Uz priekšu aktīvi veicinot enerģijas pārveidi un enerģiski attīstot atjaunojamo enerģiju visā pasaulē, akumulatora enerģijas uzkrāšanas sistēma (BESS) kā galvenā tehnoloģija enerģijas piegādes un pieprasījuma līdzsvarošanai un enerģijas izmantošanas efektivitātes uzlabošanai ir arvien nozīmīgāka loma. Dziļai izpratnei par BESS pamatprincipiem un pamatkomponentiem ir būtiska, lai uztvertu tās pielietojumu un attīstības tendences enerģijas jomā.
BESS pamatprincipi
BESS darba princips ir balstīts uz akumulatora uzlādes un izlādes īpašībām. Vienkārši sakot, ja ir pārmērīgs elektroenerģijas padeves daudzums, piemēram, atjaunojamās enerģijas ražošanas maksimālajos periodos vai ārpustīkla elektrības patēriņa maksimālajiem periodiem, sistēma uzkrāj lieko enerģiju baterijās; Kad pieprasījums pēc elektrības pārsniedz piegādi, piemēram, maksimālā elektroenerģijas periodos vai ja atjaunojamās enerģijas ražošana nav pietiekama, baterijas atbrīvo uzglabātu elektrību, lai nodrošinātu enerģijas atbalstu tīklam vai lietotājiem. Šis process ir līdzīgs “elektrības bankai”, panākot elastīgu elektrības sadalījumu laikā un telpā.
Par piemēru uzskatot parasto litija jonu akumulatoru, tā uzlādes un izlādes process ietver litija jonu pārvietošanos starp pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem. Uzlādes procesa laikā litija joni izdalās no pozitīvā elektroda un caur elektrolītu iegulst negatīvā elektrodā; Izlādes laikā litija joni tiek atbrīvoti no negatīvā elektroda un caur elektrolītu atgriežas pozitīvā elektrodā, vienlaikus veidojot strāvu ārējā ķēdē, lai piegādātu slodzi. Šī atgriezeniskā ķīmiskā reakcija ļauj vairākkārt uzlādēt un izvadīt litija jonu baterijas, tādējādi sasniedzot elektriskās enerģijas uzkrāšanu un izdalīšanos. Dažādiem bateriju veidiem ir dažādi ķīmisko reakcijas mehānismi, bet pamata uzlādes un izlādes principi ir līdzīgi, un tie abi sasniedz enerģijas uzkrāšanas funkciju, savstarpēji pārveidojot starp ķīmisko enerģiju un elektrisko enerģiju.
BESS pamatkomponenti
Akumulatora komplekts: enerģijas uzglabāšanas serdes nesējs
Akumulatora komplekts ir BESS pamatkomponents, un tā veiktspēja tieši nosaka galvenos rādītājus, piemēram, enerģijas uzglabāšanas jaudu, lādēšanu un izvadīšanas efektivitāti, kā arī sistēmas cikla kalpošanas laiku. Pašlaik visplašāk izmantotais akumulatora tips tirgū ir litija jonu akumulatori, ieskaitot trīskāršu litija baterijas, litija dzelzs fosfāta baterijas utt. Trīskāršām litija baterijām ir augstas enerģijas blīvums, un tās var uzglabāt vairāk elektriskās enerģijas mazākā tilpumā un svarā, padarot tās piemērotas lietojumprogrammām, kas prasa lielu telpu un svaru, piemēram, elektrisko transportlīdzekļu un dažu nepilnīgu enerģijas glabāšanas projektiem. Litija dzelzs fosfāta baterijas ir plaši izmantotas liela mēroga enerģijas uzglabāšanas elektrostacijās, režģa sānu enerģijas uzkrāšanā un citos laukos to labās drošības, ilgā cikla kalpošanas un salīdzinoši zemo izmaksu dēļ.
Papildus litija jonu baterijām BESS sistēmā tiek izmantoti arī cita veida baterijas, piemēram, svina-skābes baterijas, niķeļa kadmija baterijas utt. Svina skābes baterijām ir zemu izmaksu un nobriedušas tehnoloģijas priekšrocības, taču to enerģijas blīvums ir zems, un to cikla kalpošanas laiks ir īss. Tos galvenokārt izmanto scenārijos, kad veiktspējas prasības nav augstas un izmaksas ir jutīgas. Niķeļa kadmija baterijas kādreiz bija izplatītas mazās enerģijas uzkrāšanas ierīcēs, taču tām ir tādas problēmas kā atmiņas efekts un salīdzinoši zems enerģijas blīvums, un to pielietojuma darbības joma pakāpeniski sarūk. Nepārtraukti izstrādājot tehnoloģiju, parādās arī jaunas akumulatoru tehnoloģijas, piemēram, cietvielu baterijas un nātrija jonu akumulatori, kas, domājams, nākotnē radīs augstākas veiktspējas un zemākas izmaksas BESS sistēmām.
Akumulatoru pārvaldības sistēma (BMS): viedais bateriju pārvaldnieks
Akumulatora pārvaldības sistēma (BMS) ir neaizstājama BESS daļa, kas kalpo kā akumulatora "viedais pārvaldnieks", kas atbild par dažādu parametru reāllaika uzraudzību un pārvaldību, lai nodrošinātu drošu un efektīvu akumulatora darbību. Galvenās BMS funkcijas ir akumulatora statusa uzraudzība, lādiņa un izlādes kontrole, līdzsvara pārvaldība un kļūdu diagnoze.
Runājot par akumulatora stāvokļa uzraudzību, BMS apkopo reālā laika parametrus, piemēram, spriegumu, akumulatora strāvu un temperatūru, izmantojot dažādus sensorus, un pārraida šos datus uz vadības sistēmu analīzei un apstrādei. Pārraugot šos parametrus, BM var precīzi novērtēt galvenos rādītājus, piemēram, akumulatora atlikušo lādiņu (SOC) un veselības stāvokli (SOH), nodrošinot lādiņa un izlādes kontroles pamatu. Runājot par uzlādes un izlādes kontroli, BMS precīzi kontrolē akumulatora uzlādes un izlādes procesu, pamatojoties uz tā statusu un sistēmas prasībām, izvairoties no tādām situācijām kā pārlādēšana, pārmērīga uzlādēšana un akumulatora drošības un darbības aizsardzība un aizsardzība. Piemēram, kad akumulatora spriegums sasniedz iestatīto lādēšanas izslēgšanas spriegumu, BM automātiski nogriezīs uzlādes ķēdi, lai novērstu akumulatora pārmērīgu uzlādi; Kad akumulatora temperatūra ir pārāk augsta, BMS aktivizēs dzesēšanas sistēmu vai pielāgos uzlādes un izlādes stratēģiju, lai samazinātu akumulatora temperatūru.
Sabalansēta vadība ir vēl viena svarīga BM funkcija. Sakarā ar atšķirībām ražošanas procesos un lietošanas vidē starp atsevišķām šūnām akumulatorā, uzlādes un izlādes procesa laikā var rasties neatbilstības, piemēram, parametru, piemēram, sprieguma, ietilpības un iekšējās pretestības, variācijas. Šī neatbilstība var samazināt akumulatora kopuma kopējo veiktspēju un saīsinātu cikla kalpošanas laiku. BMS izmanto līdzsvarotu pārvaldības funkciju, lai vienmērīgi uzlādētu un izlādētu atsevišķās šūnas akumulatorā, padarot katras šūnas stāvokļus parasti ir konsekventi un uzlabojot akumulatora kopuma kopējo veiktspēju un kalpošanas laiku. Turklāt BM ir arī bojājumu diagnozes funkcija, kas var savlaicīgi noteikt kļūdas akumulatora sistēmā un veikt atbilstošus pasākumus, lai tos trauksmīgi un apstrādātu, nodrošinot stabilu sistēmas darbību.
Jaudas pārveidošanas sistēma (PCS): tilts enerģijas pārveidošanai
Jaudas pārveidošanas sistēmai (PCS) ir izšķiroša loma elektriskās enerģijas pārveidē BESS. Tas darbojas kā "tilts", kas savieno akumulatoru ar režģi vai slodzi, sasniedzot divvirzienu konvertēšanu starp tiešo strāvu (DC) un mainīgu strāvu (AC). Uzlādes procesa laikā PCS pārveido maiņstrāvas jaudu no tīkla vai atjaunojamās enerģijas ražošanas iekārtas līdzstrāvas jomā, lai uzlādētu akumulatoru; Izlādes procesa laikā PCS konvertē tiešās strāvas izvadi no akumulatora mainīgā strāvā un piegādā strāvu režģim vai slodzei.
PC parasti izmanto divvirzienu invertora tehnoloģiju, kas var sasniegt efektīvu un stabilu enerģijas pārveidošanu. Tās veiktspējas rādītāji ietver konversijas efektivitāti, jaudas koeficientu, harmoniskos kropļojumus utt. Augsta pārveidošanas efektivitāte nozīmē, ka elektriskās enerģijas pārveidošanas procesā ir mazāk enerģijas zudumu, kas var uzlabot sistēmas kopējo efektivitāti; Labs jaudas koeficients var samazināt reaktīvās jaudas ietekmi uz enerģijas tīklu un uzlabot enerģijas padeves kvalitāti; Zems harmonisks kropļojums var samazināt traucējumus strāvas tīklā un citam elektriskajam aprīkojumam. Lai apmierinātu dažādu lietojumprogrammu scenāriju vajadzības, arī personālo datoru jaudas līmenis ir mainīgs, sākot no mazjaudas kilovatiem līdz lieljaudas megavatiem. Lielajās enerģijas uzkrāšanas elektrostacijās paralēli parasti izmanto vairākus PCS moduļus, lai sasniegtu augstāku jaudas jaudu un sistēmas ietilpību.
Enerģētikas pārvaldības sistēma (EMS): sistēmas operāciju komandieris
Enerģijas pārvaldības sistēma (EMS) ir BESS "komandieris", kas atbild par visas sistēmas enerģijas plūsmas uzraudzību, kontroli un optimizēšanu. EMS sazinās ar BM, personālajiem datoriem un citām saistītām ierīcēm, lai iegūtu reālā laika sistēmas darbības stāvokli un datus, piemēram, akumulatora līmeni, uzlādes un izlādes statusu, tīkla spriegumu, frekvenci, jaudu un citu informāciju. Pēc tam saskaņā ar iepriekš iestatīto vadības stratēģijas un optimizācijas algoritmu EMS koordinē un kontrolē sistēmas uzlādes un izlādes procesu, lai panāktu optimālu sistēmas darbību.
Piemēram, maksimālā elektrības patēriņa periodos enerģijas tīklā EMS kontrolēs BESS sistēmu, lai izlādētu režģi, pamatojoties uz režģa slodzes situāciju un atlikušo akumulatora ietilpību, atvieglojot barošanas avota spiedienu uz režģi; Zema elektrības patēriņa periodos EMS kontrolēs personālos datorus, lai uzlādētu akumulatoru un uzglabātu lieko enerģiju. Tajā pašā laikā EMS var optimizēt koordinēto darbību starp BESS sistēmu un atjaunojamās enerģijas ražošanas aprīkojumu, pamatojoties uz atjaunojamās enerģijas enerģijas ražošanas situāciju, un uzlabot atjaunojamās enerģijas patēriņa efektivitāti. Turklāt EMS ir arī attālās uzraudzības un pārvaldības funkcijas. Lietotāji var novērot, darbināt un pārvaldīt BESS sistēmu attālināti, izmantojot internetu vai citas komunikācijas metodes, lai viņi varētu ātri apgūt sistēmas darbību un savlaicīgi pielāgot sistēmas darbības stratēģiju.
Citas papildu sastāvdaļas
Papildus iepriekšminētajiem galvenajiem komponentiem BESS sistēmā ir arī daži papildu komponenti, piemēram, akumulatora termiskās pārvaldības sistēma (BTMS), ugunsdrošības sistēma, uzraudzības sistēma utt., Kas kopā nodrošina drošu un stabilu sistēmas darbību.
