Комерційні системи накопичення енергії з можливістю забезпечення автономної роботи

Акумуляторна система накопичення енергії (СНЕ) — це електрохімічний пристрій, який накопичує енергію з мережі, а потім вивільнює її.
накопичення енергії у літій-іонних акумуляторах вважається одним з найефективніших.
Комерційні акумуляторні системи накопичення енергії для управління електропостачанням або надання послуг для електромережі є новим рішенням, яке набуває все більшої популярності. Його популярність зумовлена зростаючими потребами у гнучкості, стабільності та передбачуваності систем для електростанцій, що працюють на відновлюваних джерелах енергії, у поєднанні зі стрімким зниженням вартості акумуляторних технологій. Як наслідок, останніми роками спостерігається значне зростання ролі СНЕ в енергосистемах.
І вже зараз, із розвитком СНЕ, можна вирішувати різні завдання. Одним із завдань СНЕ є забезпечення електричних навантажень під час відключень електроенергії, про що ми більш детально поговоримо в цій статті.

Що таке СНЕ і навіщо вона потрібна

Акумуляторна система накопичення енергії (СНЕ) — це електрохімічний пристрій, який накопичує енергію з мережі, а потім вивільнює її. Накопичення енергії у літій-іонних акумуляторах вважається одним з найефективніших. Комерційні акумуляторні системи накопичення енергії для управління електропостачанням або надання послуг для електромережі є новим рішенням, яке набуває все більшої популярності.

Для чого використовувати СНЕ:

- - - При нестачіа електроенергії від мережі – СНЕ залежить від типу системи, вона може постачати енергію у відповідь на зміни або падіння частоти та напруги, а також забезпечувати додаткову потужність у разі недостатньої потужності з електромережі. Це допоможе уникнути значних інвестицій у реконструкцію системи передачі та розподілу енергії.
    - Підтримання Енергетичногоий балансу – зниження витрат споживання на електроенергії, Зберігаючи енергію в непікові періоди, коли ціни на електроенергію низькі, для подальшого її використання в пікові періоди.
    - Балансування відновлювальних джерел енергії – Відновлювані джерела енергії все більше впливають на енергосистему країни. Тому формуються більш суттєві вимоги до передбачуваності таких систем. Таким чином, одним з варіантів є додавання до сонячної станції, наприклад, системи накопичення енергії. Система накопичення енергії може допомогти збалансувати генерацію сонячної електростанції та зроботи її передбачуваною.
    - Для автономної роботи – Використовуйте СНЕ з можливістю автономної роботи на об’єктах, де часто трапляються перебої в електропостачанні або потрібно декілька джерел живлення.

Розглянемо більш детально можливості використання СНЕ з резервним живленням. Чому ми виділяємо СНЕ з резервним живленням в окрему категорію? Тому що система накопичення енергії не завжди має можливість забезпечення роботи в автономному режимі та і не для кожного об’єкту ця функція є необхідною. Також СНЕ можуть будуватись тільки для надання послуг забезпечення напруги та частоти мережі (та інші). Системи, що можуть працювати в автономному режимі, коштують дорожче. Системи, які працюють без підключення до мережі, досить унікальніаніше існувала обмежена кількість рішень, які можливо було застосувати в комерційному секторі. Деякі промислові об’єкти були спроєктовані з обладнанням, виготовленим спеціально для цього проєкту. З розвитком і попитом на системи накопичення енергії для розв’язання проблем у житловому секторі, комерційний сектор починає переймати цей досвід і масштабувати його. Виробники почали пропонувати рішення длясистем накопичення енергії із можливістю роботи при частковому або повному відключенню від мережі. У чому різниця між застосуванням СНЕ у приватному секторі, що є досить поширеним, і комерційному секторі? – У масштабах та відповідальності. Рішення, які починають використовуватися в комерційному секторі, стикаються з новими викликами, що виникають у зв’язку з масштабуванням — наприклад, протипожежний захист, охолодження, запобігання витоку тепла, технічне обслуговування тощо. З розвитком СНЕ та її різних відгалужень ми незабаром зможемо досягти значного прогресу в трансформації відновлюваних джерел енергії з негарантованих на гарантовані, що дозволить зменшити вплив вугільних електростанцій на навколишнє середовище.

Компоненти та функції СНЕ

СНЕ складається з різних компонентів, основними з яких є такі:

- - - Акумуляторна система
      Акумулятор є основним компонентом системи накопичення енергії. Акумулятор складається з літієвих елементів, які утворюють блок, а кілька блоків, з’єднаних між собою, утворюють акумуляторний модуль. Кілька модулів, з’єднаних послідовно (найчастіше), досягають необхідної напруги формують акумуляторну стійку. Акумуляторні стійки з’єднуються паралельно для досягнення необхідної ємності, утворюючи акумуляторну систему, яка може бути масштабована (приклади наведений на Рис 1).
      Залежно від необхідної напруги та потужності, можна комбінувати паралельні та послідовні з’єднання, щоб створити систему, необхідної напруги та ємності

Компоненти акумуляторної системи контейнера

- - - Система керування акумулятором (BMS)
      Літієвим акумулятором, що входить до складу СНЕ, повинна керувати BMS(Battery Management System). BMS — це «мозок» акумуляторної системи, основна функція якого полягає в захисті акумулятора від пошкодження в різних режимах роботи. BMS повинна керувати, щоб акумулятор працював у визначених діапазонах д, в тому числі:
      - рівень заряду (SoC);
        напруга (В);
        температура (°C);
        сила струму (А).

Контроль таких важливих параметрів допомагає уникнути пожежі, надмірного заряджання, короткого замикання, дисбалансу тощо.
Правильно спроєктована BMS є життєво важливим компонентом акумуляторної системи накопичення енергії та забезпечує безпеку і тривалий термін служби. .

- - - Система перетворення енергії (”Power Conversion System” чи PCS) або гібридний інвертор
      СНЕ зберігає і віддає енергію в постійному струмі (DC), але мережа працює на змінному струмі (AC), як і більшіть частина споживачів. Для передачі енергії від СНЕ у мережу (на навантаження) і для заряджання СНЕ від мережі необхідна система перетворення енергії (PCS) чи можливе викоричтання гібридного інвертора. PCS -це ціла система, яка скомбінована з декількох типів інверторів. PCS або гібридний інвертор складніші, ніж більшість інверторів, оскільки необхідно здійснювати перетворювання в двох напрямках — з постійного струму в змінний і навпаки. Складніші системи PCS повинні мати можливість заряджати систему від мережі та віддавати енергію в мережу.
      Тип (PCS) або гібридного інвертора майже повністю визначає, які завдання буде виконувати система, чи буде це система для стабілізації слабкої мережі, чи система з можливістю роботи в режимі без підключення до мережі, чи система, яка буде надавати послуги для мережі.
      PCS або гібридний інвертор має стійкий зв’язок із СНЕ і бере участь в її управлінні. Залежно від налаштувань він буде контролювати, до якого рівня, коли і як часто будуть розряджатися і заряджатися акумулятори.
      Важливо знати два типи конфігурацій системи перетворення енергії.AC-couple (паралельні за змінним струмом) або DC-couple (паралельні за постійним струмом)
      Для сонячної електростанції з СНЕ є вибір між цими двома типами. AC-couple — СНЕ підключається паралельно до сонячної фотоелектричної системи на стороні змінного струму.
      DC-couple — фотоелектричні модулі та СНЕ з’єднані на стороні постійного струму.

Приклад однолінійної схеми зі зв’язком за змінним струмом та за постійним струмом

- - - Інше
      Залежно від розміру системи та її завдань, до складу СНЕ можуть входити такі системи, як опалення, вентиляція, кондиціонування, моніторинг, пожежогасіння, SCADA тощо.

Безпека

Літій-іонні (Li-ion) акумулятори досить безпечні та дуже поширені. Вони використовуються в багатьох електричних пристроях для забезпечення їх автономної роботи. Однак велика ємність батареї вимагає додаткової уваги для максимальної безпеки та довготривалого використання системи.

У літій-іонних (Li-ion) акумуляторах може відбуватися хімічна реакція, відома як тепловий пробій. Вона не потребує доступу кисню або видимого полум’я, якщо відбувається в щільно упакованому вузлі елементів. Якщо не вжити заходів щодо захисту системи, цей процес може продовжувати підвищувати температуру і тиск, доки акумуляторний елемент не розірветься, що, своєю чергою, може призвести до виділення вибухонебезпечних газів. Якщо тепловий пробій поширюється через модуль, горючі гази можуть накопичуватися всередині приміщення де розташовані акумулятори, створюючи умови для вибуху. Тепловий пробій також може бути спричинений перегрівом від звичайних пожеж.

Важливо зазначити, що стандартний підхід до мінімізації звичайних пожеж, як-от вимкнення вентиляції та використання чистих вогнегасних речовин для охолодження або позбавлення вогню кисню, може підвищити загрозу вибуху, оскільки концентрація вибухонебезпечних газів може збільшитися. Таким чином, аварійні системи та протоколи реагування на надзвичайні ситуації повинні бути розроблені таким чином, щоб гасити пожежі та вентилювати приміщення
Ми рекомендуємо включити до вашої СНЕ (залежно від масштабу) таку систему, що включає в себе (ПРИМІТКА: усі системні заходи безпеки повинні відповідати національним стандартам і бути розроблені кваліфікованими інженерами з відповідними сертифікатами):

- - - виявлення небезпеки
    - запобігання тепловому пробою
    - пожежогасіння
    - захисту від замикання на землю

ВАЖЛИВО ПІД ЧАС НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ З АКУМУЛЯТОРНИМИ СИСТЕМАМИ накопичення ЕНЕРГІЇ (СНЕ)
У разі пошкодження або пожежі, пов’язаної з акумуляторними системами накопичення енергії (СНЕ):

- - - Завжди враховуйте, що акумулятори, струмоведучі елементи та пов’язані з ними компоненти знаходяться під напругою.
    - Паспорти безпеки можуть надати важливу інформацію щодо хімічного складу акумуляторів.
    - Відкриті електричні компоненти, дроти та акумулятори становлять потенційну небезпеку ураження електричним струмом.
    - Під час інцидентів, пов’язаних із СНЕ, відповідальні служби повинні вжити таких заходів:
      - ІДЕНТИФІКУВАТИ (місце розташування і тип системи),
        ВИМКНУТИ СНЕ, якщо необхідно,
        ОСТЕРІГАТИСЯ високої напруги та інших небезпек.
    - Надягати всі засоби індивідуального захисту та відводити очі під час роботи з роз’єднувачами, щоб захиститися від травм, спричинених спалахом дуги.
    - Знайти персонал будівлі, відповідальний за систему, та/або знайти контактні номери для екстреної допомоги.
    - Бути готовими до керування системами опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, щоб запобігти поширенню диму та токсичних/займистих газів.

Технічне обслуговування

Належне технічне обслуговування, підтримання правильної температури акумуляторів, постійне калібрування системи, моніторинг та аналіз даних захистять від пошкоджень і забезпечать оптимальну роботу системи та тривалий термін служби.
Основні показники, яких необхідно постійно дотримуватися для успішного технічного обслуговування:

- - - Необхідно підтримувати відповідний температурний режим у приміщенні, де знаходяться акумулятори. Високі температури можуть пошкодити акумуляторні елементи або зменшити кількість циклів, що залишилися. Для цього взимку опалюйте приміщення, а влітку використовуйте кондиціювання.
    - Переконайтеся, що система належним чином налаштована та відкалібрована. Для належної роботи системи важливо, щоб вона працювала ефективно, наприклад, параметри рівнів розряду і заряду, щоб запобігти розряду нижче безпечного рівня або надмірного заряджання.
    - Моніторинг та аналіз є важливим компонентом ефективної експлуатації та технічного обслуговування СНЕ. Відстежуючи показники системи, її режими та сповіщення, можна вчасно виявити потенційні загрози та вжити заходів.
    - Регулярне технічне обслуговування також необхідне для належної роботи СНЕ. Воно охоплює рутинне очищення системи, заміну зношених або пошкоджених компонентів, а також перевірку ємності акумуляторів, щоб забезпечити їхню подальшу ефективну здатність до накопичення енергії. Інвертори системи можна відкалібрувати, щоб гарантувати, що СНЕ зможе ефективно перетворювати енергію постійного струму, накопичену в акумуляторах, на енергію змінного струму. и.

Які рішення для комерційних проєктів може запропонувати Solarity сьогодні?

Huawei – СНЕ

Huawei СНЕ можна використовувати для генерації в електромережу, підтримки надійності електромережі та накопичення надлишкової електроенергії для подальшого використання.
Це рішення можна застосовувати так:

- - - Ціновий арбітраж: Систему можна використовувати для заряджання акумулятора за низькими цінами на електроенергію та розряджання за вищими цінами (наприклад, у години пік).
    - Забезпечення пікових навантажень мережі: Швидка віддача електроенергії в мережу для покриття пікових навантажень.
    - Відтермінування модернізації системи розподілу електроенергії:
      Замість сплати ставки за приєднання для збільшення потужності чи великих реконструкцій мережі, можливо встановити СНЕ, що може забезпечити пікові навантаження, що виходять за межі дозволеної потужності.

Рішення FusionSolar Smart String ESS

FusionSolar пропонує рішення Smart String ESS, щоб допомогти клієнтам контролювати, управляти та оптимізувати СНЕ на рівні блоків та стійок. Рішення розроблено з декількома рівнями захисту безпеки. Можна побудувати систему потужністю від 2 МВт⋅год.

Victron + Pylontech

На базі інверторів Victron та акумуляторів Pylontech можна побудувати СНЕ для невеликих комерційних об’єктів. (системи потужністю до 90 кВт і ємністю кілька МВт⋅год. Таких систем цілком достатньо для невеликих підприємств, офісів, магазинів. Інвертори Victron дозволяють побудувати систему з резервним живленням, яка може видавати енергію з фотоелектричних модулів у мережу, управляти споживанням і накопичувати надлишки енергії.

Трифазна система на 45 кВт з акумулятором ємністю 72 кВт⋅год

Deye + Pylontech

Гібридні інвертори DEYE побудовані на базі мережевих інверторів, завдяки яким можливо створити сонячну електростанцію з системою накопичення енергії. Найпотужніший гібридний інвертор DEYE — SUN-50K-SG01HP3-EU-BM4 потужністю 50 кВт. Ці інвертори можна з’єднати паралельно до 10 одиниць, що дозволяє побудувати гібридну/автономну установку потужністю 500 кВт. До цієї станції можна під’єднати акумуляторну батарею ємністю до декількох десятків МВт⋅год.

Схема роботи гібридного інвертора Deye

Work modes

Autor: Oleksandr Lashchenko, Technical Support UA

Статті, які можуть вас зацікавити:

Підпишіться на нашу розсилку

щоб не пропустити жодної новини!