Energianmuutoksen aktiivisen edistämisen ja uusiutuvan energian kehittämisen maailmanlaajuisesti kehittymisen edistämisen taustalla akkuenergian varastointijärjestelmä (BESS), keskeisenä tekniikkana energian tarjonnan ja kysynnän tasapainottamiseksi ja energian hyödyntämistehokkuuden parantamiseksi, on yhä tärkeämpi rooli. Syvä ymmärtäminen Bessin perusperiaatteista ja ydinkomponenteista on ratkaisevan tärkeää sen sovellusten ja kehityssuuntausten tarttumiseksi energiakentällä.
Bessin perusperiaatteet
Bessin toimintaperiaate perustuu akun lataus- ja purkamisominaisuuksiin. Yksinkertaisesti sanottuna, kun sähköntoimitus on ylimääräinen, kuten uusiutuvan energian tuottamisen huippujaksoilla tai ruudukon sähkönkulutuksen huippujaksoilla, järjestelmä tallentaa paristojen ylimääräisen energian; Kun sähkön kysyntä ylittää tarjonnan, kuten sähkökauden aikana tai kun uusiutuvan energian tuotanto ei ole riittävä, paristot vapauttavat tallennetun sähkön tarjoamaan energiatukea verkkolle tai käyttäjille. Tämä prosessi on samanlainen kuin 'sähköpankki', mikä saavuttaa joustavan sähkönjaon ajassa ja tilassa.
Esimerkiksi yhteisen litium-ion-akun ottaminen sen lataus- ja purkamisprosessiin sisältyy litiumionien liikkuminen positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä. Latausprosessin aikana litiumioulit vapautuvat positiivisesta elektrodista ja upotetaan negatiiviseen elektrodiin elektrolyytin läpi; Vastuuvapauden aikana litiumioulit vapautuvat negatiivisesta elektrodista ja palautuvat positiiviseen elektrodiin elektrolyytin läpi, samalla kun ne muodostavat ulkoisen piirin virran kuormituksen syöttämiseksi. Tämä palautuva kemiallinen reaktio mahdollistaa litium-ioni-akkujen varautumisen ja purkautumisen toistuvasti, mikä saavuttaa sähköenergian varastoinnin ja vapautumisen. Erityyppisillä paristoilla on erilaiset kemialliset reaktiomekanismit, mutta perusvaiheet ja purkamisperiaatteet ovat samanlaisia, jotka molemmat saavuttavat energian varastointitoiminnot kemiallisen energian ja sähköenergian välisen keskinäisen muuntamisen kautta.
Bessin ydinkomponentit
Akku: Energian varastointikanto
Akku on BESS: n ydinkomponentti, ja sen suorituskyky määrittää suoraan avainindikaattorit, kuten energian varastointikapasiteetti, lataus ja purkamisen tehokkuus sekä järjestelmän syklin käyttöikä. Tällä hetkellä markkinoiden yleisimmin käytetty akkutyyppi on litium-ioni-akut, mukaan lukien kolmiosainen litiumparistot, litiumrautafosfaattiparistot jne. Kolmiolitiumparistoilla on suuri energiatiheys ja ne voivat tallentaa enemmän sähköenergiaa pienemmässä määrässä ja painossa, joten ne sopivat sovelluksiin, jotka vaativat korkeaa tilaa ja painoa, kuten sähköautoja ja eräitä hajautettuja energian varastointiprojekteja. Litiumrautafosfaatti-akkuja on käytetty laajasti laajamittaisissa energian varastointivoimalaitoksissa, ruudukon sivun energian varastoinnissa ja muissa pelloilla sen hyvän turvallisuuden, pitkän syklin käyttöiän ja suhteellisen edullisten kustannusten vuoksi.
Litium-ion-akkujen lisäksi Bess-järjestelmässä käytetään myös muun tyyppisiä akkuja, kuten lyijyakut, nikkelikadmiumparistot jne. Johtava happo-akkuilla on edut edulliset ja kypsät tekniikat, mutta niiden energiatiheys on pieni ja niiden syklin käyttöikä on lyhyt. Niitä käytetään pääasiassa skenaarioissa, joissa suorituskykyvaatimukset eivät ole korkeat ja kustannukset ovat herkkiä. Nikkeli kadmiumparistot olivat kerran yleisiä pienissä energian varastointilaitteissa, mutta niillä on ongelmia, kuten muistivaikutus ja suhteellisen pieni energiatiheys, ja niiden levitysalue vähenee vähitellen. Teknologian jatkuvan kehityksen myötä syntyy myös uusia akkutekniikoita, kuten solid-state-akkuja ja natriumioni-akkuja, joiden odotetaan tuovan tulevaisuudessa korkeammat suorituskyvyn ja alhaisemmat kustannukset Bess-järjestelmille.
Akun hallintajärjestelmä (BMS): Älykäs paristojen hallinto
Akunhallintajärjestelmä (BMS) on välttämätön osa BESS: tä, joka toimii akun "Smart Manager", joka vastaa eri parametrien reaaliaikaisesta seurannasta ja hallinnasta akun turvallisen ja tehokkaan toiminnan varmistamiseksi. BMS: n päätoiminnot sisältävät akun tilan valvonta-, lataus- ja purkausohjauksen, tasapainon hallinnan ja vikadiagnoosin.
Akun tilan seurannan suhteen BMS kerää reaaliaikaisia parametreja, kuten akun jännitteen, virran ja lämpötilan eri anturien kautta, ja lähettää nämä tiedot ohjausjärjestelmään analysointia ja käsittelyä varten. Tarkkailemalla näitä parametreja BMS voi arvioida tarkasti avainindikaattorit, kuten akun jäljellä oleva lataus (SOC) ja terveystilan (SOH), tarjoamalla perusta lataus- ja vastuuvapauden hallintaan. Lataus- ja purkausohjauksen suhteen BMS hallitsee tarkasti akun lataus- ja purkamisprosessia sen tila- ja järjestelmävaatimusten perusteella, välttäen tilanteita, kuten ylikuormitusta, ylikuormitusta, lannistamista, ylikuumenemista sekä akun turvallisuuden ja elinkaaren suojaamista. Esimerkiksi, kun akun jännite saavuttaa asetetun latauskatkaisun jännitteen, BMS katkaisee latauspiirin automaattisesti akun ylikuormituksen estämiseksi; Kun akun lämpötila on liian korkea, BMS aktivoi jäähdytysjärjestelmän tai säätää lataus- ja purkamisstrategiaa akun lämpötilan alentamiseksi.
Tasapainoinen hallinta on toinen BMS: n tärkeä tehtävä. Tuotantoprosessien ja käyttöympäristöjen erojen vuoksi yksittäisten solujen keskuudessa akkupakkauksessa voi tapahtua epäjohdonmukaisuuksia lataus- ja purkamisprosessin aikana, kuten parametrien, kuten jännitteen, kapasiteetin ja sisäisen vastus, vaihtelut. Tämä epäjohdonmukaisuus voi johtaa akun yleisen suorituskyvyn vähentymiseen ja lyhennetyn syklin käyttöikään. BMS käyttää tasapainoista hallintatoimintoa akun yksittäisten solujen lataamiseen ja purkamiseen tasaisesti, joten kunkin solun tilat ovat yleensä yhdenmukaisia ja parantavat akun yleistä suorituskykyä ja käyttöikää. Lisäksi BMS: llä on myös vikadiagnoositoiminto, joka voi tunnistaa akkujärjestelmän viat ja ryhtyä vastaavat toimenpiteet hälytykseen ja käsittelemään niitä varmistaen järjestelmän vakaan toiminnan.
Power Conversion System (PCS): Silta energian muuntamiselle
Tehonmuuntamisjärjestelmällä (PCS) on ratkaiseva rooli sähköenergian muuntamisessa Bessissä. Se toimii "siltana", joka yhdistää akun ruudukkoon tai kuormaan, saavuttaen kaksisuuntaisen muuntamisen tasavirran (DC) ja vaihtovirran (AC) välillä. Latausprosessin aikana PCS muuntaa vaihtovirran ruudukosta tai uusiutuvan energian tuotantolaitteista DC -virtaan akun lataamiseksi; Purkausprosessin aikana PCS muuntaa akun tasavirran ulostulon vuorottelevaksi virraksi ja toimittaa virran ruudukkoon tai kuormitukseen.
PC: t käyttävät yleensä kaksisuuntaista invertteritekniikkaa, joka voi saavuttaa tehokkaan ja vakaan energian muuntamisen. Sen suorituskykyindikaattorit sisältävät muuntamistehokkuuden, tehokertoimen, harmonisen vääristymisen jne. Korkea muuntamistehokkuus tarkoittaa, että energian menetystä on vähemmän sähköenergian muuttamisprosessin aikana, mikä voi parantaa järjestelmän yleistä tehokkuutta; Hyvä tehokerroin voi vähentää reaktiivisen tehon vaikutusta sähköverkkoon ja parantaa virtalähteen laatua; Matala harmoninen vääristymä voi vähentää häiriöitä sähköverkkoon ja muihin sähkölaitteisiin. Eri sovellusskenaarioiden tarpeiden tyydyttämiseksi myös PCS: n tehotaso vaihtelee, vaihteleen pienitehoisista kilowatteista suuritehoisiin megawatteihin. Suurissa energian varastointivoimalaitoksissa useita PCS -moduuleja käytetään yleensä rinnakkain suuremman tehon ja järjestelmän kapasiteetin saavuttamiseksi.
Energianhallintajärjestelmä (EMS): Järjestelmäoperaatioiden komentaja
Energianhallintajärjestelmä (EMS) on BESS: n "komentaja", joka vastaa koko järjestelmän energiavirran seurannasta, hallinnasta ja optimoinnista. EMS kommunikoi BMS: n, tietokoneiden ja muiden siihen liittyvien laitteiden kanssa reaaliaikaisen järjestelmän toiminnan tilan ja -tietojen, kuten akun taso, lataus- ja purkamistila, ruudukkojännite, taajuus, teho ja muut tiedot. Sitten esiasetetun ohjausstrategian ja optimointialgoritmin mukaan EMS koordinoi ja hallitsee järjestelmän lataus- ja purkamisprosessia järjestelmän optimaalisen toiminnan saavuttamiseksi.
Esimerkiksi sähkönkulutuksen huippujen kulutuksen aikana sähköverkkoon EMS hallitsee BESS -järjestelmää purkautumaan ruudukkoon ruudukon ja jäljellä olevan akun kapasiteetin kuormitustilanteen perusteella lievittäen verkon virransyöttöpainetta; Pienen sähkönkulutuksen aikana EMS hallitsee tietokoneita akun lataamiseksi ja ylimääräisen energian tallentamiseksi. Samanaikaisesti EMS voi optimoida Bess -järjestelmän ja uusiutuvan energian tuotantolaitteen välisen koordinoituneen toiminnan uusiutuvan energian sähköntuotantotilanteen perusteella ja parantaa uusiutuvan energian kulutustehokkuutta. Lisäksi EMS: llä on myös etävalvonta- ja hallintatoiminnot. Käyttäjät voivat seurata, käyttää ja hallita BESS -järjestelmää etäyhteyden kautta Internetin tai muiden viestintämenetelmien avulla, jotta he voivat nopeasti hallita järjestelmän toiminnan ja säätää järjestelmän toimintastrategiaa oikeaan aikaan.
Muut apukomponentit
Edellä mainittujen ydinkomponenttien lisäksi BESS -järjestelmä sisältää myös joitain apukomponentteja, kuten akun lämmönhallintajärjestelmää (BTMS), palontorjuntajärjestelmää, valvontajärjestelmää jne., Jotka yhdessä varmistavat järjestelmän turvallisen ja vakaan toiminnan.
