Преди да обсъдим архитектурата на системата за съхранение на енергия от батерии (BESS) и типовете батерии, първо трябва да се съсредоточим върху най-често използваната терминология в тази област. Няколко важни параметъра описват поведението на системите за съхранение на енергия от батерии.
Капацитет [Ah]: Максималният електрически заряд, който системата е в състояние да осигури на прикрепения товар при разумно напрежение. Технологията на батерията оказва значително влияние върху този параметър, чиято стойност е зададена за определен разряден ток и температура.
Номинална енергия [Wh]:Това е общата енергия, произведена между състоянията на пълно зареждане и пълно разреждане. Това е еквивалентно на напрежението на батерията, умножено по капацитета. Температурата и токът също оказват влияние, тъй като капацитетът го определя.
Мощност [W]:Определянето на изходната мощност на BESS е трудно, защото разчита на прикрепения товар. Независимо от това, номиналната мощност представлява мощността в най-типичния сценарий на разреждане.
Специфична енергия [Wh/kg]:Това показва капацитета за съхранение на енергия на батерията спрямо масата.
Скалата, използвана за определяне на продължителността на зареждане и разреждане, се наричаC Rate. Токът на разреждане ще изтощи напълно батерията за един час при 1C.
Зареждане/разреждане/зареждане ецикъл. Няма съгласувана дефиниция за това какво е цикъл.
Батерияцикъл животе общият брой цикли, които може да произведе.
МО: Дълбочина на изпразване. Пълното разреждане е 100%;
Състояние на заряд (SoC,%):Нивото на заряд на батерията се обозначава с това число.
Терминът "кулонова ефективност" се отнася до способността на батерията да предава заряда ефективно. Това е съотношението заряд, необходим за връщане към първоначалното състояние на заряд спрямо количеството заряд (Ah), освободено по време на фазата на разреждане. С изключение на оловно-киселинната технология, най-обикновените батериите имат ефективност, която е сравнима с тази.
Основните видове електрохимични системи за съхранение на енергия
Съществуват множество батерийни системи, всяка базирана на уникална комбинация от химически компоненти и процеси. Оловно-киселинните и литиево-йонните батерии в момента са най-широко използваните типове, но батериите на базата на поток, никел и сяра също имат място на този пазар. Ще прегледаме бързо основните предимства на най-популярните технологии за батерии.
Ние използваме тези батерии редовно. Основната клетка на тази батерия се състои от биоксиден или оловен положителен електрод и отрицателен оловен електрод. Електролитът е разтвор на сярна киселина във вода.
Основните предимства на тези батерии са тяхната достъпност и напреднало технологично състояние.
Никел-кадмиеви (Ni-Cd) батерии
Преди технологията за литиеви батерии да бъде широко използвана, този тип батерии са служили като основен източник на захранване за преносими устройства в продължение на няколко години.
Тези батерии осигуряват висока мощност и бързо време за презареждане.
Подобрението на тези батерии е представено от никел-метал-хидридна (NiMH) технология, която може да осигури около 40% по-висока специфична енергия от стандартната NiCd.
Литиево-йонни (Li-Ion) батерии
От всички метали литият има най-висока специфична енергия и е най-лек. Литиево-металните анодни акумулаторни батерии имат капацитета да осигурят невероятно висока енергийна плътност.
Има и други ограничения. Например, развитието на дендрити върху анода по време на циклиране е уместно ограничение. Това може да доведе до прекъсване на захранването, което може да повиши температурата и да повреди батерията.
Съставът на BESS
Различни „нива“, както логически, така и физически, съставят BESS. Всяка уникална физическа част се нуждае от собствена система за управление.
Ето обобщение на тези ключови етапи:
Батерийната система се състои от различни батерийни пакети и множество батерии, които са свързани една с друга, за да се постигнат желаните нива на напрежение и ток.
Системата за управление на батерията регулира подходящото функциониране на всяка клетка, за да позволи на системата да функционира в диапазон на напрежение, ток и температура, който е безопасен за отличното здраве на батериите, а не за системата като цяло. Освен това статусът на зареждане във всяка клетка се регулира и балансира по този начин.
За да преобразуват мощността в променлив ток, инверторите са свързани към акумулаторната система. Специализиран електронен нивелир, известен като PCS (система за преобразуване на мощност), присъства във всеки BESS. Обикновено се групира в единица за преобразуване заедно с всички спомагателни услуги, необходими за подходящ мониторинг.
Системата и мониторингът и контролът на енергийния поток (система за управление на енергията) са следните стъпки. Системата за надзорен контрол и събиране на данни или SCADA система често включва общи функции за наблюдение и контрол. От друга страна, системата за енергиен мениджмънт е специално проектирана да наблюдава потока на мощност в съответствие с изискванията на приложението.
Трансформаторната връзка за средно напрежение/ниско напрежение и, в зависимост от размера на системата, трансформаторът за високо напрежение/средно напрежение в специална подстанция са последните връзки.
PV модул и интеграция на BESS
Възобновяемите енергийни източници са готови да окажат значително въздействие върху електрическите системи в бъдеще, както беше обсъдено в първата част от тази серия. Както електрическата система, така и централата за възобновяема енергия могат да се възползват от интегрирането на BESS с възобновяем енергиен източник.
Следното обяснява различните начини, по които BESS може да помогне на електроцентрала:
За да се постигне по-стабилна и предвидима крива на генериране, това би компенсирало „променливостта“ на профила на генериране под облачна покривка или резки пикове на мощността. Контрастът между кривата на генериране на фотоволтаична инсталация в облачен ден и такъв с ясно небе е показан на Фигура 4. Генерирането би показало по-малко "трептене" с интегрирането на BESS, давайки по-правилна крива.
Кривата на генериране ще се "изглади" в резултат на пиковото бръснене (за повече информация относно пиковото бръснене прочетете предишната статия).
По отношение на поддръжката на мрежата и спомагателните услуги, BESS може да играе значителна роля в интегрирането на електроцентралата в електрическата мрежа, като предлага регулиране на честотата и управление на напрежението (заедно с компенсация на реактивната мощност) със значително по-малко въздействие върху електрическата система.
Освен гореспоменатите услуги, съществуват повече потенциални сътрудничества между фотоволтаични модули и системи за съхранение на енергия от батерии, като се започне с обмен на точка на свързване (POC). Тъй като BESS често се инсталира, за да „допълни“ фотоволтаичния модул, неговото присъствие не би могло да наложи допълнителна мощност в POC.
Допълнителни потенциални сътрудничества произтичат от решения, взети в архитектурата за това как фотоволтаичните модули се свързват с BESS. Съществуват поне три основни опции:
DC свързване: В тази опция се използва конкретен DC/DC преобразувател за свързване на BESS и PV от страната на DC на батериите и PV модулите, за да се стабилизира напрежението. С този метод цялата AC страна на централата ще споделя инверторите между PV модула и BESS (инверторът в този сценарий ще може да работи във всичките 4 квадранта на PQ диаграмата). Този избор е доста често срещан за жилищни приложения или в случай на малка инсталация (kW). В случай на голямо предприятие, BESS ще бъде разпределен по протежение на полето. Това обаче ще изисква специфична и скъпа логика за контролиране на постояннотоковото напрежение и заряда на всяка батерия.
AC свързване след инвертора: Този метод е сравним с предходния, но поставя точката на свързване на BESS и PV модула след инверторите. В този случай BESS и PV модулът ще имат всеки свой собствен инвертор. Тъй като няма нужда от допълнителна контролна логика за DC свързване, този метод е популярен и за жилищни приложения и може да се използва в големи инсталации за създаване на разпределен BESS.
AC свързване към POC:В това решение фотоволтаичният модул и BESS споделят само съоръжението за взаимно свързване, докато имат напълно разделени секции на ниво инсталация.