Индустриални батерийни системи за съхранение на енергия с възможност за резервно захранване

Батерийната система за съхранение на енергия (БССЕ) е електрохимично устройство, което съхранява енергия от мрежата и след това отдава тази енергия в по-късен момент, за да осигури електрозахранване. Съхранението на енергия в литиево-йонни батерии се счита за едно от най-ефективните. Системите за съхранение на енергия в индустриален мащаб за управление на електроснабдяването или за предоставяне на услуги за електрическата мрежа са ново решение, което набира популярност. Нарастващата популярност се дължи на увеличаващите се нужди от гъвкавост на системата, от стабилност и предвидимост за електроцентралите, използващи възобновяеми енергийни източници, съчетани с бързо намаляване на разходите за батерийни технологии. В резултат на това през последните години се наблюдава нарастване на значителната роля на БССЕ в системите на електрическите мрежи. Развитието на БССЕ вече дава възможност за решаване на различни задачи. Една от задачите на БССЕ е да осигурява захранване по време на прекъсвания на електроснабдяването, която ще обсъдим по-подробно в тази статия.

Какво е БССЕ и защо ни е необходима

Батерийната система за съхранение на енергия (БССЕ) е електрохимично устройство, което съхранява енергия от мрежата и след това отдава тази енергия в по-късен момент, за да осигури електрозахранване.
Съхранението на енергия в литиево-йонни батерии се счита за едно от най-ефективните.
Системите за съхранение на енергия виндустриален за управление на електроснабдяването или за предоставяне на услуги за електрическата мрежа са ново решение, което набира популярност.

За какво може да се използва БССЕ:

        • Липса на захранване от електрическата мрежа. БССЕ зависи от вида на системата и може да осигури енергия в отговор на промени или спадове в честотата и напрежението, както и да осигури допълнително захранване в случай на недостатъчно захранване от електрическата мрежа. Това ще помогне да се избегнат скъпи инвестиции в преустройството на преноса и разпределението.
        • Енергийният баланс намалява общите разходи на потребителите за електроенергия, като съхранява енергия през извънпиковите периоди, когато цените на електричеството са ниски, за да бъде използвана по-късно, когато цените на електроенергията са високи – през пиковите периоди.
        • С източник на слънчева енергия (VDE)
          Възобновяемите енергийни източници оказват все по-голямо влияние върху енергийната система на държавата. Поради това се предявяват по-значими изисквания за предвидимостта на такива системи. Една от възможностите е към слънчевата електростанция например да се добави система за съхранение на енергия. Системата за съхранение на енергия може да помогне за балансиране на системата и за избягване на генерирането на пикове в електрическата мрежа.
        • БССЕ с възможност за резервно захранване (извън електрическата мрежа)
          Използвайте БССЕ с възможност за резервно захранване (извън електрическата мрежа) на места, където често се случват прекъсвания на електрозахранването или се изискват множество източници на енергия.
          Резервната БССЕ може да използва енергията на батерията и за да управлява разхода, което не може да се осъществи при самостоятелна система

Нека разгледаме по-подробно възможностите за използване на БССЕ с възможност за резервно захранване. Защо по-точно отделяме БССЕ с възможност за резервно захранване в отделна категория? Тъй като системата за съхранение на енергия не означава, че има възможност за работа извън електрическата мрежа във всеки случай. Точно както слънчевата електроцентрала не може да генерира електричество без електрическа мрежа, всъщност осигуряването на резервна енергия не винаги е необходимо.
Системите, които могат да работят без електрическа мрежа, са по-скъпи.
Друго предизвикателство е, че системите извън електрическата мрежа са до голяма степен уникални и преди имаше ограничен брой решения, които биха могли да се прилагат за индустриалния сектор. Някои промишлени съоръжения бяха проектирани с оборудване, произведено специално за тях.
С разработването и търсенето на системи за съхранение на енергия за решаване на проблемите в жилищния сектор, индустриалният сектор започва да използва този опит и да го разширява.
Производителите и развиващите се технологии започнаха да предлагат решения за системи за съхранение на енергия с възможност за частичен или пълен режим на работа извън електрическата мрежа.
Каква е разликата между БССЕ в частния сектор, което е доста често срещано, и в индустриалния сектор? – В мащаба и отговорностите.
Решенията, които започват да се използват в индустриалния сектор, са изправени пред нови предизвикателства, произтичащи от по-големия мащаб – например противопожарната защита, охлаждането, предотвратяване на прегряването, поддръжката и др.
С развитието на БССЕ и различните й разклонения скоро ще можем да постигнем значителен напредък в преобразуването на възобновяемите енергийни източници от негарантирани в гарантирани, което ще намали въздействието на въглищните електроцентрали върху околната среда.

Компоненти и функции на БССЕ

БССЕ се състои от различни части, основните от които са:

      • Система от батерии
        Батерията е основният компонент на системата за съхранение на енергия с използване на батерии. Батерията съхранява енергия, за да я предостави, когато е необходимо. Батерията се състои от литиеви клетки, които образуват блок, а няколко свързани блока образуват батериен модул. Няколко модула, свързани последователно (най-често), се поставят на стойка за батерии и осигуряват необходимото напрежение. Стойките за батерии са свързани паралелно, за да се постигне необходимия капацитет, и образуват енергийна система с батерии, която може да бъде мащабирана, за да е подходяща за пакетираща система, контейнер и т.н.
        В зависимост от необходимото напрежение и енергия можете да комбинирате паралелни и серийни свързвания, за да създадете системата, която трябва да мащабирате
Компоненти на батерийна система в контейнер
      • Система за управление на батериите (BMS) Компонентът на литиевата батерия на БССЕ трябва да се управлява от система за управление на батериите (BMS). BMS е мозъкът на батерийната система, чиято основна функция е да предпазва батерията от повреди в различни режими на работа. BMS трябва да гарантира, че батерията работи в определени диапазони на критичните параметри, включително:
        – Състояние на зареждане (SoC)
        – Състояние на работоспособност (SoH)
        – Напрежение (V)
        – Температура (°C)
        – Ток (А)
        Контролирането на такива важни параметри помага да се избегне пожар, претоварване, къси съединения, дисбаланс и т.н.
        Правилно проектираната BMS е жизненоважен компонент на батерийната система за съхранение на енергия и осигурява безопасност на батериите и дълъг живот на всяка литиева БССЕ.
      • Система за преобразуване на енергията (PCS) или хибриден инвертор
        БССЕ съхранява и дава енергия под формата на постоянен ток (DC), но електрическата мрежа работи на променлив ток (AC), както и по-голямата част от товарите й. За да се осигури енергия от БССЕ към електрическата мрежа (товарите) и да се зареди БССЕ от мрежата, е необходима система за преобразуване на енергията (PCS) или хибриден инвертор. Тя може да представлява цяла система, която комбинира няколко вида инвертори. PCS или хибридният инвертор е по-сложен от повечето инвертори, защото трябва да се преобразува в две посоки – от DC към AC и от AC към DC. По-сложните системи PCS трябва да могат да зареждат системата от мрежата и да подават енергия от нея в мрежата.
        Типът на системата за преобразуване на енергията (PCS) или на хибридния инвертор почти напълно определя какви задачи ще изпълнява системата, дали ще бъде система за стабилизиране на слаба електрическа мрежа, система с възможност за работа в режим извън електрическата мрежа или система, която ще предоставя услуги за електрическата мрежа.
        PCS или хибридният инвертор имат постоянна връзка с БССЕ и участват в управлението й. В зависимост от настройките, те ще контролират до какво ниво, кога и колко често батериите ще бъдат разредени и заредени.
        Важно е да познавате двата типа конфигурации на системата за преобразуване на енергията. AC свързване и DC свързване.
        За слънчева електроцентрала с комбинирана БССЕ може да се направи избор между двете. При AC свързване БССЕ е свързана паралелно със слънчевата фотоволтаична система от страната на AC мрежата.
        При DС свързване фотоволтаичната система и БССЕ са свързани от страната на DC мрежата.
Пример за еднолинейна диаграма, AC свързване и DС свързване
  • Други (опционален генератор)
В зависимост от размера на системата и нейните задачи БССЕ може да включва такива системи като отопление, вентилация, климатизация, мониторинг, борба с пожари, система за надзорен контрол и събиране на данни (SCADA) и др. Възможно е също така да се открои доста често срещаната комбинация на БССЕ с възобновяема енергия.

Безопасност

Литиево-йонните (Li-ion) батерии са напълно безопасни и широко разпространени. Те се използват в много електрически устройства, за да се гарантира тяхната автономна работа. Големият капацитет на батерията обаче изисква допълнително внимание за осигуряване на максимална безопасност и дългосрочно използване на системата.

В литиево-йонните (Li-ion) батерии може да протече химическа реакция, известна като прегряване. За нея не е необходим кислород или видим пламък, ако настъпи в плътно пакетиран комплект от клетки. Ако този процес не бъде спрян чрез устройства за защита на системата, той може да продължи да увеличава температурата и налягането, докато клетката на батерията се разкъса, което от своя страна може да освободи експлозивни газове. Ако прегряването се разпространява чрез модул, в БССЕ могат да се натрупат запалими газове и да създадат условия за експлозия. Прегряването може да бъде причинено и от излагане на висока температура при традиционни пожари.

Важно е да се отбележи, че стандартният подход за свеждане до минимум на конвенционалните пожари, като например изключване на вентилацията и използване на чисти противопожарни агенти за охлаждане или лишаване на пожара от кислород, може да засили заплахата от експлозия, като позволи увеличаване на концентрациите на експлозивен газ. Затова системите за аварийни случаи и протоколите за реагиране при извънредни ситуации трябва да бъдат проектирани така, че да гасят пожарите и да проветряват загражденията, ако е необходимо, преди влизане.

Препоръчваме ви да включите във вашата БССЕ (в зависимост от мащаба) следващата система (ЗАБЕЛЕЖКА: Всички мерки за сигурност на системата трябва да отговарят на националните стандарти и да бъдат проектирани от квалифицирани инженери, които имат подходящи сертификати):

            • Системи за откриване на опасности
            • Предотвратяване на прегряване
            • Гасене на пожар
            • Защита от неизправност на заземяването
            • Изследване на експлозии

ВАЖНО ПО ВРЕМЕ НА АВАРИЙНИ СИТУАЦИИ ПРИ БАТЕРИЙНИТЕ СИСТЕМИ ЗА СЪХРАНЕНИЕ НА ЕНЕРГИЯ (БССЕ)
В случай на повреда или пожар, които засягат батерийните системи за съхранение на енергия (БССЕ):

        • Винаги приемайте, че батериите и свързаните с тях компоненти са под напрежение и са напълно заредени.
        • Информационните листове за безопасност (ИЛБ) могат да предоставят важна информация относно химичните свойства на батериите.
        • Откритите електрически компоненти, проводници и батерии представляват потенциална опасност от токов удар.
        • По време на инциденти, които засягат БССЕ, екипът за реагиране трябва да следва тези стъпки: ИДЕНТИФИЦИРАЙТЕ (местоположението и вида на системата), ИЗКЛЮЧЕТЕ БССЕ, ако е необходимо, ВНИМАВАЙТЕ за високо напрежение и други опасности.
        • Носете всички ЛПС и гледайте настрани, когато работите, за да се предпазите от наранявания, причинени от светкавица на електрическа дъга.
        • Намерете персонала в сградата, който отговаря за системата, и/или намерете номера на службата за спешни случаи.
        • Бъдете готови да задействате системите за отопление, вентилация и климатизация (ОВК), за да предотвратите разпространението на дим и токсични/запалими газове.

Поддръжка

Правилната техническа поддръжка, поддържането на батериите при подходящата температура, постоянното калибриране на системата, наблюдението и анализът на данните ще предпазят от повреди и ще осигурят оптимална работа и дълъг живот на системата.
Основните показатели, които трябва непрекъснато да се спазват за успешна поддръжка:

        • Необходимо е да се поддържа подходящ температурен режим в помещението, където се намират батериите. Високите температури може да повредят клетките на батериите или да намалят броя на оставащите цикли. За да спазите това условие, отоплявайте помещенията през зимата и използвайте климатик през лятото.
        • Уверете се, че системата е правилно настроена и калибрирана. За правилната работа на системата е важно тя да работи ефективно, например да се настроят правилно параметрите на нивата на разреждане и зареждане, за да се предотврати разреждането под безопасното ниво или презареждането.
        • Наблюдението и анализът са важен компонент за ефективното функциониране и поддръжка на БССЕ. Чрез наблюдение на показателите на системата, нейните режими и уведомления е възможно да се открият навреме потенциалните заплахи и да се предприемат мерки.
        • Редовната поддръжка е необходима и за правилното функциониране на БССЕ. Това включва рутинно почистване на системата, подмяна на износени или повредени компоненти и извършване на тестове за капацитета на батериите, за да се гарантира тяхната непрекъсната ефективна способност за съхранение. Инверторите на системата могат да бъдат калибрирани, за да се гарантира, че БССЕ е в състояние ефективно да преобразува постояннотоковата (DC) енергия, съхранявана в батериите, в променливотокова (AC) енергия. Намаляването на спомагателното захранване също може значително да увеличи ефективността на системата.

Какви решения за индустриални проекти може да предложи Solarity днес?

Решение за БССЕ на Huawei

Решението за БССЕ на Huawei може да се използва за захранване на електрически мрежи, поддържане на надеждността на мрежата и съхраняване на излишната електроенергия за по-нататъшно използване.
Това решение може да се използва за:

      • Пазарен арбитраж: Системата може да се използва за зареждане на батерията при ниски цени на енергията и разреждане при по-високи цени (например през пиковите часове).
      • Гарантиран капацитет или пиков капацитет: Операторите на системи трябва да гарантират, че разполагат с достатъчен капацитет за производство, за да отговорят надеждно на търсенето през периодите на най-голямо търсене за дадена година или на пиковото търсене.
      • Оперативни резерви и спомагателни услуги: За да се поддържа надеждна работа на електроенергийната система, производството на електроенергия трябва да отговаря точно на търсенето й по всяко време. Различните категории оперативни резерви и спомагателни услуги се задействат в различни времеви периоди, от части от секундата до няколко часа, като те всички са необходими, за да се гарантира надеждността на електрическата мрежа.
      • Отлагане на модернизацията на преноса и разпределението: Преносната и разпределителната инфраструктура на електроенергийната мрежа трябва да бъде оразмерена така, че да отговори на пиковото търсене, което може да е налице само няколко часа от годината.
Решение Smart String ESS от FusionSolar
FusionSolar предлага решението Smart String ESS, за да помогне на клиентите да наблюдават, управляват и оптимизират БССЕ на ниво пакет и стойка. Решението е проектирано с няколко слоя на защита за безопасност. Възможно е да се изгради система от 2 MWh.

Victron + Pylontech

На основата на инверторното оборудване Victron и батериите Pylontech е възможно да се изгради БССЕ за малки индустриални съоръжения. Малки и средни системи с мощност до 90 kW и капацитет от няколко MWh. Такива системи са напълно достатъчни за малки предприятия, офиси и магазини. Инверторите Victron ви позволяват да създадете система с резервно захранване, която може да подава фотоволтаична енергия към мрежата, да управлява потреблението и да съхранява излишната енергия.

Трифазна система за 45 kW с батерия с капацитет 72 kWh

Deye + Pylontech

Хибридните инвертори DEYE са създадени на базата на инвертори, благодарение на което е възможно да се създаде слънчева електроцентрала със система за съхранение. Най-мощният хибриден инвертор DEYE е SUN-50K-SG01HP3-EU-BM4 с мощност 50 kW. До 10 такива инвертора могат да бъдат свързани паралелно, което прави възможно изграждането на хибридна централа/централа извън електрическата мрежа с мощност 500 kW. Към тази станция е възможно да се свърже батериен капацитет до няколко десетки MWh.

Работна еднолинейна диаграма на хибриден инвертор Deye

Work modes

Aвтор: Oleksandr Lashchenko, Technical Support UA

България

Германия

Йордания
Колумбия
Мароко
Международна версия
Полша
Румъния
Украйна
Унгария
Чешка република