Moderné elektrické siete a komerčné zariadenia čelia rastúcim výzvam v oblasti energetickej stability, rastúcich nákladov na energiu a integrácie obnoviteľných zdrojov. Systém na ukladanie energie z batérií (BESS) rieši tieto výzvy skladovaním lacnej alebo zelenej elektriny a jej vybíjaním počas špičky. Pochopenie rôznych typov systémov na ukladanie energie z batérií pomáha energetickým manažérom a vývojárom projektov vybrať si správnu technológiu pre ich prevádzkové potreby.

Kľúčové poznatky

• Hlavné technológie BESS: Systémy na ukladanie energie z batérií zahŕňajú lítium-iónové, olovené, prietokové, sodíkovo-iónové a sodíkovo-sírové batérie, z ktorých každá má odlišné výhody, obmedzenia a aplikácie.
• Rôzne konfigurácie systému: BESS možno tiež kategorizovať ako skrine C&I ESS, kontajnerové BESS, obytné ESS a mobilné ESS na základe ich fyzického dizajnu, kapacity a potrieb nasadenia.
• Kľúčové faktory výberu: Výber správneho BESS vyžaduje vyhodnotenie energetickej kapacity, menovitého výkonu, trvania vybíjania, životnosti cyklu, účinnosti, bezpečnosti a nákladov na životný cyklus, aby zodpovedali špecifickým požiadavkám projektu.

Čo je batériový systém na ukladanie energie (BESS)?

A systém ukladania energie batérie (BESS) je technológia, ktorá ukladá elektrickú energiu do nabíjateľných batérií a v prípade potreby ju uvoľňuje. Umožňuje skladovať elektrinu vyrobenú zo solárnych panelov, veterných turbín alebo siete na neskoršie použitie.

Napríklad komerčné zariadenie môže nabíjať svoj systém BESS počas obdobia nízkej spotreby elektrickej energie a vybíjať ju počas špičky, čím pomôže znížiť náklady na energiu.

Typický BESS obsahuje niekoľko vzájomne prepojených komponentov:

• Systém správy batérie (BMS): Monitoruje napätie batérie, teplotu, prúd a prevádzkové podmienky.
• Systém konverzie energie (PCS): Umožňuje obojsmernú konverziu energie medzi jednosmerným systémom batérie a sieťou striedavého prúdu alebo záťažou, pričom riadi nabíjanie a vybíjanie podľa systémových požiadaviek.
• Systém energetického manažmentu (EMS): Koordinuje nabíjanie, vybíjanie a odoslanie energie podľa prevádzkových požiadaviek.
• Systém tepelného manažmentu: Reguluje teplotu batérie pomocou vzduchového alebo kvapalinového chladenia.

Systémy na ukladanie energie z batérií (BESS) možno klasifikovať dvoma hlavnými spôsobmi: podľa chémie batérie a podľa konfigurácie systému. Kategórie založené na chémii zahŕňajú lítium-iónové, olovené, prietokové, sodíkovo-iónové a sodíkovo-sírové batérie, pričom každá má odlišné prevádzkové vlastnosti.

Kategórie založené na konfigurácii, ako sú C&I ESS skrine, kontajnerové BESS, obytné ESS a mobilné ESS, popisujú, ako je systém zabalený, nasadený a používaný. Tieto dve klasifikačné metódy sa skôr dopĺňajú ako zamieňajú.

Aké sú hlavné typy systémov na ukladanie energie z batérií?

Medzi hlavné typy systémov na ukladanie energie z batérií patria lítium-iónové, olovené, prietokové a sodíkové batérie. Každá technológia ponúka iné vlastnosti, ktoré ovplyvňujú jej vhodnosť pre komerčné, priemyselné a úžitkové projekty.

1. Systémy uchovávania energie lítium-iónových batérií

Lítium-iónové batérie sú široko používané v stacionárnom skladovaní energie, pričom LFP (lítium-železnatý fosforečnan) a NMC (nikel-mangánový kobalt) patria medzi bežne diskutované chemické látky.

LFP chémia ponúka dobrú tepelnú stabilitu, katódové zloženie bez kobaltu a dlhú životnosť. Vďaka týmto vlastnostiam je LFP obľúbenou voľbou pre komerčné budovy, továrne a projekty skladovania solárnej energie.

Batérie NMC vo všeobecnosti ponúkajú vyššiu gravimetrickú hustotu energie ako batérie LFP, vďaka čomu sú široko používané v aplikáciách, kde sú dôležitými faktormi hmotnosť a priestor, ako sú napríklad elektrické vozidlá. Batérie LFP zvyčajne poskytujú lepšiu tepelnú stabilitu a môžu ponúknuť dlhšiu životnosť v porovnateľných prevádzkových podmienkach.

2. Systémy uchovávania energie olovených batérií

Systémy olovených kyselín predstavujú tradičnú technológiu batérií s desiatkami rokov používania v teréne. Ich hlavnou výhodou je nízka obstarávacia cena.

Avšak olovené batérie majú vo všeobecnosti nižšiu hustotu energie a kratšiu životnosť ako lítium-iónové batérie, najmä pri častom hlbokom cyklovaní. Bežne sa používajú v systémoch UPS, záložnom napájaní a vybraných aplikáciách stacionárnych úložísk, ale tieto obmedzenia môžu spôsobiť, že sú menej vhodné na intenzívne denné skladovanie energie.

3. Prietokové batériové systémy na ukladanie energie

Prietokové batérie uchovávajú energiu v tekutých elektrolytoch uložených v externých nádržiach, ktoré cirkulujú cez bunkovú sadu obsahujúcu membránu. V prietokových batériách je výkonová kapacita primárne určená veľkosťou a konfiguráciou zásobníka článkov, zatiaľ čo energetická kapacita závisí hlavne od objemu a koncentrácie elektrolytu.

Vďaka tomuto oddeleniu sú prietokové batérie vhodné na dlhodobé skladovanie energie, pričom trvanie vybíjania je určené energetickou kapacitou a menovitým výkonom systému.

Zložitá čerpacia infraštruktúra, potreba pravidelnej údržby a veľká inštalačná stopa však obmedzujú ich prijatie v priemyselných lokalitách s obmedzeným priestorom.

4. Systémy skladovania energie batérií na báze sodíka

Sodno-iónové a sodno-sírové batérie používajú materiály na báze sodíka, ale fungujú odlišne. Sodíkovo-iónové batérie uchovávajú energiu prostredníctvom pohybu sodíkových iónov medzi elektródami, zatiaľ čo bežné sodíkovo-sírové batérie využívajú sodík a síru ako aktívne materiály a fungujú pri zvýšených teplotách. Ich prevádzkové podmienky a aplikácie sa líšia v závislosti od technológie.

Aké sú rôzne konfigurácie BESS pre projekty skladovania energie?

Okrem chémie batérie sú inštalácie BESS kategorizované podľa fyzického dizajnu a rozsahu nasadenia. Základná systémová architektúra určuje, ako ľahko možno zariadenie inštalovať, udržiavať a škálovať v priebehu času.

1. Komerčné a priemyselné ESS skrine

Obchodné a priemyselné (C&I) skrine EZS kombinujú batériové moduly a podporné zariadenia v relatívne kompaktnom kryte.

V závislosti od dizajnu môžu tieto skrine integrovať komponenty PCS, BMS, EMS, chladiace zariadenia a protipožiarne komponenty.

Bežné aplikácie zahŕňajú:

• Špičkové oholenie a riadenie spotreby elektrickej energie.
• Skladovanie solárnej fotovoltaickej energie.
• Riadenie zaťaženia nabíjania EV.
• Záložné napájanie pre komerčné a priemyselné zariadenia.

Vďaka integrovanej konštrukcii sú praktické pre továrne, komerčné budovy a iné miesta s obmedzeným priestorom na inštaláciu.

2. Kontajnerový BESS

Kontajnerové riešenia BESS obsahujú vysokokapacitné batériové systémy v rámci prepravných kontajnerových konštrukcií.

Tieto systémy sa bežne používajú v projektoch obnoviteľnej energie, priemyselných parkoch a aplikáciách na podporu siete, ktoré si vyžadujú skladovanie na úrovni megawatthodiny.

Ich modulárna architektúra umožňuje vývojárom kombinovať viacero jednotiek, aby splnili požiadavky väčšieho projektu, s výhradou elektrického návrhu a obmedzení na mieste.

3. Obytné a mobilné BESS

Obytný BESS konfigurácie sú vo všeobecnosti menšie systémy určené na domáce solárne skladovanie, vlastnú spotrebu elektriny a záložné napájanie.

Mobilné riešenia BESS uprednostňujú transportovateľnosť a môžu slúžiť na dočasné staveniská, udalosti alebo miesta vyžadujúce flexibilné napájanie.

Ako si vybrať správny systém na ukladanie energie z batérie pre váš projekt

Výber vhodného BESS vyžaduje vyhodnotenie technického výkonu spolu s prevádzkovými požiadavkami a dlhodobými nákladmi.

1. Určite energetickú kapacitu a menovitý výkon

Energetická kapacita, meraná v kWh alebo MWh, udáva, koľko energie dokáže batéria uložiť. Menovitý výkon, meraný v kW alebo MW, popisuje, ako rýchlo dokáže systém dodať alebo absorbovať energiu.

Napríklad 2 MW/4 MWh BESS má nominálne trvanie vybíjania približne dve hodiny pri menovitom výkone. Skutočná doba použiteľnosti závisí od limitov vybíjania, strát pri konverzii, prevádzkových podmienok a konštrukcie systému.

2. Vyhodnoťte výkon batérie

Výkon batérie ovplyvňuje dlhodobú prevádzku a ekonomiku projektu.

Medzi dôležité ukazovatele patria:

• Životnosť cyklu: Počet cyklov nabíjania a vybíjania, ktoré je možné dosiahnuť za špecifikovaných skúšobných podmienok.
• Hĺbka vybitia (DoD): Percento kapacity batérie využitej počas vybíjania.
• Účinnosť spiatočnej cesty: Podiel vstupnej energie získanej po uskladnení.
• Degradácia: Postupné znižovanie využiteľnej kapacity v priebehu času.

Projekty vyžadujúce denné bicyklovanie by mali venovať osobitnú pozornosť očakávanej degradácii a záručným podmienkam.

3. Posúdenie bezpečnosti a tepelného manažmentu

Bezpečnosť BESS závisí od chémie batérie, elektrickej ochrany, tepelného manažmentu a inžinierstva na úrovni systému. Vyhodnoťte monitorovanie teploty, detekciu a potlačenie požiaru, funkcie núdzového vypnutia a príslušné bezpečnostné normy.

Pre vonkajšie systémy sú dôležité aj hodnotenia ochrany životného prostredia a limity prevádzkovej teploty. Kvapalinové chladenie môže podporovať reguláciu teploty vo veľkých batériových zostavách, ale jeho účinnosť závisí od konštrukcie systému.

4. Porovnajte celkové náklady životného cyklu

Počiatočná kúpna cena poskytuje len časť finančného obrazu.

Vývojári projektu by mali zvážiť aj inštaláciu, spotrebu pomocnej elektriny, údržbu, výmenu batérie a očakávanú životnosť.

Vyhodnotenie vyrovnaných nákladov na skladovanie môže pomôcť porovnať technológie s rôznymi investičnými a prevádzkovými charakteristikami.

5. Prispôsobte systém svojej aplikácii

Zamýšľaná aplikácia by mala riadiť výber chémie aj konfigurácie. Projekty C&I môžu uprednostňovať riadenie dopytu a kompaktnú inštaláciu. Projekty na úrovni utility často vyžadujú väčšie kapacity, možnosti integrácie siete a plánovanie rozšírenia.

Wenergy's LFP Battery Energy Storage Solutions

Múdrosť poskytuje riešenia na ukladanie energie batérií na báze LFP pre komerčné, priemyselné a úžitkové aplikácie. Jej produktové portfólio zahŕňa integrované ESS skrine a kontajnerové systémy navrhnuté pre rôzne projektové kapacity a prevádzkové požiadavky.

Dve reprezentatívne riešenia sú Stars CL289Pro a Turtle Series 5MWh BESS Container.

1. Stars CL289Pro: Integrované úložisko energie C&I

Jeho all-in-one konštrukcia integruje šesť batériových jednotiek, PCS, kvapalinové chladenie, protipožiarnu ochranu a vstavaný EMS.

Medzi hlavné výhody patrí:

• Kompaktná integrácia:Rozmery skrine približne 1 588 × 1 380 × 2 450 mm podporujú inštaláciu v komerčných a priemyselných projektoch, ktoré sú nenáročné na priestor.
• Tepelný a bezpečnostný manažment:Chladenie kvapalinou, viacvrstvová bezpečnostná ochrana a aerosólový hasiaci systém.
• Dlhodobá cyklistika:Špecifikovaná životnosť cyklu najmenej 8 000 cyklov a maximálna účinnosť systému nad 89%, podľa špecifikácií produktu Wenergy.

Skriňa je navrhnutá pre prevádzkové teploty od -30°C do 55°C, s požadovaným znížením výkonu nad 45°C.

Vďaka týmto vlastnostiam je vhodný pre aplikácie, ako sú komerčné špičkové oholenie, solárne skladovanie a riadenie energie nabíjania elektromobilov.

Hviezdy CL289Pro

2. Séria Turtle: Kontajnerové úložisko pre väčšie projekty

Jeho 20-stopová kontajnerová architektúra obsahuje šesť batériových klastrov, z ktorých každý obsahuje osem batériových modulov, spolu s riadením batérií, kvapalinovým chladením a zariadením na ochranu pred požiarmi.

Medzi hlavné výhody patrí:

• Vysokokapacitná integrácia:Skladovanie energie v MWh v rámci konštrukcie prenosného kontajnera.
• Modulárne rozšírenie:Architektúra batériového klastra podporuje väčšie konfigurácie na úrovni projektu.
• Prevádzkové monitorovanie:Inteligentná správa batérie a komunikačné protokoly podporujú integráciu s externými riadiacimi systémami.
• Ochrana životného prostredia:Chladenie kvapalinou a krytie IP55 pre špecifikované oblasti krytov s definovanými výnimkami.

Systém má špecifikovaný rozsah prevádzkových teplôt od -30 °C do 50 °C (s vylúčením spodného limitu), pričom zníženie výkonu sa vyžaduje nad 45 °C.

Je určený pre veľké zariadenia na výrobu obnoviteľnej energie, podporu rozvodnej siete, priemyselný energetický manažment a mikrosieťové aplikácie.

Turtle Series 5MWh

Obe riešenia Wenergy využívajú technológiu LFP, ale ich rozdielne kapacity a konfigurácie riešia odlišné požiadavky projektu.

Záver

Rôzne typy systémov na ukladanie energie z batérií ponúkajú výrazné výhody z hľadiska výkonu, nákladov a aplikácií. Výber správneho riešenia si vyžaduje vyhodnotenie chémie batérie, konfigurácie systému, bezpečnosti a projektových požiadaviek.

Kontakt Wenergyho tímov nájsť vhodné možnosti pre komerčné, priemyselné a úžitkové projekty.