Современные электрические сети и коммерческие объекты сталкиваются с растущими проблемами, связанными со стабильностью электроснабжения, ростом затрат на электроэнергию и интеграцией возобновляемых источников энергии. Система накопления энергии на аккумуляторах (BESS) решает эти проблемы, сохраняя дешевую или «зеленую» электроэнергию и разряжая ее во время пикового спроса. Понимание различных типов аккумуляторных систем хранения энергии помогает энергоменеджерам и разработчикам проектов выбрать правильную технологию для своих эксплуатационных нужд.

Ключевые выводы

• Основные BESS-технологии: Системы хранения энергии включают литий-ионные, свинцово-кислотные, проточные, натрий-ионные и натрий-серные батареи, каждая из которых имеет свои преимущества, ограничения и области применения.
• Различные конфигурации системы: BESS также можно разделить на шкафы C&I ESS, контейнерные BESS, бытовые ESS и мобильные ESS в зависимости от их физического дизайна, емкости и потребностей в развертывании.
• Ключевые факторы выбора: Выбор правильного BESS требует оценки энергоемкости, номинальной мощности, продолжительности разряда, срока службы, эффективности, безопасности и стоимости жизненного цикла, чтобы соответствовать конкретным требованиям проекта.

Что такое аккумуляторная система хранения энергии (BESS)?

A аккумуляторная система накопления энергии (BESS) — это технология, которая накапливает электрическую энергию в аккумуляторных батареях и высвобождает ее при необходимости. Это позволяет хранить электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, ветряными турбинами или сетью, для последующего использования.

Например, коммерческое предприятие может заряжать свою систему BESS в периоды низкого спроса на электроэнергию и разряжать ее в часы пик, чтобы снизить затраты на электроэнергию.

Типичная BESS включает в себя несколько взаимосвязанных компонентов:

• Система управления батареями (BMS): Контролирует напряжение аккумулятора, температуру, ток и условия эксплуатации.
• Система преобразования мощности (PCS): Обеспечивает двунаправленное преобразование мощности между системой постоянного тока аккумулятора и сетью переменного тока или нагрузкой, одновременно контролируя мощность зарядки и разрядки в соответствии с требованиями системы.
• Система энергоменеджмента (EMS): Координирует зарядку, разрядку и распределение энергии в соответствии с эксплуатационными требованиями.
• Система терморегулирования: Контролирует температуру батареи с помощью воздушного или жидкостного охлаждения.

Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) можно классифицировать двумя основными способами: по химическому составу аккумуляторов и по конфигурации системы. Категории по химическому составу включают литий-ионные, свинцово-кислотные, проточные, натриево-ионные и натриево-серные батареи, каждая из которых имеет различные рабочие характеристики.

Категории на основе конфигурации, такие как шкафы C&I ESS, контейнерные BESS, бытовые ESS и мобильные ESS, описывают, как система упаковывается, развертывается и используется. Эти два метода классификации скорее дополняют друг друга, чем взаимозаменяемы.

Каковы основные типы аккумуляторных систем хранения энергии?

К основным типам аккумуляторных систем хранения энергии относятся литий-ионные, свинцово-кислотные, проточные и натриевые аккумуляторы. Каждая технология обладает различными характеристиками, которые влияют на ее пригодность для коммерческих, промышленных и коммунальных проектов.

1. Системы хранения энергии на литий-ионных батареях

Литий-ионные батареи широко используются в стационарных накопителях энергии, среди часто обсуждаемых химических веществ LFP (литий-железо-фосфат) и NMC (никель-марганец-кобальт).

Химический состав LFP обеспечивает хорошую термическую стабильность, катодный состав, не содержащий кобальта, и длительный срок службы. Эти характеристики делают LFP популярным выбором для коммерческих зданий, заводов и проектов по хранению солнечной энергии.

Батареи NMC обычно обеспечивают более высокую гравиметрическую плотность энергии, чем батареи LFP, что делает их широко используемыми в устройствах, где вес и пространство являются важными факторами, например, в электромобилях. Аккумуляторы LFP обычно обеспечивают лучшую термическую стабильность и могут обеспечить более длительный срок службы при сопоставимых условиях эксплуатации.

2. Системы хранения энергии на свинцово-кислотных батареях

Свинцово-кислотные системы представляют собой традиционную аккумуляторную технологию, которая используется десятилетиями. Их основным преимуществом является низкая первоначальная стоимость покупки.

Однако свинцово-кислотные батареи обычно имеют меньшую плотность энергии и более короткий срок службы, чем литий-ионные, особенно при частых глубоких циклах зарядки. Они обычно используются в системах ИБП, резервном питании и некоторых стационарных устройствах хранения энергии, но эти ограничения могут сделать их менее подходящими для интенсивного ежедневного хранения энергии.

3. Системы хранения энергии с проточными батареями

Проточные батареи хранят энергию в жидких электролитах, содержащихся во внешних резервуарах, которые циркулируют через блок элементов, содержащий мембрану. В проточных батареях энергоемкость в первую очередь определяется размером и конфигурацией пакета элементов, а энергоемкость зависит главным образом от объема и концентрации электролита.

Такое разделение делает проточные батареи пригодными для длительного хранения энергии, при этом продолжительность разряда определяется энергоемкостью и номинальной мощностью системы.

Однако сложная насосная инфраструктура, необходимость регулярного технического обслуживания и большая площадь установки ограничивают их применение на промышленных объектах с ограниченным пространством.

4. Системы хранения энергии на основе натриевых батарей

В натрий-ионных и натриево-серных батареях используются материалы на основе натрия, но они работают по-разному. Натриево-ионные аккумуляторы накапливают энергию за счет перемещения ионов натрия между электродами, в то время как обычные натриево-серные аккумуляторы используют натрий и серу в качестве активных материалов и работают при повышенных температурах. Условия их эксплуатации и применения различаются в зависимости от технологии.

Каковы различные конфигурации BESS для проектов хранения энергии?

Помимо химического состава аккумуляторов, установки BESS классифицируются по физическому дизайну и масштабу развертывания. Архитектура базовой системы определяет, насколько легко будет устанавливаться, обслуживаться и масштабироваться оборудование с течением времени.

1. Коммерческие и промышленные шкафы ESS

Коммерческие и промышленные (C&I) шкафы ESS объедините аккумуляторные модули и вспомогательное оборудование в относительно компактном корпусе.

В зависимости от конструкции эти шкафы могут включать в себя АСУТП, BMS, EMS, охлаждающее оборудование и компоненты противопожарной защиты.

Общие приложения включают:

• Снижение пиковых нагрузок и управление спросом на электроэнергию.
• Солнечное фотоэлектрическое хранилище энергии.
• Управление зарядной нагрузкой электромобилей.
• Резервное питание для коммерческих и промышленных объектов.

Их интегрированная конструкция делает их практичными для заводов, коммерческих зданий и других объектов с ограниченным пространством для установки.

2. Контейнерная БЭСС

Контейнерные решения BESS объединяют аккумуляторные системы большой емкости в переносные контейнерные конструкции.

Эти системы обычно развертываются в проектах возобновляемой энергетики коммунального масштаба, промышленных парках и приложениях для поддержки сетей, требующих хранения на уровне мегаватт-часа.

Их модульная архитектура позволяет разработчикам объединять несколько блоков для удовлетворения более крупных требований проекта с учетом электрического проектирования и ограничений на месте.

3. Жилой и мобильный БЕСС

Жилой БЭСС Конфигурации, как правило, представляют собой небольшие системы, предназначенные для домашнего хранения солнечной энергии, собственного потребления электроэнергии и резервного питания.

Мобильные решения BESS отдают приоритет транспортабельности и могут обслуживать временные строительные площадки, мероприятия или места, требующие гибкого распределения электроэнергии.

Как правильно выбрать аккумуляторную систему хранения энергии для вашего проекта

Выбор подходящей BESS требует оценки технических характеристик, а также эксплуатационных требований и долгосрочных затрат.

1. Определите энергоемкость и номинальную мощность

Энергоемкость, измеряемая в кВтч или МВтч, показывает, сколько энергии может хранить аккумулятор. Номинальная мощность, измеряемая в кВт или МВт, описывает, насколько быстро система может доставлять или поглощать энергию.

Например, BESS мощностью 2 МВт/4 МВт имеет номинальную продолжительность разряда примерно два часа при номинальной мощности. Фактическая продолжительность использования зависит от пределов разряда, потерь преобразования, условий эксплуатации и конструкции системы.

2. Оцените производительность батареи

Производительность аккумулятора влияет на долгосрочную эксплуатацию и экономику проекта.

К важным показателям относятся:

• Цикл жизни: Количество циклов зарядки-разрядки, достижимое при определенных условиях испытаний.
• Глубина разряда (DoD): Процент емкости аккумулятора, использованный во время разрядки.
• Эффективность обратного пути: Доля входной энергии, восстановленной после хранения.
• Деградация: Постепенное уменьшение полезной емкости с течением времени.

В проектах, требующих ежедневной езды на велосипеде, следует уделять особое внимание ожидаемому ухудшению качества и условиям гарантии.

3. Оценка безопасности и управления температурным режимом

Безопасность BESS зависит от химического состава аккумуляторов, электрической защиты, управления температурным режимом и проектирования на уровне системы. Оцените мониторинг температуры, обнаружение и тушение пожара, функции аварийного отключения и применимые стандарты безопасности.

Для наружных систем также важны классы защиты окружающей среды и пределы рабочей температуры. Жидкостное охлаждение может поддерживать контроль температуры в больших аккумуляторных блоках, но его эффективность зависит от конструкции системы.

4. Сравните общие затраты на жизненный цикл

Первоначальная цена покупки отражает лишь часть финансовой картины.

Разработчики проекта также должны учитывать установку, потребление вспомогательной электроэнергии, техническое обслуживание, замену батарей и ожидаемый срок службы.

Оценка приведенной стоимости хранилища может помочь сравнить технологии с различными инвестиционными и эксплуатационными характеристиками.

5. Подберите систему к своему приложению

Предполагаемое применение должно определять как химический состав, так и выбор конфигурации. Проекты C&I могут отдавать приоритет управлению спросом и компактной установке. Проекты коммунального масштаба часто требуют большей мощности, возможностей интеграции с сетью и планирования расширения.

Решения Wenergy для хранения энергии на аккумуляторах LFP

Werenge предоставляет решения для хранения энергии на базе аккумуляторов LFP для коммерческих, промышленных и коммунальных приложений. В ее портфолио продукции входят интегрированные шкафы ESS и контейнерные системы, предназначенные для различных проектных мощностей и эксплуатационных требований.

Двумя репрезентативными решениями являются контейнеры BESS Stars CL289Pro и Turtle Series мощностью 5 МВтч.

1. Stars CL289Pro: интегрированное хранилище энергии C&I

Его конструкция «все в одном» объединяет шесть аккумуляторных блоков, PCS, жидкостное охлаждение, противопожарную защиту и встроенную систему EMS.

Ключевые преимущества включают в себя:

• Компактная интеграция:Размеры шкафа примерно 1588 × 1380 × 2450 мм позволяют устанавливать его в коммерческих и промышленных проектах с ограниченным пространством.
• Управление температурой и безопасностью:Жидкостное охлаждение, многоуровневая защитная защита и система аэрозольного пожаротушения.
• Длительная езда на велосипеде:Указанный срок службы составляет не менее 8000 циклов и максимальная эффективность системы выше 89%, согласно спецификациям продукции Wenergy.

Шкаф рассчитан на рабочую температуру от -30°С до 55°С, при температуре выше 45°С требуется снижение мощности.

Эти характеристики делают его подходящим для таких приложений, как коммерческое снижение пиковых нагрузок, хранение солнечной энергии и управление энергией зарядки электромобилей.

Звезды CL289Pro

2. Серия Turtle: контейнерное хранилище для крупных проектов

Его 20-футовая контейнерная архитектура включает в себя шесть аккумуляторных блоков, каждый из которых содержит восемь аккумуляторных модулей, а также оборудование для управления батареями, жидкостного охлаждения и противопожарной защиты.

Ключевые преимущества включают в себя:

• Высокопроизводительная интеграция:Хранение энергии в масштабе МВтч в транспортируемой контейнерной конструкции.
• Модульное расширение:Архитектура кластера батарей поддерживает более крупные конфигурации на уровне проекта.
• Оперативный мониторинг:Интеллектуальное управление батареями и протоколы связи поддерживают интеграцию с внешними системами управления.
• Защита окружающей среды:Жидкостное охлаждение и степень защиты IP55 для определенных зон корпуса, за некоторыми исключениями.

Система имеет указанный диапазон рабочих температур от -30°C до 50°C (за исключением нижнего предела), при этом требуется снижение номинальных характеристик выше 45°C.

Он предназначен для крупных установок возобновляемой энергетики, поддержки энергосистем, управления промышленным энергопотреблением и микросетей.

Серия Черепаха 5 МВтч

Оба решения Wenergy используют технологию LFP, но их разные мощности и конфигурации отвечают различным требованиям проекта.

Заключение

Различные типы аккумуляторных систем хранения энергии предлагают явные преимущества в производительности, стоимости и применении. Выбор правильного решения требует оценки химического состава аккумуляторов, конфигурации системы, безопасности и требований проекта.

Контакт Wenergy's команды найти подходящие варианты для коммерческих, промышленных и коммунальных проектов.