Før vi diskuterer batterienergilagringssystem (BESS) arkitektur og batterityper, må vi først fokusere på den vanligste terminologien som brukes på dette feltet. Flere viktige parametere beskriver oppførselen til batterilagringssystemer.
Kapasitet [Ah]: Den maksimale elektriske ladningen som systemet er i stand til å gi til den tilkoblede lasten ved en rimelig spenning. Batteriets teknologi har en betydelig innvirkning på denne parameteren, hvis verdi er satt for en bestemt utladningsstrøm og temperatur.
Nominell energi [Wh]:Dette er den totale energien som produseres mellom tilstandene full ladning og full utladning. Det tilsvarer batterispenningen ganger kapasiteten. Temperatur og strøm har også innvirkning, siden kapasiteten bestemmer det.
Effekt [W]:Det er vanskelig å definere en BESSs utgangseffekt fordi den er avhengig av den tilkoblede lasten. Ikke desto mindre representerer nominell effekt kraften i det mest typiske utladningsscenarioet.
Spesifikk energi [Wh/kg]:Dette angir batteriets energilagringskapasitet i forhold til masse.
Skalaen som brukes til å bestemme ladning og utladningsvarighet kallesKasse. Utladningsstrømmen vil tømme batteriet helt i løpet av en time ved 1C.
Lading/utladning/lading er densyklus. Det er ingen omforent definisjon av hva en syklus er.
Et batterisyklusliver det totale antallet sykluser den kan produsere.
DoD: Utløpsdybde. Fullstendig utladning er 100 %;
Ladingstilstand (SoC,%):Et batteris ladenivå indikeres med dette tallet.
Begrepet "coulombisk effektivitet" refererer til batteriets evne til å overføre ladning effektivt. Det er andelen ladning som kreves for å gå tilbake til den opprinnelige ladetilstanden til lademengden (Ah) som frigjøres under utladningsfasen. Med unntak av bly-syreteknologi, mest vanlige batterier har en effektivitet som kan sammenlignes med dette.
Hovedtyper av elektrokjemiske energilagringssystemer
Det finnes mange batterisystemer, hver basert på en unik kombinasjon av kjemiske komponenter og prosesser. Bly-syre- og Li-ion-batterier er for tiden de mest brukte typene, men strømnings-, nikkel- og svovelbaserte batterier har også en plass i dette markedet. Vi vil raskt gjennomgå de viktigste fordelene med de mest populære batteriteknologiene.
Vi bruker disse batteriene regelmessig. Dette batteriets basiscelle er sammensatt av en bioksid eller bly positiv elektrode og en negativ blyelektrode. Elektrolytten er en svovelsyreløsning i vann.
Disse batterienes primære fordeler er deres rimelige priser og avanserte teknologiske tilstand.
Nikkel-kadmium (Ni-Cd) batterier
Før litiumbatteriteknologi ble mye brukt, fungerte denne typen batteri som den primære strømkilden for bærbare enheter i en årrekke.
Disse batteriene gir høy effekt og rask ladetid.
En forbedring av disse batteriene er representert av nikkel-metallhydrid (NiMH) teknologi, som kan gi omtrent 40 % høyere spesifikk energi enn standard NiCd.
Lithium-Ion (Li-Ion) batterier
Av alle metaller har litium den høyeste spesifikke energien og er den letteste. Litiummetallanode oppladbare batterier har kapasitet til å gi utrolig høye energitettheter.
Det er også andre restriksjoner. For eksempel er utviklingen av dendritter på anoden under sykling en relevant begrensning. Det kan føre til strømbrudd, noe som kan øke temperaturen og skade batteriet.
Sammensetningen av en BESS
Ulike "nivåer", både logiske og fysiske, utgjør en BESS. Hver unike fysiske del trenger sitt eget kontrollsystem.
Her er en oversikt over disse viktige stadiene:
Batterisystemet består av ulike batteripakker og flere batterier som er koblet til hverandre for å oppnå ønsket spennings- og strømnivå.
Batteristyringssystemet regulerer hver celles passende funksjon for å gjøre det mulig for systemet å fungere innenfor et spennings-, strøm- og temperaturområde som er trygt for batterienes utmerkede helse i stedet for systemet som helhet. I tillegg blir ladestatusen i hver celle justert og balansert ved å gjøre dette.
For å konvertere strømmen til AC, er omformerne festet til batterisystemet. Et spesialisert kraftelektronisk nivå kjent som PCS (kraftkonverteringssystem) er til stede i hver BESS. Den er vanligvis gruppert i en konverteringsenhet sammen med alle hjelpetjenester som kreves for passende overvåking.
Systemet og energiflytovervåking og kontroll (energistyringssystem) er følgende trinn. Tilsynskontroll- og datainnsamlingssystemet, eller SCADA-systemet, inkluderer ofte generelle overvåkings- og kontrollfunksjoner. På den annen side er energistyringssystemet spesielt utviklet for å overvåke strømflyten i samsvar med applikasjonskravene.
Mellomspennings-/lavspenttransformatorkoblingen og, basert på systemets størrelse, høyspennings-/mellomspenningstransformatoren ved en dedikert nettstasjon er de siste koblingene.
PV-modul og BESS-integrasjon
Fornybare energikilder er klar til å ha en betydelig innvirkning på elektriske systemer i fremtiden, som diskutert i den første delen av denne serien. Både det elektriske systemet og det fornybare kraftverket kan ha nytte av integreringen av en BESS med en fornybar energikilde.
Følgende forklarer de ulike måtene en BESS kan hjelpe et kraftverk på:
For å oppnå en mer jevn og forutsigbar generasjonskurve, vil dette oppveie "volatiliteten" til generasjonsprofilen under skydekke eller brå topper i kraften. Kontrasten mellom et solcelleanleggs generasjonskurve på en overskyet dag og en med klar himmel vises i figur 4. Generasjonen vil vise mindre "flimmer" med integrasjonen av en BESS, og gi en mer regelmessig kurve.
Generasjonskurven vil "jevne" som et resultat av peak shaving (for mer om peak shaving, les forrige artikkel).
Når det gjelder nettstøtte og tilleggstjenester, kan BESS spille en betydelig rolle i kraftverkets integrering i det elektriske nettet ved å tilby frekvensregulering og spenningsstyring (sammen med reaktiv effektkompensasjon) med vesentlig mindre påvirkning på det elektriske systemet.
Bortsett fra de nevnte tjenestene, eksisterer det flere potensielle samarbeid mellom fotovoltaiske moduler og batterienergilagringssystemer, som begynner med utveksling av tilkoblingspunkt (POC). Siden en BESS ofte er installert for å "komplementere" PV-modulen, kunne dens tilstedeværelse ikke nødvendiggjøre ekstra strøm ved POC.
Ytterligere potensielle samarbeid stammer fra beslutninger tatt i arkitekturen for hvordan PV-moduler kobles til en BESS. Det finnes minst tre primære alternativer:
DC kobling: I dette alternativet brukes en spesiell DC/DC-omformer for å koble BESS og PV på DC-siden av batteriene og PV-modulene for å stabilisere spenningen. Med denne metoden vil hele AC-siden av anlegget dele vekselretterne mellom PV-modulen og BESS (omformeren i dette scenariet vil kunne operere i alle 4 kvadranter av PQ-diagrammet). Dette valget er ganske vanlig for boliger. applikasjoner, eller når det gjelder et lite anlegg (kW). Ved et storskalaanlegg vil BESS-en bli fordelt langs feltet. Det vil imidlertid kreve spesifikk og kostbar logikk for å kontrollere likespenningen og ladningen til hver batteripakke.
AC-kobling etter omformeren: Denne metoden er sammenlignbar med den foregående, men den plasserer BESS- og PV-modulens koblingspunkt etter omformerne. I dette tilfellet vil BESS og PV-modulen ha hver sin dedikerte omformer. Fordi det ikke er behov for den ekstra kontrolllogikken for DC-koblingen, er denne metoden også populær for boligapplikasjoner og kan brukes i store anlegg for å lage en distribuert BESS.
AC-kobling ved POC:I denne løsningen deler PV-modulen og BESS kun sammenkoblingsanlegget, mens de har helt adskilte seksjoner på anleggsnivå.