Prije nego što raspravljamo o arhitekturi sustava za pohranu energije baterija (BESS) i tipovima baterija, prvo se moramo fokusirati na najčešću terminologiju koja se koristi u ovoj oblasti. Nekoliko važnih parametara opisuje ponašanje sistema za pohranu energije baterija.
Kapacitet [Ah]: Maksimalni električni naboj koji sistem može pružiti priključenom opterećenju pri razumnom naponu. Tehnologija baterije ima značajan uticaj na ovaj parametar, čija je vrednost podešena za određenu struju pražnjenja i temperaturu.
Nominalna energija [Wh]:Ovo je ukupna energija proizvedena između stanja punog napunjenosti i potpunog pražnjenja. To je ekvivalentno naponu baterije pomnoženom s kapacitetom. Temperatura i struja takođe imaju uticaj, jer kapacitet to određuje.
Snaga [W]:Definiranje izlazne snage BESS-a je teško jer se oslanja na priključeno opterećenje. Ipak, nominalna snaga predstavlja snagu u najtipičnijem scenariju pražnjenja.
Specifična energija [Wh/kg]:Ovo ukazuje na kapacitet skladištenja energije baterije u odnosu na masu.
Skala koja se koristi za određivanje trajanja punjenja i pražnjenja naziva seC Rate. Struja pražnjenja će potpuno isprazniti bateriju za sat vremena na 1C.
Punjenje/pražnjenje/punjenje jeciklus. Ne postoji dogovorena definicija šta je ciklus.
Baterijaživotni ciklusje ukupan broj ciklusa koji može proizvesti.
DoD: Dubina pražnjenja. Potpuno pražnjenje je 100%;
Stanje napunjenosti (SoC,%):Nivo napunjenosti baterije je označen ovim brojem.
Pojam "kulonska efikasnost" odnosi se na sposobnost baterije da efikasno prenosi punjenje. To je udio napunjenosti potreban da se vrati u prvobitno stanje napunjenosti u odnosu na količinu napunjenosti (Ah) koja se oslobađa tokom faze pražnjenja. Sa izuzetkom tehnologije olovne kiseline, većina običnih baterije imaju efikasnost koja je uporediva sa ovom.
Glavne vrste elektrohemijskih sistema za skladištenje energije
Postoje brojni sistemi baterija, svaki zasnovan na jedinstvenoj kombinaciji hemijskih komponenti i procesa. Olovne i Li-ion baterije su trenutno najčešće korišteni tipovi, ali i protočne baterije, baterije na bazi nikla i sumpora također imaju svoje mjesto na ovom tržištu. Brzo ćemo pregledati ključne prednosti najpopularnijih tehnologija baterija.
Ove baterije redovno koristimo. Osnovna ćelija ove baterije sastoji se od bioksidne ili olovne pozitivne elektrode i negativne olovne elektrode. Elektrolit je rastvor sumporne kiseline u vodi.
Primarne prednosti ovih baterija su njihova pristupačnost i napredno tehnološko stanje.
Nikl-kadmijum (Ni-Cd) baterije
Prije nego što je tehnologija litijumskih baterija bila naširoko korištena, ova vrsta baterija je godinama služila kao primarni izvor napajanja za prijenosne uređaje.
Ove baterije pružaju veliku izlaznu snagu i brzo vrijeme punjenja.
Poboljšanje ovih baterija predstavlja tehnologija nikl-metal-hidrida (NiMH), koja može pružiti oko 40% veću specifičnu energiju od standardne NiCd.
Litijum-jonske (Li-Ion) baterije
Od svih metala, litijum ima najveću specifičnu energiju i najlakši je. Punjive litijum-metalne anodne baterije imaju kapacitet da obezbede neverovatno visoke gustoće energije.
Postoje i druga ograničenja. Na primjer, razvoj dendrita na anodi tokom ciklusa je relevantno ograničenje. To može dovesti do nestanka struje, što može povećati temperaturu i oštetiti bateriju.
Sastav BESS-a
Različiti "nivoi", i logički i fizički, čine BESS. Svaki jedinstveni fizički dio treba svoj vlastiti sistem upravljanja.
Evo sažetka ovih ključnih faza:
Baterijski sistem se sastoji od raznih baterija i brojnih baterija koje su međusobno povezane kako bi se postigao željeni napon i nivo struje.
Sistem upravljanja baterijama reguliše odgovarajuće funkcionisanje svake ćelije kako bi omogućio sistemu da funkcioniše unutar opsega napona, struje i temperature koji je siguran za odlično zdravlje baterija, a ne sistem u celini. Dodatno, na taj način se prilagođava i balansira status napunjenosti u svakoj ćeliji.
Za pretvaranje struje u AC, pretvarači su priključeni na sistem baterija. Specijalizovani energetski elektronski nivo poznat kao PCS (sistem konverzije energije) prisutan je u svakom BESS-u. Obično se grupiše u jedinicu za konverziju zajedno sa svim pomoćnim uslugama potrebnim za odgovarajući nadzor.
Sistem i nadzor i kontrola tokova energije (sistem upravljanja energijom) su sljedeći koraci. Sistem nadzora i prikupljanja podataka, ili SCADA sistem, često uključuje opće funkcije nadzora i kontrole. S druge strane, sistem upravljanja energijom je posebno dizajniran za praćenje toka energije u skladu sa zahtjevima aplikacije.
Priključak srednjeg/niskog napona transformatora i, na osnovu veličine sistema, visokonaponski/srednjenaponski transformator u namjenskoj trafostanici su posljednje veze.
PV modul i BESS integracija
Obnovljivi izvori energije su spremni da imaju značajan uticaj na električne sisteme u budućnosti, kao što je objašnjeno u prvom delu ove serije. I električni sistem i obnovljiva elektrana mogu imati koristi od integracije BESS-a sa obnovljivim izvorom energije.
Sljedeće objašnjava različite načine na koje BESS može pomoći elektrani:
Kako bi se postigla stabilnija i predvidljivija krivulja proizvodnje, to bi nadoknadilo "promjenjivost" profila proizvodnje ispod oblaka ili naglih skokova snage. Kontrast između krive proizvodnje fotonaponskih postrojenja po oblačnom danu i one sa vedrim nebom prikazan je na slici 4. Generacija bi pokazala manje "treperenja" sa integracijom BESS-a, dajući pravilniju krivu.
Kriva generacije će se "izgladiti" kao rezultat brijanja na vrhuncu (za više informacija o vrhunskom brijanju, pročitajte prethodni članak).
Što se tiče podrške mreži i pomoćnih usluga, BESS može igrati značajnu ulogu u integraciji elektrane u električnu mrežu nudeći regulaciju frekvencije i upravljanje naponom (zajedno sa kompenzacijom reaktivne snage) sa znatno manjim utjecajem na električni sistem.
Osim navedenih usluga, postoji još potencijalnih kolaboracija između fotonaponskih modula i akumulatorskih sistema za pohranu energije, počevši od razmjene tačke priključka (POC). Budući da se BESS često instalira da "komplementira" PV modul, njegovo prisustvo ne može zahtijevati dodatnu snagu u POC-u.
Dodatne potencijalne saradnje proizlaze iz odluka donesenih u arhitekturi o tome kako se PV moduli povezuju na BESS. Postoje najmanje tri osnovne opcije:
DC Coupling: U ovoj opciji, određeni DC/DC pretvarač se koristi za povezivanje BESS-a i PV-a na DC strani baterija i PV modula kako bi se stabilizirao napon. Ovom metodom, sva AC strana postrojenja će dijeliti pretvarače između PV modula i BESS-a (inverter u ovom scenariju će moći raditi u sva 4 kvadranta PQ dijagrama). Ovaj izbor je prilično uobičajen za stambene objekte. primjene, ili u slučaju male elektrane (kW). U slučaju velikog postrojenja, BESS će biti raspoređen duž polja. Međutim, to će zahtijevati specifičnu i skupu logiku za kontrolu jednosmjernog napona i napunjenosti svake baterije.
AC spojnica nakon pretvarača: Ova metoda je uporediva sa prethodnom, ali postavlja tačku spajanja BESS i PV modula iza pretvarača. U ovom slučaju, BESS i PV modul će svaki imati svoj namjenski pretvarač. Budući da nema potrebe za dodatnom upravljačkom logikom za DC spojnicu, ova metoda je također popularna za stambene aplikacije i može se koristiti u velikim postrojenjima za kreiranje distribuiranog BESS-a.
AC spojnica na POC-u:U ovom rješenju, PV modul i BESS dijele samo interkonekcijski objekat, dok imaju potpuno odvojene sekcije na nivou postrojenja.