Le moderne reti elettriche e le strutture commerciali si trovano ad affrontare sfide crescenti legate alla stabilità energetica, all’aumento dei costi energetici e all’integrazione delle energie rinnovabili. Un sistema di accumulo dell’energia a batteria (BESS) affronta queste sfide immagazzinando elettricità a basso costo o verde e scaricandola durante i picchi di domanda. Comprendere i diversi tipi di sistemi di accumulo dell'energia a batteria aiuta i gestori dell'energia e gli sviluppatori di progetti a scegliere la tecnologia giusta per le loro esigenze operative.

Punti chiave

• Principali tecnologie BESS: I sistemi di accumulo dell'energia delle batterie includono batterie agli ioni di litio, piombo-acido, a flusso, agli ioni di sodio e sodio-zolfo, ciascuna con vantaggi, limitazioni e applicazioni distinti.
• Diverse configurazioni di sistema: BESS può anche essere classificato come armadi ESS C&I, BESS containerizzato, ESS residenziale ed ESS mobile in base alla progettazione fisica, alla capacità e alle esigenze di implementazione.
• Fattori chiave di selezione: Per scegliere il BESS giusto è necessario valutare la capacità energetica, la potenza nominale, la durata della scarica, il ciclo di vita, l'efficienza, la sicurezza e i costi del ciclo di vita per soddisfare i requisiti specifici del progetto.

Che cos'è un sistema di accumulo dell'energia della batteria (BESS)?

A sistema di accumulo dell'energia della batteria (BESS) è una tecnologia che immagazzina energia elettrica in batterie ricaricabili e la rilascia quando necessario. Consente di immagazzinare l’elettricità generata da pannelli solari, turbine eoliche o dalla rete per un uso successivo.

Ad esempio, una struttura commerciale può caricare il proprio sistema BESS durante i periodi di bassa domanda di elettricità e scaricarlo nelle ore di punta per contribuire a ridurre i costi energetici.

Un tipico BESS include diversi componenti interconnessi:

• Sistema di gestione della batteria (BMS): Monitora la tensione, la temperatura, la corrente e le condizioni operative della batteria.
• Sistema di conversione di potenza (PCS): Consente la conversione bidirezionale della potenza tra il sistema CC della batteria e la rete o il carico CA, controllando al tempo stesso la potenza di carica e scarica in base ai requisiti del sistema.
• Sistema di gestione dell'energia (EMS): Coordina la carica, lo scarico e la distribuzione dell'energia in base ai requisiti operativi.
• Sistema di gestione termica: Controlla la temperatura della batteria utilizzando il raffreddamento ad aria o il raffreddamento a liquido.

I sistemi di accumulo dell'energia delle batterie (BESS) possono essere classificati in due modi principali: in base alla chimica della batteria e alla configurazione del sistema. Le categorie basate sulla chimica includono batterie agli ioni di litio, piombo-acido, a flusso, agli ioni di sodio e sodio-zolfo, ciascuna con caratteristiche operative distinte.

Le categorie basate sulla configurazione, come armadi C&I ESS, BESS containerizzato, ESS residenziale ed ESS mobile, descrivono il modo in cui il sistema viene assemblato, distribuito e utilizzato. Questi due metodi di classificazione sono complementari piuttosto che intercambiabili.

Quali sono i principali tipi di sistemi di accumulo dell'energia a batteria?

I principali tipi di sistemi di accumulo dell'energia delle batterie includono batterie agli ioni di litio, al piombo-acido, a flusso e a base di sodio. Ciascuna tecnologia offre caratteristiche diverse che ne influenzano l’idoneità per progetti commerciali, industriali e su larga scala.

1. Sistemi di accumulo dell'energia con batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate nello stoccaggio stazionario di energia, con LFP (litio ferro fosfato) e NMC (nichel manganese cobalto) tra le sostanze chimiche comunemente discusse.

La chimica LFP offre una buona stabilità termica, una composizione catodica priva di cobalto e una lunga durata. Queste caratteristiche rendono l’LFP una scelta popolare per edifici commerciali, fabbriche e progetti di stoccaggio dell’energia solare.

Le batterie NMC offrono generalmente una densità di energia gravimetrica più elevata rispetto alle batterie LFP, il che le rende ampiamente utilizzate in applicazioni in cui peso e spazio sono considerazioni importanti, come i veicoli elettrici. Le batterie LFP in genere forniscono una migliore stabilità termica e possono offrire una durata di ciclo più lunga in condizioni operative comparabili.

2. Sistemi di accumulo dell'energia con batterie al piombo

I sistemi al piombo rappresentano una tecnologia tradizionale delle batterie con decenni di utilizzo sul campo. Il loro vantaggio principale è un basso costo di acquisto iniziale.

Tuttavia, le batterie al piombo hanno generalmente una densità energetica inferiore e una durata di ciclo più breve rispetto alle batterie agli ioni di litio, in particolare in caso di cicli profondi frequenti. Sono comunemente utilizzati nei sistemi UPS, nell'alimentazione di backup e in applicazioni di stoccaggio stazionario selezionate, ma queste limitazioni possono renderli meno adatti per lo stoccaggio quotidiano intensivo di energia.

3. Sistemi di accumulo dell'energia con batterie a flusso

Le batterie a flusso immagazzinano energia in elettroliti liquidi contenuti in serbatoi esterni, che vengono fatti circolare attraverso una pila di celle contenente una membrana. Nelle batterie a flusso, la capacità energetica è determinata principalmente dalle dimensioni e dalla configurazione dello stack di celle, mentre la capacità energetica dipende principalmente dal volume e dalla concentrazione dell'elettrolita.

Questa separazione rende le batterie a flusso adatte allo stoccaggio di energia di lunga durata, con una durata di scarica determinata dalla capacità energetica e dalla potenza nominale del sistema.

Tuttavia, la complessa infrastruttura di pompaggio, le esigenze di manutenzione regolare e l’ampio ingombro dell’installazione ne limitano l’adozione in siti industriali con vincoli di spazio.

4. Sistemi di accumulo dell'energia con batterie a base di sodio

Le batterie agli ioni di sodio e quelle al sodio-zolfo utilizzano entrambe materiali a base di sodio ma funzionano in modo diverso. Le batterie agli ioni di sodio immagazzinano energia attraverso il movimento degli ioni di sodio tra gli elettrodi, mentre le batterie sodio-zolfo convenzionali utilizzano sodio e zolfo come materiali attivi e funzionano a temperature elevate. Le loro condizioni operative e applicazioni differiscono a seconda della tecnologia.

Quali sono le diverse configurazioni BESS per i progetti di stoccaggio dell'energia?

Oltre alla chimica delle batterie, le installazioni BESS sono classificate in base alla progettazione fisica e alla scala di implementazione. L'architettura principale del sistema determina la facilità con cui le apparecchiature possono essere installate, mantenute e scalate nel tempo.

1. Armadi ESS commerciali e industriali

Armadi ESS commerciali e industriali (C&I). combinare moduli batteria e apparecchiature di supporto all'interno di un involucro relativamente compatto.

A seconda del design, questi armadi possono integrare PCS, BMS, EMS, apparecchiature di raffreddamento e componenti di protezione antincendio.

Le applicazioni comuni includono:

• Peak shaving e gestione della domanda elettrica.
• Accumulo di energia solare fotovoltaica.
• Gestione del carico di ricarica dei veicoli elettrici.
• Alimentazione di backup per strutture commerciali e industriali.

La loro struttura integrata li rende pratici per fabbriche, edifici commerciali e altri siti con spazio di installazione limitato.

2. BESS containerizzato

Le soluzioni BESS containerizzate confezionano sistemi di batterie ad alta capacità all'interno di strutture di container trasportabili.

Questi sistemi sono comunemente utilizzati in progetti di energia rinnovabile su scala industriale, parchi industriali e applicazioni di supporto alla rete che richiedono uno stoccaggio a livello di megawattora.

La loro architettura modulare consente agli sviluppatori di combinare più unità per soddisfare requisiti di progetti più ampi, soggetti alla progettazione elettrica e ai vincoli del sito.

3. BESS residenziale e mobile

BESS residenziale le configurazioni sono generalmente sistemi più piccoli progettati per l'accumulo solare domestico, l'autoconsumo di elettricità e l'energia di riserva.

Le soluzioni mobili BESS danno priorità alla trasportabilità e possono servire cantieri temporanei, eventi o luoghi che richiedono un'implementazione flessibile dell'energia.

Come scegliere il sistema di accumulo dell'energia della batteria giusto per il tuo progetto

La scelta di un BESS adatto richiede la valutazione delle prestazioni tecniche insieme ai requisiti operativi e ai costi a lungo termine.

1. Determinare la capacità energetica e la potenza nominale

La capacità energetica, misurata in kWh o MWh, indica quanta energia può immagazzinare una batteria. La potenza nominale, misurata in kW o MW, descrive la velocità con cui il sistema può fornire o assorbire energia.

Ad esempio, un BESS da 2 MW/4 MWh ha una durata di scarica nominale di circa due ore alla potenza nominale. La durata effettiva utilizzabile dipende dai limiti di scarico, dalle perdite di conversione, dalle condizioni operative e dalla progettazione del sistema.

2. Valutare le prestazioni della batteria

Le prestazioni della batteria influiscono sul funzionamento a lungo termine e sull'economia del progetto.

Gli indicatori importanti includono:

• Vita ciclo: Il numero di cicli di carica-scarica ottenibili in condizioni di test specificate.
• Profondità di scarica (DoD): La percentuale della capacità della batteria utilizzata durante la scarica.
• Efficienza di andata e ritorno: La percentuale di energia in ingresso recuperata dopo lo stoccaggio.
• Degrado: La progressiva riduzione della capacità utilizzabile nel tempo.

I progetti che richiedono cicli giornalieri dovrebbero prestare particolare attenzione al degrado previsto e alle condizioni di garanzia.

3. Valutare la sicurezza e la gestione termica

La sicurezza BESS dipende dalla chimica della batteria, dalla protezione elettrica, dalla gestione termica e dall'ingegneria a livello di sistema. Valutare il monitoraggio della temperatura, il rilevamento e la soppressione degli incendi, le funzioni di arresto di emergenza e gli standard di sicurezza applicabili.

Per i sistemi esterni sono importanti anche i livelli di protezione ambientale e i limiti di temperatura operativa. Il raffreddamento a liquido può supportare il controllo della temperatura su gruppi di batterie di grandi dimensioni, ma la sua efficacia dipende dalla progettazione del sistema.

4. Confronta i costi totali del ciclo di vita

Il prezzo di acquisto iniziale fornisce solo una parte del quadro finanziario.

Gli sviluppatori del progetto dovrebbero anche considerare l'installazione, il consumo ausiliario di elettricità, la manutenzione, la sostituzione della batteria e la durata di servizio prevista.

La valutazione del costo livellato dello storage può aiutare a confrontare tecnologie con diverse caratteristiche di investimento e operative.

5. Abbina il sistema alla tua applicazione

L'applicazione prevista dovrebbe guidare sia la chimica che la selezione della configurazione. I progetti C&I possono dare priorità alla gestione della domanda e all'installazione compatta. I progetti su scala industriale spesso richiedono capacità maggiori, capacità di integrazione della rete e pianificazione dell’espansione.

Soluzioni di accumulo di energia a batteria LFP di Wenergy

Wenergia fornisce soluzioni di stoccaggio dell'energia a batteria basate su LFP per applicazioni commerciali, industriali e su larga scala. Il suo portafoglio di prodotti comprende armadi ESS integrati e sistemi containerizzati progettati per diverse capacità di progetto ed esigenze operative.

Due soluzioni rappresentative sono il contenitore BESS da 5 MWh Stars CL289Pro e Turtle Series.

1. Stars CL289Pro: accumulo di energia C&I integrato

La sua struttura all-in-one integra sei pacchi batteria, un PCS, raffreddamento a liquido, protezione antincendio e un EMS integrato.

I principali vantaggi includono:

• Integrazione compatta:Le dimensioni del mobile di circa 1588 × 1380 × 2450 mm supportano l'installazione in progetti commerciali e industriali attenti allo spazio.
• Gestione termica e sicurezza:Raffreddamento a liquido, protezione di sicurezza multistrato e sistema antincendio ad aerosol.
• Ciclismo a lungo termine:Una durata di ciclo specificata di almeno 8.000 cicli e un'efficienza massima del sistema superiore all'89%, secondo le specifiche del prodotto Wenergy.

L'armadio è progettato per temperature di funzionamento comprese tra -30°C e 55°C, con declassamento della potenza richiesto sopra i 45°C.

Queste caratteristiche lo rendono adatto per applicazioni quali peak shaving commerciale, accumulo solare e gestione dell'energia di ricarica di veicoli elettrici.

Stelle CL289Pro

2. Serie Turtle: storage containerizzato per progetti più grandi

La sua architettura in container da 20 piedi incorpora sei cluster di batterie, ciascuno contenente otto moduli batteria, oltre a dispositivi di gestione della batteria, raffreddamento a liquido e protezione antincendio.

I principali vantaggi includono:

• Integrazione ad alta capacità:Stoccaggio di energia su scala MWh all'interno di una struttura di container trasportabile.
• Espansione modulare:L'architettura del cluster di batterie supporta configurazioni a livello di progetto più ampie.
• Monitoraggio operativo:La gestione intelligente della batteria e i protocolli di comunicazione supportano l'integrazione con sistemi di controllo esterni.
• Tutela dell'ambiente:Raffreddamento a liquido e protezione IP55 per aree specifiche dell'armadio, con eccezioni definite.

Il sistema ha un intervallo di temperatura operativa specificato compreso tra -30°C e 50°C (escluso il limite inferiore), con declassamento richiesto sopra i 45°C.

È progettato per grandi impianti di energia rinnovabile, supporto di reti su larga scala, gestione dell'energia industriale e applicazioni di microreti.

Serie Tartaruga 5MWh

Entrambe le soluzioni Wenergy utilizzano la tecnologia LFP, ma le loro diverse capacità e configurazioni soddisfano requisiti di progetto distinti.

Conclusione

Diversi tipi di sistemi di accumulo dell'energia a batteria offrono vantaggi distinti in termini di prestazioni, costi e applicazioni. La scelta della soluzione giusta richiede la valutazione della chimica della batteria, della configurazione del sistema, della sicurezza e dei requisiti di progetto.

Contatto Wenergy squadre per trovare opzioni adatte per progetti commerciali, industriali e su larga scala.