Înainte de a discuta despre arhitectura sistemului de stocare a energiei bateriei (BESS) și tipurile de baterii, trebuie să ne concentrăm mai întâi pe terminologia cea mai comună folosită în acest domeniu. Câțiva parametri importanți descriu comportamentele sistemelor de stocare a energiei bateriei.
Capacitate [Ah]: Sarcina electrică maximă pe care sistemul este capabil să o furnizeze sarcinii atașate la o tensiune rezonabilă. Tehnologia bateriei are un impact semnificativ asupra acestui parametru, a cărui valoare este setată pentru un anumit curent de descărcare și temperatură.
Energia nominală [Wh]:Aceasta este energia totală produsă între stările de încărcare completă și descărcare completă. Este echivalent cu tensiunea bateriei înmulțită cu capacitatea. Temperatura și curentul au un impact de asemenea, deoarece capacitatea o determină.
Putere [W]:Definirea puterii de ieșire a unui BESS este dificilă, deoarece se bazează pe sarcina atașată. Cu toate acestea, puterea nominală reprezintă puterea în cel mai tipic scenariu de descărcare.
Energie specifică [Wh/kg]:Aceasta indică capacitatea de stocare a energiei bateriei în raport cu masa.
Scala folosită pentru a determina duratele de încărcare și descărcare se numeșteRata C. Curentul de descărcare va epuiza complet bateria într-o oră la 1C.
Încărcarea/descărcarea/încărcarea esteciclu. Nu există o definiție convenită a ceea ce este un ciclu.
A baterieiciclu de viațăeste numărul total de cicluri pe care le poate produce.
Dod: Adâncimea de descărcare. Descărcarea completă este de 100%;
Stare de încărcare (SoC,%):Nivelul de încărcare al bateriei este indicat de acest număr.
Termenul "eficienta coulombica" se referă la capacitatea bateriei de a transmite sarcina eficient. Este proporția de încărcare necesară pentru a reveni la starea inițială de încărcare la cantitatea de încărcare (Ah) eliberată în timpul fazei de descărcare. Cu excepția tehnologiei plumb-acid, cele mai obișnuite bateriile au o eficiență comparabilă cu aceasta.
Principalele tipuri de sisteme de stocare a energiei electrochimice
Există numeroase sisteme de baterii, fiecare bazat pe o combinație unică de componente și procese chimice. Bateriile plumb-acid și Li-ion sunt în prezent cele mai utilizate tipuri, dar bateriile pe bază de flux, nichel și sulf au și ele un loc pe această piață. Vom revizui rapid beneficiile cheie ale celor mai populare tehnologii de baterie.
Folosim aceste baterii în mod regulat. Celula de bază a acestei baterii este compusă dintr-un electrod pozitiv de bioxid sau plumb și un electrod de plumb negativ. Electrolitul este o soluție de acid sulfuric în apă.
Beneficiile principale ale acestor baterii sunt accesibilitatea lor și starea tehnologică avansată.
Baterii nichel-cadmiu (Ni-Cd).
Înainte ca tehnologia bateriilor cu litiu să fie utilizată pe scară largă, acest tip de baterie a servit ca sursă principală de energie pentru dispozitivele portabile timp de câțiva ani.
Aceste baterii oferă o putere mare și un timp de reîncărcare rapid.
O îmbunătățire a acestor baterii este reprezentată de tehnologia Nichel-metal-hidrură (NiMH), care poate furniza o energie specifică cu aproximativ 40% mai mare decât NiCd standard.
Baterii Litiu-Ion (Li-Ion).
Dintre toate metalele, litiul are cea mai mare energie specifică și este cea mai ușoară. Bateriile reîncărcabile cu anod metalic litiu au capacitatea de a oferi densități incredibil de mari de energie.
Există și alte restricții. De exemplu, dezvoltarea dendritelor pe anod în timpul ciclării este o restricție relevantă. Poate duce la o întrerupere a curentului, care ar putea crește temperatura și ar putea deteriora bateria.
Compoziția unui BESS
Diferite „niveluri”, atât logice, cât și fizice, alcătuiesc un BESS. Fiecare parte fizică unică are nevoie de propriul sistem de control.
Iată o descriere a acestor etape cheie:
Sistemul de baterii este alcătuit din diverse pachete de baterii și numeroase baterii care sunt conectate între ele pentru a atinge nivelul dorit de tensiune și curent.
Sistemul de management al bateriei reglează funcționarea adecvată a fiecărei celule pentru a permite sistemului să funcționeze într-un interval de tensiune, curent și temperatură care este sigur pentru sănătatea excelentă a bateriilor, mai degrabă decât pentru sistemul în ansamblu. În plus, starea de încărcare din fiecare celulă este ajustată și echilibrată prin aceasta.
Pentru a converti puterea în AC, invertoarele sunt atașate la sistemul de baterii. Un nivel electronic de putere specializat cunoscut sub numele de PCS (sistem de conversie a puterii) este prezent în fiecare BESS. De obicei, este grupat într-o unitate de conversie împreună cu toate serviciile auxiliare necesare pentru o monitorizare adecvată.
Sistemul și monitorizarea și controlul fluxului de energie (sistemul de management al energiei) sunt următorii pași. Sistemul de control de supraveghere și achiziție de date, sau sistemul SCADA, include adesea funcții generale de monitorizare și control. Pe de altă parte, sistemul de management al energiei este conceput special pentru a monitoriza fluxul de putere în conformitate cu cerințele aplicației.
Conexiunea transformatorului de medie/joasă tensiune și, în funcție de dimensiunea sistemului, transformatorul de înaltă/medie tensiune de la o stație dedicată sunt ultimele conexiuni.
Modul PV și integrarea BESS
Sursele de energie regenerabilă sunt pe cale să aibă un impact semnificativ asupra sistemelor electrice în viitor, așa cum se discută în prima parte a acestei serii. Atât sistemul electric, cât și centrala de energie regenerabilă pot beneficia de integrarea unui BESS cu o sursă de energie regenerabilă.
Următoarele explică diferitele moduri în care un BESS ar putea asista o centrală electrică:
Pentru a obține o curbă de generare mai stabilă și mai previzibilă, aceasta ar compensa „volatilitatea” profilului de generație sub acoperire de nor sau vârfuri bruște de putere. Contrastul dintre curba generației unei centrale fotovoltaice într-o zi înnorată și una cu cer senin este afișat în Figura 4. Generația ar prezenta mai puțin „pâlpâire” cu integrarea unui BESS, producând o curbă mai regulată.
Curba de generație se va „netezi” ca urmare a bărbieritului de vârf (pentru mai multe despre barbierirea de vârf, citiți articolul anterior).
În ceea ce privește suportul rețelei și serviciile auxiliare, BESS poate juca un rol semnificativ în integrarea centralei electrice în rețeaua electrică, oferind reglarea frecvenței și managementul tensiunii (împreună cu compensarea puterii reactive) cu un impact semnificativ mai mic asupra sistemului electric.
În afară de serviciile menționate mai sus, există mai multe potențiale colaborări între modulele fotovoltaice și sistemele de stocare a energiei bateriei, începând cu schimbul punctului de conectare (POC). Deoarece un BESS este instalat frecvent pentru a „complementa” modulul fotovoltaic, prezența acestuia nu ar putea necesita putere suplimentară la POC.
Potențialele colaborări suplimentare provin din deciziile luate în arhitectura modului în care modulele fotovoltaice se conectează la un BESS. Există cel puțin trei opțiuni principale:
Cuplaj DC: În această opțiune, un anumit convertor DC/DC este utilizat pentru a conecta BESS și PV pe partea DC a bateriilor și modulelor PV pentru a stabiliza tensiunea. Cu această metodă, toată partea AC a centralei va împărți invertoarele între modulul PV și BESS (invertorul în acest scenariu va putea funcționa în toate cele 4 cadrane ale diagramei PQ). Această alegere este destul de comună pentru rezidențiale. aplicatii, sau in cazul unei centrale mici (kW). În cazul unei uzine de mari dimensiuni, BESS-ul va fi distribuit de-a lungul câmpului. Cu toate acestea, va necesita o logică specifică și costisitoare pentru a controla tensiunea DC și încărcarea fiecărui pachet de baterii.
Cuplaj AC după invertor: Această metodă este comparabilă cu cea precedentă, dar plasează punctul de cuplare BESS și modulul fotovoltaic după invertoare. În acest caz, BESS și modulul PV vor avea fiecare propriul lor invertor dedicat. Deoarece nu este nevoie de logica de control suplimentară pentru cuplarea DC, această metodă este populară și pentru aplicații rezidențiale și poate fi utilizată în instalații mari pentru a crea un BESS distribuit.
Cuplaj AC la POC:În această soluție, modulul fotovoltaic și BESS împart doar facilitatea de interconectare, în timp ce au secțiuni complet separate la nivel de centrală.