Pirms apspriest akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēmas (BESS) arhitektūru un akumulatoru veidus, vispirms jākoncentrējas uz šajā jomā visbiežāk lietoto terminoloģiju. Vairāki svarīgi parametri apraksta akumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēmu darbību.
Ietilpība [Ah]: maksimālais elektriskais lādiņš, ko sistēma spēj nodrošināt pievienotajai slodzei pie saprātīga sprieguma. Akumulatora tehnoloģija būtiski ietekmē šo parametru, kura vērtība ir iestatīta konkrētai izlādes strāvai un temperatūrai.
Nominālā enerģija [Wh]:Tā ir kopējā enerģija, kas saražota starp pilnas uzlādes un pilnīgas izlādes stāvokļiem. Tas ir līdzvērtīgs akumulatora spriegumam, kas reizināts ar jaudu. Temperatūrai un strāvai ir arī ietekme, jo jauda to nosaka.
Jauda [W]:BESS izejas jaudas noteikšana ir sarežģīta, jo tā ir atkarīga no pievienotās slodzes. Tomēr nominālā jauda atspoguļo jaudu tipiskākajā izlādes scenārijā.
Īpatnējā enerģija [Wh/kg]:Tas norāda akumulatora enerģijas uzglabāšanas jaudu attiecībā pret masu.
Skala, ko izmanto, lai noteiktu uzlādes un izlādes ilgumu, tiek saukta parC likme. Izlādes strāva 1C temperatūrā pilnībā iztukšo akumulatoru stundas laikā.
Uzlāde/izlāde/uzlāde ircikls. Nav vienotas definīcijas tam, kas ir cikls.
Akumulatorscikla mūžsir kopējais ciklu skaits, ko tas var radīt.
DoD: Izplūdes dziļums. Pilnīga izlāde ir 100%;
Uzlādes stāvoklis (SoC,%):Akumulatora uzlādes līmeni norāda šis skaitlis.
Termiņš "kuloniskā efektivitāte" attiecas uz akumulatora spēju efektīvi pārvadīt lādiņu. Tā ir uzlādes proporcija, kas nepieciešama, lai atgrieztos sākotnējā uzlādes stāvoklī līdz uzlādes daudzumam (Ah), kas atbrīvots izlādes fāzē. Izņemot svina-skābes tehnoloģiju, lielākā daļa parasto akumulatoru efektivitāte ir salīdzināma ar šo.
Galvenie elektroķīmiskās enerģijas uzglabāšanas sistēmu veidi
Pastāv daudzas akumulatoru sistēmas, katras no kurām pamatā ir unikāla ķīmisko komponentu un procesu kombinācija. Pašlaik visizplatītākie ir svina-skābes un litija jonu akumulatori, taču šajā tirgū vieta ir arī plūsmas, niķeļa un sēra akumulatoriem. Mēs ātri pārskatīsim populārāko akumulatoru tehnoloģiju galvenās priekšrocības.
Mēs regulāri lietojam šīs baterijas. Šīs akumulatora bāzes elementu veido bioksīda vai svina pozitīvs elektrods un negatīvs svina elektrods. Elektrolīts ir sērskābes šķīdums ūdenī.
Šo akumulatoru galvenās priekšrocības ir to pieejamība un progresīvais tehnoloģiskais stāvoklis.
Niķeļa-kadmija (Ni-Cd) baterijas
Pirms litija bateriju tehnoloģija tika plaši izmantota, šāda veida baterijas vairākus gadus kalpoja par portatīvo ierīču primāro barošanas avotu.
Šīs baterijas nodrošina lielu jaudu un ātru uzlādes laiku.
Šo akumulatoru uzlabojums ir niķeļa-metāla hidrīda (NiMH) tehnoloģija, kas var nodrošināt par aptuveni 40% lielāku īpatnējo enerģiju nekā standarta NiCd.
Litija jonu (Li-Ion) akumulatori
No visiem metāliem litijam ir vislielākā īpatnējā enerģija un tas ir vieglākais. Litija metāla anoda uzlādējamās baterijas spēj nodrošināt neticami augstu enerģijas blīvumu.
Ir arī citi ierobežojumi. Piemēram, dendrītu attīstība uz anoda riteņbraukšanas laikā ir atbilstošs ierobežojums. Tas var izraisīt strāvas padeves pārtraukumu, kas var paaugstināt temperatūru un sabojāt akumulatoru.
BESS sastāvs
Dažādi "līmeņi", gan loģiski, gan fiziski, veido BESS. Katrai unikālajai fiziskajai daļai ir nepieciešama sava vadības sistēma.
Tālāk ir sniegts šo galveno posmu kopsavilkums.
Akumulatoru sistēma sastāv no dažādiem akumulatoru blokiem un daudziem akumulatoriem, kas ir savienoti viens ar otru, lai sasniegtu vēlamo sprieguma un strāvas līmeni.
Akumulatora pārvaldības sistēma regulē katras šūnas atbilstošu darbību, lai sistēma varētu darboties sprieguma, strāvas un temperatūras diapazonā, kas ir drošs akumulatoru lieliskajai veselībai, nevis sistēmai kopumā. Turklāt, veicot šo darbību, tiek pielāgots un līdzsvarots uzlādes statuss katrā šūnā.
Lai pārveidotu strāvu maiņstrāvā, invertori ir pievienoti akumulatora sistēmai. Katrā BESS ir specializēts jaudas elektroniskais līmenis, kas pazīstams kā PCS (elektroenerģijas pārveidošanas sistēma). Tas parasti ir sagrupēts konvertēšanas vienībā kopā ar visiem palīgpakalpojumiem, kas nepieciešami atbilstošai uzraudzībai.
Sistēmas un enerģijas plūsmas uzraudzība un kontrole (enerģijas pārvaldības sistēma) ir šādas darbības. Uzraudzības kontroles un datu iegūšanas sistēma jeb SCADA sistēma bieži ietver vispārīgas uzraudzības un kontroles funkcijas. No otras puses, enerģijas pārvaldības sistēma ir īpaši izstrādāta, lai uzraudzītu jaudas plūsmu saskaņā ar lietojuma prasībām.
Vidējā sprieguma/zemsprieguma transformatora savienojums un, pamatojoties uz sistēmas izmēru, augstsprieguma/vidēja sprieguma transformators speciālā apakšstacijā ir pēdējie savienojumi.
PV modulis un BESS integrācija
Atjaunojamie enerģijas avoti nākotnē var būtiski ietekmēt elektriskās sistēmas, kā minēts šīs sērijas pirmajā daļā. Gan elektriskā sistēma, gan atjaunojamās spēkstacija var gūt labumu no BESS integrācijas ar atjaunojamo enerģijas avotu.
Tālāk ir izskaidroti dažādi veidi, kā BESS var palīdzēt spēkstacijai:
Lai panāktu vienmērīgāku un paredzamāku ģenerēšanas līkni, tas kompensētu paaudzes profila "nepastāvību" mākoņu segas vai pēkšņu jaudas pieaugumu. Kontrasts starp FE stacijas paaudzes līkni mākoņainā dienā un elektrības ar skaidrām debesīm ir parādīts 4. attēlā. Paaudzei būtu mazāka "mirgošana" ar BESS integrāciju, tādējādi iegūstot regulārāku līkni.
Paaudzes līkne būs "gluda" maksimālās skūšanās rezultātā (vairāk par maksimālo skūšanu lasiet iepriekšējā rakstā).
Attiecībā uz tīkla atbalstu un palīgpakalpojumiem BESS var būt nozīmīga elektrostacijas integrācija elektrotīklā, piedāvājot frekvences regulēšanu un sprieguma pārvaldību (kopā ar reaktīvās jaudas kompensāciju) ar ievērojami mazāku ietekmi uz elektrisko sistēmu.
Bez iepriekšminētajiem pakalpojumiem pastāv arī vairāk potenciālu sadarbības starp fotoelementu moduļiem un akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēmām, sākot ar savienojuma punktu (POC) apmaiņu. Tā kā BESS bieži tiek uzstādīts, lai "papildinātu" PV moduli, tā klātbūtne nevarēja radīt nepieciešamību pēc papildu jaudas POC.
Papildu iespējamā sadarbība izriet no lēmumiem, kas pieņemti arhitektūrā par to, kā PV moduļi tiek savienoti ar BESS. Pastāv vismaz trīs galvenās iespējas:
Līdzstrāvas savienojums: Šajā opcijā konkrēts līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs tiek izmantots, lai savienotu BESS un PV akumulatoru un PV moduļu līdzstrāvas pusē, lai stabilizētu spriegumu. Izmantojot šo metodi, visa iekārtas maiņstrāvas puse sadalīs invertorus starp PV moduli un BESS (invertors šajā scenārijā varēs darboties visos 4 PQ diagrammas kvadrantos). Šī izvēle ir diezgan izplatīta dzīvojamām ēkām. lietojumiem vai mazas iekārtas gadījumā (kW). Liela mēroga rūpnīcas gadījumā BESS tiks izplatīts pa lauku. Tomēr, lai kontrolētu līdzstrāvas spriegumu un katra akumulatora bloka uzlādi, būs nepieciešama īpaša un dārga loģika.
Maiņstrāvas savienojums pēc invertora: Šī metode ir salīdzināma ar iepriekšējo, bet tā novieto BESS un PV moduļa savienojuma punktu aiz invertoriem. Šajā gadījumā BESS un PV modulim katram būs savs invertors. Tā kā līdzstrāvas savienojumam nav nepieciešama papildu vadības loģika, šī metode ir populāra arī dzīvojamās telpās, un to var izmantot lielās iekārtās, lai izveidotu izplatītu BESS.
Maiņstrāvas savienojums POC:Šajā risinājumā PV modulim un BESS ir kopīga tikai starpsavienojuma iespēja, savukārt tiem ir pilnībā atdalītas sekcijas iekārtas līmenī.