Основи накопичення енергії: Практичний посібник із сучасних систем накопичення енергії

Зі зростанням глобального впровадження відновлюваної енергетики, системи накопичення енергії (ESS) перетворилися з необов'язкових доповнень на основну інфраструктуру сучасних енергетичних систем. Від стабілізації мережі та інтеграції відновлюваних джерел енергії до оптимізації комерційних витрат на енергію, накопичення енергії тепер відіграє вирішальну роль у всьому ланцюжку створення вартості в енергетиці.

Ця стаття пропонує вичерпний, інженерно-орієнтований вступ до накопичення енергії, охоплюючи основні концепції, архітектуру системи, ключові параметри та реальні застосування, а також практичні поради від GSL ENERGY, світового виробника та постачальника рішень для накопичення енергії.

1. Що таке накопичення енергії?

Зберігання енергії — це процес захоплення енергії в певний момент часу та її зберігання для подальшого використання. В енергетичному секторі це зазвичай означає накопичення електричної енергії, де електроенергія перетворюється на інші форми енергії, такі як:

Хімічна енергія

Потенційна енергія

Кінетична енергія

Електромагнітна енергія

— а пізніше, за потреби, перетворюватися назад на електроенергію.

Накопичення енергії саме по собі не є відновлюваним джерелом енергії, але масштабна інтеграція відновлюваної енергетики неможлива без нього.

2. Електрохімічні системи накопичення енергії (основна технологія)

2 .1 Принцип дії

Системи електрохімічного накопичення енергії базуються на оборотних окисно-відновних реакціях для перетворення електричної енергії в хімічну і навпаки. Ця категорія наразі домінує на світовому ринку накопичувачів завдяки своїй масштабованості, ефективності та швидкій реакції.

2.2 Основні компоненти системи

Повний електрохімічний ESS зазвичай включає:

Система акумуляторів

Система керування акумуляторами (BMS)

Система перетворення енергії (PCS)

Система енергоменеджменту (СЕМ)

Системи терморегуляції, пожежної безпеки, зв'язку та допоміжних електричних систем

Сьогодні літій-іонні акумулятори, особливо літій-залізофосфатні (LiFePO₄), є домінуючою технологією стаціонарного накопичення енергії.

3. Що таке комерційне та промислове (C&I) накопичення енергії ?

Комерційне та промислове накопичення енергії стосується СЕУ, встановлених на стороні лічильника клієнта, які безпосередньо обслуговують промислових та комерційних споживачів електроенергії.

Зберігання даних C&I принципово орієнтоване на користувача, зосереджуючись на економічній оптимізації та енергетичній стійкості.

4. Ключові характеристики накопичення енергії C&I

На відміну від електростанцій комунального масштабу, розроблених для мережевих послуг, C&I ESS зазвичай пріоритезують:

Зменшення піків та заповнення западин

Арбітраж електроенергії на основі часу використання (TOU)

Зниження плати за попит

Збільшення власного споживання фотоелектричних систем

Резервне живлення для критичних навантажень

Операційна мета полягає в максимізації економічної віддачі для споживача при одночасному забезпеченні надійності електропостачання.

5. Архітектура системи: зв'язок за змінним струмом та зв'язок за постійним струмом

Системи змінного струму

Широко прийнятий

Легка інтеграція з існуючими фотоелектричними системами

Висока гнучкість для проектів модернізації

Системи, пов'язані з постійним струмом

Вища ефективність системи

Ідеально підходить для нових проектів фотоелектричних систем та систем зберігання даних

Поширене в інтегрованих рішеннях для сонячного накопичення енергії

GSL ENERGY підтримує обидві архітектури, забезпечуючи налаштування на системному рівні відповідно до вимог проекту.

6. Типові сценарії застосування

Системи накопичення енергії C&I широко використовуються в:

Промислові парки

Комерційні комплекси

Центри обробки даних

Базові станції телекомунікацій

Лікарні

Освітні заклади

Офісні будівлі

Житлові громади

7. Основні компоненти системи накопичення енергії C&I

Стандартна система кібербезпеки та інтелекту (ESS) включає:

Акумуляторні стелажі або шафи

BMS (безпека та моніторинг акумуляторів)

PCS (двонаправлене перетворення потужності)

EMS (енергетичне диспетчеризація та оптимізація)

Системи електрозахисту, пожежогасіння та дистанційного моніторингу

Системи повинні підтримувати функції захисту від перенапруги, перевантаження по струму, короткого замикання, терморегулювання та аварійного вимкнення.

8. Розуміння рейтингів систем накопичення енергії

Приклад: 0,5 МВт / 1,305 МВт·год ESS

0.5 MW Максимальна потужність заряду/розряду

1,305 МВт·год : Встановлена ​​енергетична потужність

При температурі 0,5 °C система може працювати на повній потужності приблизно 2,6 години.

9. Структура акумуляторної системи

Акумуляторний елемент : найменший електрохімічний блок

Модуль/блок батареї : Зібраний з кількох елементів

Стійка / кластер акумуляторів : кілька модулів, що утворюють блок зберігання

GSL ENERGY проектує модульні акумуляторні системи для підтримки масштабованого розширення ємності та спрощеного обслуговування.

10. Пояснення ключових параметрів акумулятора

Ємність акумулятора (Аг)

Показує загальний заряд, який може зберігати акумулятор.

Енергія батареї (Вт·год)

Представляє загальну накопичену енергію:

Енергія (Вт·год) = Напруга (В) × Ємність (А·год)

11. Глибина скидання (DoD)

Міністерство оборони США вимірює, яка частина номінальної ємності акумулятора використовується протягом циклу.

Неглибокий цикл: 10–30%

Середній цикл: 40–70%

Глибокий цикл: 80–95%

Вищий рівень Міністерства оборони США забезпечує краще використання енергії, але це має бути збалансовано з оптимізацією життєвого циклу.

12. Ефективність заряджання/розряджання

Більшість літій-іонних ESS досягають ККД 87–91%, що відображає втрати енергії на рівні системи.

13. C-Rate (швидкість заряду/розряду)

C-rate визначає, як швидко заряджається або розряджається акумулятор відносно його ємності, і є критичним параметром конструкції для різних сценаріїв застосування.

14. Ефективність на системному рівні

Згідно з міжнародними стандартами, ефективність системи нижча, ніж ефективність роботи лише від батарей, через:

Споживання допоміжної енергії

Втрати силової електроніки

Термічні навантаження

15. Коефіцієнт використання активів

Цей показник відображає ефективність використання сховища з часом і є важливим для оцінки економічної ефективності проекту.

16. Деградація та життєвий цикл акумулятора

Кінець терміну служби зазвичай визначається як 80% залишкової ємності

Для акумуляторів LiFePO₄:

Деградація протягом першого року: ~5–6%

Щорічна деградація після цього: ~1–2%

GSL ENERGY проектує системи для довгострокової експлуатаційної стабільності, що підтримуються вибором комірок, логікою BMS та стратегіями терморегуляції.

17. РоліBMS , екстрена медична допомога та система поліклініки

BMS (датчик рівня) : безпека, моніторинг, балансування

EMS (рівень прийняття рішень) : оптимізація енергії, планування, перемикання стратегій

PCS (рівень виконання) : перетворення змінного/постійного струму та керування живленням

Разом вони утворюють «нервову систему» ​​системи накопичення енергії.

18. Огляд основних технологій накопичення енергії

19. Перспектива GSL ENERGY: Зберігання як системна інженерія

З точки зору GSL ENERGY, накопичення енергії — це не лише акумулятори. Це інженерна дисципліна системного рівня, яка об'єднує:

Вибір клітинної хімії

Модульна конструкція системи

Інтелектуальна логіка BMS та EMS

Теплотехніка та інженерія безпеки

Сумісність з мережею та довгострокова надійність

Як світовий виробник та постачальник рішень для енергозберігаючих систем (ESS), GSL ENERGY пропонує рішення для зберігання даних у житлових, комерційних, промислових та комунальних підприємствах, підтримуючи OEM, ODM та індивідуальне розгортання систем по всьому світу.

Висновок: Зберігання енергії як основа нової енергетичної системи

Оскільки проникнення відновлюваних джерел енергії продовжує зростати, накопичення енергії стало стабілізатором, оптимізатором та засобом забезпечення сучасних енергетичних систем.

Розуміння накопичення енергії означає розуміння того, як насправді працює майбутня енергетична система.