Stocarea energiei în baterii comerciale cu back-up

Un sistem de stocare a energiei în baterii (BESS) este o unitate electrochimică care stochează energie de la rețea iar apoi descarcă energia respectivă la un moment ulterior pentru a furniza energia respectivă. Stocarea energiei în baterii litiu-ion este considerată una dintre cele mai eficiente. Sistemele de stocare a energiei în baterii la scară comercială pentru gestionarea distribuției de energie electrică sau pentru furnizarea de servicii pentru rețea constituie o soluție nouă, care devine din ce în ce mai populară. Popularitatea din ce în ce mai mare rezultă din nevoia tot mai crescută de flexibilitate, stabilitate și predictibilitate a sistemului pentru centralele de energie regenerabilă, combinată cu scăderea rapidă a costurilor tehnologiei bateriilor. În consecință, în ultimii ani s-a constatat o creștere a rolului semnificativ jucat de BESS în sistemele de rețea. Și, odată cu dezvoltarea BESS, pot fi rezolvate deja diverse sarcini. Una dintre sarcinile BESS este de a furniza curent electric în timpul penelor de curent, aspect pe care îl vom discuta mai detaliat în acest articol.

Ce este BESS și de ce este necesar

- - - Lipsa energiei electrice de la rețea. În funcție de tipul de sistem, BESS poate să furnizeze energie ca răspuns la modificări sau scăderi ale frecvenței și tensiunii și să furnizeze energie suplimentară în cazul în care energia de la rețea este insuficientă. Acest lucru va contribui la evitarea investițiilor costisitoare în reconstrucția sistemelor de transport și distribuție.
    - Echilibrul energetic reduce costurile per ansamblu cu energia ale consumatorilor prin stocarea energiei în perioadele care nu sunt de vârf, când prețurile electricității sunt scăzute, pentru ca aceasta să poată fi utilizată ulterior, respectiv când prețurile energiei electrice sunt ridicate în perioadele de vârf..
    - Cu sursă solară (VDE) Sursele de energie regenerabilă au un impact din ce în ce mai mare asupra sistemului energetic al țării. Prin urmare, se formulează cerințe mai importante în ceea ce privește predictibilitatea acestor sisteme. Astfel, o opțiune este adăugarea la stația solară, de exemplu, a unui sistem de stocare a energiei. Un sistem de stocare a energiei poate contribui la echilibrarea sistemului și la evitarea generării de supratensiuni în rețea.
    - BESS cu back-up (grid-off) Utilizați BESS cu back-up (modul off-grid) în locurile în care întreruperile de curent sunt frecvente sau sunt necesare mai multe surse de energie. Un BESS cu back-up poate utiliza, de asemenea, energia bateriei pentru a gestiona consumul, în comparație cu un sistem autonom

Haideți să analizăm mai în detaliu posibilitățile de utilizare a BESS cu back-up. De ce distingem BESS cu back-up drept o categorie individuală? Deoarece un sistem de stocare a energiei nu presupune în mod obligatoriu posibilitatea de funcționare fără alimentarea de la rețea. La fel cum o centrală electrică solară nu poate genera electricitate fără o rețea și, de fapt, asigurarea unei funcționări de back-up nu este întotdeauna necesară. Sisteme care pot funcționa fără alimentarea de la rețea sunt mai scumpe. O altă provocare constă în faptul că sistemele grid-off sunt destul de unice, iar înainte exista un număr limitat de soluții care puteau fi aplicate în sectorul comercial. Anumite unități industriale au fost proiectate cu echipamente produse special pentru unitatea respectivă. Odată cu dezvoltarea și cererea de sisteme de stocare a energiei pentru a rezolva problemele din sectorul rezidențial, sectorul comercial începe să valorifice această experiență și să o extindă. Producătorii și tehnologiile în curs de dezvoltare au început să ofere soluții de sisteme de stocare a energiei cu posibilitatea de a funcționa parțial sau total în regim grid-off. Care este diferența dintre BESS în sectorul privat – care este destul de comun – și sectorul comercial? – Aceasta se manifestă la nivel de amploare și responsabilități. Soluțiile care încep să fie utilizate în sectorul comercial se confruntă cu noi provocări care sunt rezultatul dimensiunilor – cum ar fi protecția împotriva incendiilor, răcirea, prevenirea avalanșelor termice, întreținerea etc. Odată cu dezvoltarea BESS și a diverselor sale ramuri, vom reuși în curând să realizăm progrese semnificative în transformarea surselor de energie regenerabilă de la surse non-garantate la surse garantate, ceea ce va reduce impactul centralelor electrice pe bază de cărbune asupra mediului.

Componente și funcții ale BESS

BESS este format din diferite componente, dintre care principalele sunt:

- - - Sistemul de baterii
      Bateria este componenta principală a sistemului de stocare a energiei în baterii. Bateria stochează energia pentru a o furniza atunci când este necesar. O baterie este alcătuită din celule de litiu care formează un bloc, iar mai multe blocuri conectate formează modulul bateriei. Mai multe module conectate în conexiuni în serie (cel mai frecvent) ating tensiunea necesară ca rack de baterii. Rackurile de baterii sunt conectate în paralel pentru a obține capacitatea necesară, formând un sistem energetic pe bază de baterii care poate fi dimensionat pentru un sistem de ambalare, un container etc.
      În funcție de tensiunea și puterea necesară, puteți combina conexiunile în paralel și în serie pentru a construi sistemul pe care aveți nevoie să-l dimensionați

Componentele unui sistem de baterii de containere

- - - Sistem de gestionare a bateriei (BMS) Componenta baterie cu litiu a BESS trebuie să fie gestionată de un BMS (Battery Management System – sistem de gestionare a bateriei). BMS este creierul sistemului de baterii, a cărui funcție principală este de a proteja bateria împotriva deteriorării în diferite moduri de funcționare. BMS trebuie să garanteze că bateria funcționează în intervalele stabilite pentru parametrii critici, inclusiv: – Starea de încărcare (SoC) – Starea de sănătate (SoH) – Voltaj (V) – Temperatură (°C) – Curent (A) Controlul acestor parametri importanți ajută la prevenirea incendiilor, a supraîncărcării, a scurtcircuitelor, a dezechilibrelor etc. Un BMS proiectat corespunzător este o componentă vitală a sistemului de stocare a energiei în baterii și garantează siguranța bateriei și o durată de viață lungă în orice BESS cu litiu.

Sistem de conversie a energiei (PCS) sau invertor hibrid BESS stochează și furnizează energie în curent continuu (c.c.), însă rețeaua electrică funcționează în curent alternativ (c.a), ca și cea mai mare parte a sarcinii electrice. Pentru a furniza energia de la BESS la rețea (sarcini electrice) și pentru a încărca BESS de la rețea, este necesar un sistem de conversie a energiei (PCS) sau un invertor hibrid. Acesta poate fi un sistem întreg care este combinat din mai multe tipuri de invertoare. Un PCS sau un invertor hibrid este mai complex decât majoritatea invertoarelor deoarece trebuie să efectueze conversia în două direcții – de la c.c. la c.a. și de la c.a. la c.c. Sistemele PCS mai complicate trebuie să fie capabile să încarce sistemul de la rețea și să îl alimenteze în rețea. Tipul de PCS sau de invertor hibrid determină aproape în totalitate sarcinile pe care le va îndeplini sistemul, indiferent dacă este vorba despre un sistem pentru stabilizarea unei rețele slabe sau despre un sistem cu capacitatea de a funcționa în modul off-grid sau un sistem care va furniza servicii pentru rețea. PCS sau invertorul hibrid are o conexiune permanentă cu BESS și participă la gestionarea acestuia. În funcție de setări, acesta va controla la ce nivel, când și cât de des vor fi descărcate și încărcate bateriile. Este important să se cunoască cele două tipuri de configurații ale sistemului de conversie a energiei. Cu cuplare la c.a. și cu cuplare la c.c. Pentru o centrală electrică solară cu BESS combinat, se poate alege între cele două. Cuplarea la c.a. are loc atunci când BESS este conectat în paralel la sistemul fotovoltaic solar pe partea de c.a. Cuplarea la c.c. are loc când sistemul fotovoltaic și BESS sunt conectate pe partea de c.c.

Exemplu de diagramă cu o singură linie cu cuplare la c.a. și cu cuplare la

- - - Altele (generator opțional)

În funcție de dimensiunea sistemului și de sarcinile sale, BESS poate include sisteme precum încălzire, ventilație, aer condiționat, monitorizare, stingerea incendiilor, SCADA etc. Este posibil, de asemenea, să se distingă combinația destul de frecventă a BESS cu energia regenerabilă.

Siguranță

Bateriile litiu-ion (Li-ion) sunt destul de sigure și sunt distribuite pe scară largă. Acestea sunt utilizate în numeroase dispozitive electrice pentru a asigura funcționarea autonomă a acestora. Cu toate acestea, capacitatea mare a bateriei necesită o atenție suplimentară pentru o siguranță maximă și o utilizare a sistemului pe termen lung.

Celulele bateriilor litiu-ion (Li-ion) pot suferi o reacție chimică cunoscută sub numele de avalanșă termică. Aceasta nu necesită oxigen sau o flacără vizibilă dacă are loc în cadrul unui ansamblu de celule bine compactate. Dacă nu intră în atenția dispozitivelor de protecție a sistemului, acest proces poate continua să crească temperatura și presiunea până când celula bateriei se sparge, ceea ce, la rândul său, poate elibera gaze explozive. Dacă avalanșa termică se propagă printr-un modul, gazele inflamabile se pot acumula în interiorul BESS, creând condițiile pentru producerea unei explozii. Avalanșa termică poate fi cauzată, de asemenea, de expunerea la supraîncălzirea cauzată de incendii obișnuite.

Este important de reținut că o abordare standard de reducere la minimum a incendiilor convenționale, cum ar fi oprirea ventilației și utilizarea de agenți de stingere a incendiilor pentru a răci sau a priva de oxigen un incendiu, poate agrava riscul de explozie, permițând creșterea concentrațiilor de gaze explozive. Astfel, sistemele de urgență și protocoalele de intervenție în caz de urgență ar trebui să fie concepute pentru a stinge incendiile și a ventila incintele, după caz, înainte de intrare.

Vă recomandăm să includeți în BESS (în funcție de dimensiune) următorul sistem (NOTĂ: Toate măsurile de securitate ale sistemului trebuie să respecte standardele naționale și să fie concepute de ingineri calificați cu certificări corespunzătoare):

- - - Sisteme de detectare a pericolelor
    - Prevenirea avalanșelor termice
    - Stingerea incendiilor
    - Protecție împotriva defecțiunilor la sol
    - Studiu privind exploziile

IMPORTANT ÎN TIMPUL SITUAȚIILOR DE URGENȚĂ LEGATE DE SISTEMELE DE STOCARE A ENERGIEI ÎN BATERII (BESS)
În caz de deteriorare sau de incendiu care implică sistemele de stocare a energiei în baterii (BESS):

- - - Plecați întotdeauna de la premisa că bateriile și componentele asociate sunt sub tensiune și complet încărcate.
    - Fișele cu date de securitate (SDS) pot furniza informații importante cu privire la compoziția chimică a bateriei.
    - Componentele electrice expuse, firele și bateriile prezintă pericole potențiale de șoc electric.
    - În timpul incidentelor care implică un BESS, persoanele care intervin trebuie să urmeze următorii pași: IDENTIFICAREA (locația și tipul de sistem), OPRIREA BESS dacă este necesar, ATENȚIE la înaltă tensiune și alte pericole.
    - Purtați toate echipamentele de protecție individuale (EPI) și priviți în altă parte atunci când acționați deconectările pentru a vă proteja împotriva leziunilor provocate de arcul electric.
    - Localizați personalul clădirii responsabil de sistem și/sau localizați numerele de contact în caz de urgență.
    - Fiți pregătiți să controlați sistemele HVAC pentru a preveni răspândirea fumului și a gazelor toxice/inflamabile.

Întreținere

Întreținerea adecvată, menținerea bateriilor la temperatura corespunzătoare, calibrarea constantă a sistemului, monitorizarea și analiza datelor vor proteja împotriva deteriorării și vor asigura funcționarea optimă a sistemului și o durată lungă de viață.
Principalii indicatori care trebuie observați în permanență pentru o întreținere reușită:

- - - Este necesar să se mențină un regim de temperatură adecvat în încăperea în care se află bateriile. Temperaturile ridicate pot deteriora celulele bateriei sau pot reduce ciclurile rămase. În acest scop, încălziți locația iarna și folosiți aerul condiționat vara.
    - Asigurați-vă că sistemul este configurat și calibrat corespunzător. Pentru funcționarea corespunzătoare a sistemului, este important ca acesta să funcționeze eficient, cum ar fi parametrii nivelurilor de descărcare și de încărcare, pentru a preveni descărcarea sub un nivel sigur sau supraîncărcarea.
    - Monitorizarea și analiza reprezintă o componentă importantă pentru funcționarea și întreținerea eficientă a BESS. Prin monitorizarea indicatorilor de sistem, a modurilor și a notificărilor sale, este posibilă detectarea la timp a potențialelor amenințări și luarea de măsuri.
    - Întreținerea regulată este, de asemenea, necesară pentru buna funcționare a unui BESS. Aceasta include curățarea de rutină a sistemului, înlocuirea componentelor uzate sau deteriorate și efectuarea de teste de capacitate ale bateriilor pentru a asigura capacitatea de stocare eficientă. Invertoarele sistemului pot fi calibrate pentru a asigura că BESS are capacitatea de a converti în mod eficient energia c.c. stocată în baterii în energie c.a. Reducerea alimentării auxiliare poate, de asemenea, să crească semnificativ eficiența sistemului.

Ce soluții poate oferi Solarity în prezent pentru proiectele comerciale?

Huawei – BESS

Huawei BESS poate fi utilizat pentru a alimenta rețelele electrice, pentru a susține fiabilitatea rețelei și pentru a stoca excesul de energie electrică pentru utilizarea ulterioară.
Această soluție poate fi utilizată pentru:

- - - Arbitraj: Sistemul poate fi utilizat pentru a încărca bateria la prețuri scăzute ale energiei și pentru a o descărca la prețuri mai mari (de exemplu, în timpul orelor de vârf).
    - Capacitate fermă sau capacitate de vârf: Operatorii de sistem trebuie să se asigure că au un nivel adecvat de distribuție în ceea ce privește capacitatea de producție pentru a răspunde în mod fiabil în timpul perioadelor cu cea mai ridicată cerere dintr-un an sau cererii de vârf.
    - Rezerve de funcționare și servicii auxiliare: Pentru a menține funcționarea fiabilă a sistemului energetic, producția trebuie să corespundă exact cererii de energie electrică în orice moment. Diferite categorii de rezerve de funcționare și servicii auxiliare funcționează la diferite intervale de timp, de la subsecunde la câteva ore, toate acestea fiind necesare pentru a asigura fiabilitatea rețelei.
    - Amânări ale actualizării sistemelor de transport și distribuție: Infrastructura de transport și distribuție a rețelei de energie electrică trebuie să fie dimensionată pentru a satisface cererea de vârf, care este posibil să apară doar pe parcursul a câtorva ore într-un an.

Soluția Smart String ESS de la FusionSolar

FusionSolar oferă soluția Smart String ESS pentru a ajuta clienții să monitorizeze, gestioneze și optimizeze BESS la nivelul pachetului și al rackului. Soluția este concepută cu mai multe niveluri de protecție de siguranță. Este posibil să se construiască un sistem de la 2 MWh.

Victron + Pylontech

Pe baza echipamentului cu invertoare Victron și baterii Pylontech, este posibilă crearea unui BESS pentru unități comerciale de mici dimensiuni. Sisteme de dimensiuni mici și mijlocii cu o putere de până la 90 kW și o capacitate de câțiva MWh. Astfel de sisteme sunt suficiente pentru întreprinderile mici, birouri și magazine. Invertoarele Victron vă permit să creați un sistem cu back-up care poate alimenta rețeaua cu energie fotovoltaică, poate gestiona consumul și stoca surplusul de energie.

Sistem trifazat de 45 kW cu o baterie cu o capacitate de 72 kWh

Deye + Pylontech

Invertoarele hibride DEYE sunt construite pe baza invertoarelor de rețea, datorită cărora este posibilă crearea unei centrale electrice solare cu un sistem de stocare. Cel mai puternic invertor hibrid DEYE este SUN-50K-SG01HP3-EU-BM4 cu o putere de 50 kW. Aceste invertoare pot fi conectate în paralel cu până la 10 unități, făcând posibilă construirea unei centrale hibride/grid-off de 500 kW. Este posibilă conectarea la această stație a unor baterii cu o capacitate de până la câteva zeci de MWh.

Diagrama unică de funcționare a invertorului hibrid Deye

Work modes

Autor: Oleksandr Lashchenko, Technical Support UA

Postări care s-ar putea să vă intereseze:

Abonați-vă la newsletterul nostru

pentru a nu rata nicio noutate!