của một địa điểm cụ thể.

Sự khác biệt dựa trên nhiệm vụ và kết nối, chứ không phải một ngưỡng công suất chung. Một hệ thống pin lưu trữ lớn tại nhà máy có thể được đặt phía sau đồng hồ đo điện, trong khi một hệ thống nhỏ hơn tại một trạm biến áp có hạn chế về công suất có thể thực hiện chức năng của lưới điện. Các quy tắc về bảo vệ, đo lường, thiết kế máy biến áp, thông tin liên lạc và kết nối đều ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của hệ thống.

Dòng điện di chuyển như thế nào trong hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) quy mô lưới điện?

Nguồn điện đi theo đường dẫn điện, trong khi các lệnh điều khiển đi theo đường dẫn điều khiển. Cả hai phải được phối hợp nhịp nhàng. Một lệnh hợp lệ không thể tạo ra phản hồi như mong muốn nếu pin, bộ chuyển mạch nguồn (PCS), máy biến áp, thiết bị đóng cắt hoặc kết nối lưới điện đã đạt đến giới hạn.

Đường sạc

Trong quá trình sạc, điện năng có thể được lấy từ lưới điện hoặc từ nhà máy điện mặt trời hoặc điện gió gần đó. Trong cấu hình ghép nối AC, điện xoay chiều (AC) đi đến hệ thống chuyển đổi điện năng thông qua thiết bị kết nối. Hệ thống chuyển đổi điện năng (PCS) sẽ chuyển đổi nó thành điện một chiều (DC) trong giới hạn điện áp và dòng điện của pin. Các nhà máy năng lượng tái tạo ghép nối DC sử dụng một đường dẫn chuyển đổi khác. Hệ thống quản lý pin kiểm tra điện áp, nhiệt độ, dòng điện, trạng thái sạc và các lỗi của từng cell pin trước khi cho phép yêu cầu sạc.

Việc tính phí không phải lúc nào cũng gắn liền với giá thấp. Một nhà máy có thể hấp thụ sản lượng năng lượng tái tạo mà lẽ ra sẽ bị cắt giảm, tuân theo lịch trình phân bổ công suất, hoặc tạo ra khoảng trống trước khi đạt đỉnh sản lượng dự kiến. Mục tiêu xác định lượng công suất cần phải luôn sẵn có.

Đường xả

Trong quá trình xả, hoạt động đảo ngược. Pin cung cấp nguồn điện DC trong giới hạn do hệ thống quản lý pin (BMS) đặt ra. Bộ chuyển đổi nguồn (PCS) chuyển đổi nguồn điện đó thành nguồn điện AC tương thích với lưới điện và điều khiển công suất tác dụng và phản kháng. Điện sau đó đi qua thiết bị đóng cắt, thiết bị đo lường, thiết bị bảo vệ và thường là máy biến áp tăng áp trước khi đến trạm biến áp hoặc điểm kết nối.

Nhà máy không thể đơn giản xuất khẩu bất kỳ giá trị nào được yêu cầu. Công suất định mức của hệ thống điện lưới (PCS), tình trạng pin, dung lượng máy biến áp, mức tiêu thụ điện phụ trợ, cài đặt bảo vệ và thỏa thuận kết nối sẽ xác định giới hạn thực tế. Công suất định mức không đủ để xác nhận công suất có thể cung cấp tại điểm kết nối lưới điện.

Đường điều khiển

Một công ty điện lực, nền tảng thị trường hoặc bộ điều khiển nhà máy có thể đưa ra mục tiêu vận hành. Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) chuyển đổi mục tiêu đó thành lệnh sạc, xả, chế độ chờ hoặc dự trữ. Hệ thống điều khiển và giám sát (SCADA) cung cấp trạng thái nhà máy, cảnh báo và thông tin liên lạc cho người vận hành. Hệ thống quản lý pin (BMS) xác định giới hạn an toàn của pin, và hệ thống điều khiển chuyển mạch (PCS) thực thi lệnh đã được phê duyệt.

Nếu yêu cầu của hệ thống quản lý năng lượng (EMS) vượt quá công suất cho phép dựa trên nhiệt độ pin hoặc trạng thái sạc, giới hạn an toàn sẽ được ưu tiên. Mục tiêu lưới điện không thể ghi đè lên cơ chế bảo vệ pin. Thứ tự ưu tiên tương tự áp dụng cho công suất phản kháng, điện áp, điều khiển hệ số công suất và giới hạn xuất khẩu.

Những ứng dụng lưu trữ năng lượng lưới điện nào cần các chế độ vận hành khác nhau?

Các ứng dụng lưu trữ năng lượng lưới điện không đặt ra yêu cầu tương tự đối với pin. Một số ứng dụng truyền tải năng lượng trong nhiều giờ, trong khi những ứng dụng khác yêu cầu thay đổi công suất thường xuyên. Bản đặc tả dự án cần xác định nhiệm vụ chính và giải thích cách các nhiệm vụ phụ chia sẻ dung lượng.

chuyển đổi năng lượng và tích hợp năng lượng tái tạo

Hệ thống lưu trữ năng lượng tích trữ điện năng trong một khoảng thời gian và giải phóng nó trong khoảng thời gian khác. Với năng lượng mặt trời hoặc gió, pin có thể hấp thụ một phần lượng điện dư thừa và xả điện sau khi sản lượng giảm. Giá trị của hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện cho năng lượng tái tạo phụ thuộc vào sản lượng điện, công suất lưới điện, việc cắt giảm sản lượng, các quy tắc điều độ và thời gian hoạt động.

Việc lưu trữ năng lượng tái tạo bằng pin không làm cho quá trình phát điện biến đổi trở nên liên tục. Năng lượng lưu trữ là hữu hạn, và các giai đoạn sản lượng thấp kéo dài có thể vượt quá thời gian xả điện dự kiến. Dự báo và thiết lập mức dự trữ vẫn rất quan trọng.

Đáp ứng tần số và dự trữ vận hành

Hỗ trợ tần số đòi hỏi phải thay đổi công suất tác dụng để đáp ứng tín hiệu từ lưới điện. Hệ thống có thể tăng xả, giảm sạc hoặc hấp thụ thêm công suất, tùy thuộc vào sự kiện và quy tắc thị trường. Dự trữ vận hành cũng yêu cầu phải giữ lại công suất thay vì sử dụng cho giao dịch năng lượng thông thường.

Các dịch vụ này cần có hệ thống điều khiển được phê duyệt, liên lạc đáng tin cậy, hệ thống đo lường phù hợp và khoảng dự trữ năng lượng ở cả hai chiều. Một viên pin đã đầy không thể hấp thụ thêm nhiều năng lượng, trong khi một viên pin ở trạng thái sạc tối thiểu không thể tiếp tục xả thêm.

Điện áp và hỗ trợ mạng

Hệ thống điều khiển lưới điện (PCS) có thể điều chỉnh công suất phản kháng hoặc hướng tới mục tiêu điện áp hoặc hệ số công suất khi thiết bị và thỏa thuận lưới điện cho phép. Công suất tác dụng và công suất phản kháng là các biến điều khiển riêng biệt. Điều khiển hệ số công suất là mục tiêu đạt được chủ yếu bằng cách thay đổi công suất phản kháng; nó không thay thế việc điều phối công suất tác dụng.

Các ứng dụng lưu trữ năng lượng lưới điện khác bao gồm công suất đỉnh, quản lý tắc nghẽn và điều khiển tăng giảm công suất. Khởi động lại hệ thống do mất điện, vận hành độc lập và chuyển đổi liền mạch không thể được coi là điều hiển nhiên. Chúng đòi hỏi khả năng tạo lưới, thiết bị chuyển mạch, logic bảo vệ, nguồn điện phụ trợ và trình tự được phê duyệt.

Tại sao MW, MWh và thời lượng lại quan trọng riêng biệt?

MW đo công suất: tốc độ sạc hoặc xả của hệ thống. MWh đo năng lượng: lượng điện năng có sẵn trong một khoảng thời gian nhất định. Thời gian hoạt động liên kết chúng với nhau. Ở mức độ đơn giản, năng lượng sử dụng được chia cho công suất xả sẽ cho ra số giờ hoạt động ở công suất đó, trước khi tính đến tổn thất và yêu cầu dự trữ.

Đây là lý do tại sao MW so với MWh trong lưu trữ pin là vấn đề thiết kế dự án hơn là vấn đề thuật ngữ. Đáp ứng tần số có thể yêu cầu công suất cao với lượng năng lượng truyền tải hạn chế. Việc chuyển đổi sang nguồn năng lượng tái tạo vào buổi tối có thể yêu cầu thời gian xả dài hơn. Một hệ thống được thiết kế cho một nhiệm vụ có thể không có tỷ lệ công suất trên năng lượng phù hợp cho nhiệm vụ khác.

Việc so sánh MW với MWh đối với hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện cần được thực hiện đúng thời điểm. Sản lượng của bộ chuyển đổi nguồn, tổn thất máy biến áp, tải phụ trợ, phạm vi trạng thái sạc khả dụng và dự trữ đều ảnh hưởng đến lượng điện được đưa vào lưới. Người mua nên so sánh hiệu suất được đảm bảo trong các điều kiện vận hành xác định, chứ không chỉ dựa vào dung lượng của tủ điện.

Hệ thống lưu trữ pin quy mô lớn được kết nối và điều khiển như thế nào?

Kết nối điện thiết lập ranh giới vật lý; kiến ​​trúc điều khiển xác định cách thức hoạt động của nhà máy trong phạm vi đó. Cả hai phải được thiết kế dựa trên cùng một quy định về lưới điện, nhiệm vụ vận hành và sự phân chia trách nhiệm.

Kết nối và bảo vệ điện

Hệ thống kết nối điển hình bao gồm các hộp hoặc vỏ đựng pin, các thiết bị PCS, máy biến áp, thiết bị đóng cắt trung hoặc cao áp, rơle bảo vệ, đồng hồ đo, nguồn điện phụ trợ và giao diện trạm biến áp. Cách bố trí cụ thể phụ thuộc vào điện áp, công suất, bố cục địa điểm, tính dự phòng và các yêu cầu địa phương của dự án.

Hệ thống bảo vệ cần cách ly các sự cố mà không gây ra hiện tượng ngắt mạch toàn bộ nhà máy không cần thiết. Hệ thống đo lường phải hỗ trợ việc thanh toán và kiểm tra hiệu suất. Trong trường hợp xuất khẩu bị hạn chế, điều khiển công suất ngược sử dụng đồng hồ đo và mạch logic điều khiển để phát hiện hướng và điều chỉnh sản lượng trước khi vượt quá giới hạn đã thỏa thuận.

Điều phối, giám sát và giới hạn hoạt động

EMS, SCADA, BMS và PCS tạo thành các lớp điều khiển liên kết nhưng riêng biệt. Một lời giải thích rõ ràng về vai trò của PCS, BMS và EMS Giúp ngăn ngừa sự trùng lặp các thông số kỹ thuật. Hệ thống SCADA sau đó bổ sung thêm chức năng giám sát cấp nhà máy, quyền truy cập của người vận hành, ghi lại sự kiện và giao tiếp với các hệ thống điều khiển bên ngoài.

Thiết kế hệ thống điều khiển cần xác định quyền sở hữu lệnh, mức độ ưu tiên giới hạn, hành vi khi mất kết nối và khả năng khôi phục hoạt động sau sự cố. Nó cũng cần nêu rõ liệu công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp, tần số hay hệ số công suất đang được điều khiển. Các nhãn tương tự có thể mô tả các nhiệm vụ khác nhau.

Những yếu tố nào hạn chế hiệu năng lưu trữ lưới điện trong thực tế?

Hệ thống lưu trữ pin quy mô lớn không thể phân bổ cùng một công suất cho mọi dịch vụ cùng một lúc. Năng lượng dự trữ cho giờ cao điểm buổi tối sẽ không khả dụng cho việc xả điện sớm hơn trừ khi lịch trình thay đổi. Khoảng dự trữ cho việc điều chỉnh tần số có thể làm giảm khối lượng giao dịch năng lượng. Do đó, việc xếp chồng các dịch vụ cần có các ưu tiên rõ ràng.

Nhiệt độ, trạng thái sạc, cân bằng pin, lão hóa, giới hạn của hệ thống chuyển đổi điện áp (PCS), tải máy biến áp và nhu cầu phụ trợ đều có thể làm giảm sản lượng. Chu kỳ sạc/xả lặp lại làm thay đổi công suất khả dụng. Việc tăng công suất, dự trữ, khả năng tiếp cận bảo trì và đảm bảo tính khả dụng cần được xem xét trước khi cố định bố cục.

Các điều kiện lưới điện tạo ra một rào cản khác. Các điều khoản kết nối, quy tắc thị trường, thông tin liên lạc hoặc đo lường có thể ngăn cản một nhà máy đủ khả năng cung cấp dịch vụ. Hoạt động tạo lưới, hỗ trợ điện áp và chức năng khôi phục đòi hỏi kỹ thuật và phê duyệt riêng biệt.

Các nhà phát triển cần xác định những gì trước khi lựa chọn hệ thống?

Trước khi so sánh thiết bị, nhóm dự án cần xác định:

• Dịch vụ chính và bất kỳ nhiệm vụ phụ nào liên quan đến doanh thu hoặc độ tin cậy;
• Công suất MW yêu cầu, lượng điện MWh khả dụng, thời gian xả và trạng thái dự trữ điện năng;
• chu kỳ dự kiến, kiểu tăng giảm điện áp và công suất sạc;
• Điện áp lưới, điểm kết nối, giới hạn xuất khẩu và phạm vi bảo vệ;
• Các yêu cầu về công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp và hệ số công suất;
• Giao diện EMS và SCADA, hành vi mất kết nối và quyền sở hữu dữ liệu;
• các giới hạn về môi trường, quản lý nhiệt, phòng cháy chữa cháy và khả năng tiếp cận dịch vụ;
• Các giả định về sự suy giảm, chiến lược tăng cường và phương pháp kiểm tra hiệu năng.

Tại SUNWAY, chúng tôi sử dụng các thông tin đầu vào dự án này để thu hẹp phạm vi kiến ​​trúc trước khi lựa chọn công suất thiết bị. Các nhà phát triển có thể xem xét phạm vi rộng hơn. các lựa chọn lưu trữ năng lượng quy mô tiện ích khi nhiệm vụ vận hành và giao diện lưới điện đã được xác định rõ.

Phần kết luận

Hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện hỗ trợ các hệ thống điện hiện đại bằng cách truyền tải năng lượng theo thời gian và thay đổi công suất để đáp ứng nhu cầu của mạng lưới. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ dung lượng pin. Khả năng chuyển đổi công suất (PCS), máy biến áp, hệ thống bảo vệ, điều khiển, đo lường, chiến lược dự trữ và sự chấp thuận của lưới điện đều ảnh hưởng đến kết quả sử dụng được.

Một dự án hiệu quả bắt đầu với một dịch vụ được xác định rõ ràng, mối quan hệ MW-to-MWh thực tế và một hệ thống phân cấp chỉ huy rõ ràng. Để được hỗ trợ trong việc chuyển đổi những yêu cầu đó thành kiến ​​trúc hệ thống, Thảo luận về nhiệm vụ vận hành cần thiết với nhóm dự án của chúng tôi..

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Hệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện hoạt động như thế nào?

A: Hệ thống sạc từ lưới điện hoặc nhà máy phát điện, lưu trữ năng lượng trong pin và xả điện thông qua bộ chuyển mạch nguồn (PCS) khi được lệnh. Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) và hệ thống điều khiển và giám sát (SCADA) phối hợp mục tiêu, trong khi hệ thống quản lý pin (BMS) duy trì hoạt động trong giới hạn an toàn của pin.

Hỏi: Hệ thống lưu trữ pin quy mô lớn được kết nối với lưới điện như thế nào?

A: Một dự án thường kết nối thông qua thiết bị PCS, máy biến áp, thiết bị đóng cắt, rơle bảo vệ, đồng hồ đo và điểm kết nối được xác định. Thiết kế phụ thuộc vào điện áp, công suất, quy tắc lưới điện địa phương, bảo vệ và các dịch vụ cần thiết.

Hỏi: Tại sao cần cả MW và MWh khi xác định công suất lưu trữ lưới điện?

A: MW xác định công suất sạc hoặc xả. MWh xác định năng lượng được lưu trữ theo thời gian. Cả hai đều cần thiết vì dịch vụ lưới điện nhanh và việc chuyển đổi năng lượng dài hạn đòi hỏi các yêu cầu khác nhau về công suất, năng lượng, dự trữ và chu kỳ.