На фоне активного содействия трансформации энергии и энергично развития возобновляемой энергии во всем мире система хранения энергии аккумулятора (BESS), как ключевая технология для баланса энергетического спроса и спроса и повышения эффективности использования энергии, играет все более важную роль. Глубокое понимание фундаментальных принципов и основных компонентов BESS имеет решающее значение для того, чтобы понять его применение и тенденции развития в энергетическом поле.
Основные принципы Бесс
Принцип работы BESS основан на зарядных и сбросах характеристик батареи. Проще говоря, когда существует избыток электроснабжения, например, в пиковые периоды выработки возобновляемой энергии или пиковые периоды потребления электроэнергии, система хранит избыточную энергию в батареях; Когда спрос на электроэнергию превышает предложение, например, в пиковые периоды электроэнергии или когда генерация возобновляемой энергии недостаточна, батареи выпускают сохраненную электроэнергию, чтобы обеспечить поддержку энергосбережения сети или пользователей. Этот процесс похож на «банк электроэнергии», достигая гибкого распределения электроэнергии во времени и пространстве.
В качестве примера, принимая общую литий-ионную батарею, его процесс зарядки и разрядки включает в себя движение ионов лития между положительными и отрицательными электродами. Во время процесса зарядки ионы лития высвобождаются из положительного электрода и встроены в отрицательный электрод через электролит; Во время разряда ионы лития высвобождаются из отрицательного электрода и возвращаются к положительному электроду через электролит, формируя ток во внешней цепи для подачи питания на нагрузку. Эта обратимая химическая реакция позволяет заряжать и сбрасываться литий-ионные батареи, тем самым достигая хранения и высвобождения электрической энергии. Различные типы батарей имеют различные механизмы химической реакции, но основные принципы зарядки и разгрузки одинаковы, оба из которых достигают функции хранения энергии посредством взаимного преобразования между химической энергией и электрической энергией.
Основные компоненты Бесс
Аккумулятор: батарея: сердечный носитель хранилища энергии
Аккумулятор является основным компонентом BESS, и его производительность непосредственно определяет ключевые показатели, такие как емкость хранения энергии, зарядка и эффективность сброса и срок службы цикла системы. В настоящее время наиболее широко используемым типом аккумулятора на рынке являются литий-ионные батареи, включая батареи тройного лития, литий-фосфатные батареи и т. Д. Тернари литий-батареи имеют высокую плотность энергии и могут хранить больше электроэнергии в меньшем объеме и весах, что делает их подходящими для применения, которые требуют высокого пространства и веса, таких как электрические транспортные средства и некоторые проекты для хранения энергии. Аккумуляторы с фосфатом литиевого железа широко используются в крупномасштабных электростанциях для хранения энергии, хранении боковых энергий сетки и в других областях из-за их хорошей безопасности, срока службы длительного цикла и относительно низкой стоимости.
В дополнение к литий-ионным аккумуляторам, в системе BESS также используются другие типы батарей, такие как батареи с свинцовыми кислотами, батареи никеля кадмия и т. Д. Ведущие кислотные аккумуляторы имеют преимущества низкой стоимости и зрелой технологии, но их плотность энергии низкая, а срок их цикла является коротким. Они используются в основном в сценариях, где требования к производительности не высоки, а стоимость чувствительна. Никелевые батареи кадмия когда -то были распространены в небольших устройствах хранения энергии, но у них есть такие проблемы, как эффект памяти и относительно низкая плотность энергии, и их применение постепенно сокращается. Благодаря непрерывной разработке технологий, также появляются новые технологии батареи, такие как твердотельные батареи и ионные батареи натрия, которые, как ожидается, принесут более высокую производительность и более низкую стоимость для систем BESS в будущем.
Система управления аккумуляторами (BMS): интеллектуальный стюард батарей
Система управления аккумуляторами (BMS) является незаменимой частью BESS, служащей «умным менеджером» батареи, отвечающей за мониторинг и управление различными параметрами в реальном времени для обеспечения безопасной и эффективной работы батареи. Основные функции BMS включают мониторинг состояния батареи, контроль заряда и разгрузки, управление балансом и диагностику неисправностей.
С точки зрения мониторинга состояния батареи, BMS собирает параметры в реальном времени, такие как напряжение, ток и температура батареи через различные датчики, и передает эти данные в систему управления для анализа и обработки. Следив за этими параметрами, BMS может точно оценить ключевые индикаторы, такие как оставшиеся батареи (SOC) и состояние здоровья (SOH), обеспечивая основу для контроля заряда и сброса. С точки зрения управления зарядом и разгрузки, BMS точно контролирует процесс зарядки и разгрузки батареи на основе его статуса и системных требований, избегая таких ситуаций, как перегрузка, перегрузка, перегрев, а также защита безопасности и срока службы батареи. Например, когда напряжение аккумулятора достигает установленного напряжения зарядного зарядного зарядного напряжения, BMS автоматически отрезает цепь зарядки, чтобы предотвратить перегрузку аккумулятора; Когда температура аккумулятора слишком высока, BMS активирует систему охлаждения или отрегулирует стратегию зарядки и сброса, чтобы снизить температуру батареи.
Сбалансированное управление является еще одной важной функцией BMS. Из -за различий в производственных процессах и средах использования между отдельными ячейками в аккумуляторе, в процессе зарядки и разгрузки могут возникнуть несоответствия, такие как изменения в таких параметрах, как напряжение, емкость и внутреннее сопротивление. Это несоответствие может привести к снижению общей производительности аккумулятора и сокращенного срока службы цикла. BMS использует сбалансированную функцию управления для равномерного заряда и разгрузки отдельных ячеек в аккумуляторе, заставляя состояния каждой ячейки, как правило, соответствуют и улучшают общую производительность и срок службы батареи. Кроме того, BMS также имеет функцию диагностики неисправностей, которая может своевременно обнаружить неисправности в системе батареи и принимать соответствующие меры для тревоги и обработки их, обеспечивая стабильную работу системы.
Система преобразования питания (ПК): мост для преобразования энергии
Система преобразования мощности (ПК) играет решающую роль в преобразовании электрической энергии в BESS. Он действует как «мост», соединяющий батарею к сетке или нагрузку, достигая двунаправленного преобразования между постоянным током (DC) и переменным током (AC). В процессе зарядки ПК преобразует мощность переменного тока из оборудования для производства сетки или возобновляемой энергии в мощность постоянного тока для зарядки аккумулятора; Во время процесса разряда ПК преобразует выходной выход из батареи в аккумулятор в переменный ток и поставляет питание в сетку или нагрузку.
ПК обычно принимают двунаправленную технологию инвертора, которая может достичь эффективного и стабильного преобразования энергии. Его показатели эффективности включают эффективность конверсии, коэффициент мощности, гармонические искажения и т. Д. Хороший коэффициент мощности может уменьшить влияние реактивной мощности на энергосистему и улучшить качество питания; Низкие гармонические искажения могут уменьшить помехи в электросновательную сетку и другое электрическое оборудование. Чтобы удовлетворить потребности различных сценариев применения, уровень мощности ПК также варьируется, начиная от киловатт с низким энергопотреблением до мощных мегаватт. На больших электростанциях для хранения энергии несколько модулей PCS обычно используются параллельно для достижения более высокой выходной мощности и емкости системы.
Система управления энергией (EMS): командир системных операций
Система управления энергопотреблением (EMS) является «командиром» BESS, ответственной за мониторинг, контроль и оптимизацию потока энергии всей системы. EMS общается с BMS, ПК и другими связанными устройствами для получения состояния и данных системы в реальном времени, такими как уровень батареи, статус зарядки и сброса, напряжение сетки, частота, мощность и другая информация. Затем, согласно алгоритму и оптимизации предустановленного управления, EMS координирует и контролирует процесс зарядки и разгрузки системы для достижения оптимальной работы системы.
Например, в пиковые периоды потребления электроэнергии в сетке питания EMS будет управлять системой BESS для разряда в сетку в зависимости от ситуации нагрузки сетки и оставшейся емкости аккумулятора, облегчая давление питания на сетке; В периоды низкого потребления электроэнергии EMS будет управлять ПК для зарядки батареи и сохранять избыточную энергию. В то же время EMS может оптимизировать скоординированную работу между системой BESS и оборудованием для производства возобновляемой энергии на основе ситуации с производством электроэнергии возобновляемых источников энергии и повысить эффективность потребления возобновляемых источников энергии. Кроме того, EMS также имеет функции удаленного мониторинга и управления. Пользователи могут отслеживать, управлять и управлять системой BESS удаленно через Интернет или другие методы связи, чтобы они могли быстро освоить работу системы и своевременно отрегулировать стратегию работы системы.
Другие вспомогательные компоненты
В дополнение к компонентам ядра, упомянутым выше, система BESS также включает в себя некоторые вспомогательные компоненты, такие как система теплового управления аккумулятором (BTMS), система пожарной защиты, система мониторинга и т. Д., Которые вместе обеспечивают безопасную и стабильную работу системы.
