Systémy skladování energie v bateriích (BESS) jsou pokročilé technologie určené k účinnému zachycování, skladování a distribuci elektrické energie. Tyto systémy, které se skládají z klíčových komponent, jako jsou bateriové moduly, systémy pro přeměnu energie a sofistikované řídicí prvky, hrají klíčovou roli ve stabilitě sítě, integraci obnovitelných zdrojů energie a řízení kvality energie.
Základní součásti BESS
Srdcem BESS jsou tři důležité komponenty, které pracují ve vzájemné souhře a zajišťují účinné ukládání a uvolňování energie. Bateriový systém, využívající především lithium-iontovou technologii, se skládá z několika článků uspořádaných do modulů a stojanů, které přeměňují chemickou energii na elektrickou. Klíčovou roli hrají řídicí systémy, včetně Systém správy baterií (BMS) pro sledování parametrů buněk, Systém řízení spotřeby energie (EMS) pro optimalizaci provozu a systémy tepelného řízení, které regulují teplotu pro zachování výkonu a bezpečnosti. Tyto prvky doplňuje komponenta výkonové elektroniky, která obsahuje obousměrný měnič, resp. Systém konverze energie (PCS), který umožňuje bezproblémovou konverzi stejnosměrného proudu na střídavý pro nabíjení a vybíjení a zároveň zajišťuje kompatibilitu s požadavky sítě.
Tyto komponenty společně umožňují BESS ukládat přebytečnou energii v obdobích nízké poptávky a v případě potřeby ji vybíjet, čímž se zvyšuje stabilita sítě a podporuje integrace obnovitelných zdrojů energie. Kromě toho pokročilé řídicí algoritmy v EMS a inovace v oblasti tepelného managementu dále zlepšily účinnost a prodloužily životnost systému, čímž se BESS staly základním kamenem moderní energetické infrastruktury.
Jak BESS funguje
Úvěr na Totalenergies
Bateriové systémy skladování energie (BESS) fungují na základě sofistikovaného procesu zachycování, skladování a distribuce energie. Systém začíná zachycováním elektrické energie z různých zdrojů, včetně obnovitelných a neobnovitelných generátorů energie. Tato energie se pak převádí ze střídavého na stejnosměrný proud a ukládá se do dobíjecích baterií, obvykle lithium-iontových článků uspořádaných do modulů a stojanů.
Systém řízení baterie (BMS) během provozu nepřetržitě sleduje a kontroluje jednotlivé parametry článků, jako je napětí, teplota a stav nabití. Tím je zajištěn optimální výkon a dlouhá životnost bateriového systému. Systém řízení spotřeby energie (EMS) pracuje společně se systémem BMS a optimalizuje celkový provoz systému, přičemž rozhoduje o tom, kdy nabíjet nebo vybíjet, na základě požadavků sítě, cen energie a dalších faktorů.
Když je potřeba energie, uložený stejnosměrný proud se přemění zpět na střídavý prostřednictvím systému konverze energie (PCS), známého také jako obousměrný měnič. Tato součást má zásadní význam pro zajištění toho, aby výstupní výkon odpovídal požadavkům sítě, pokud jde o napětí a frekvenci. Systém PCS také řídí tok energie během nabíjecích i vybíjecích cyklů, čímž udržuje stabilitu sítě.
BESS může pracovat v různých režimech pro podporu funkcí sítě. Pro regulaci frekvence může systém rychle dodávat nebo absorbovat energii, aby udržel frekvenci sítě v přijatelných mezích. V aplikacích pro snížení spotřeby BESS vybíjí uloženou energii v období vysoké poptávky, aby se snížilo zatížení sítě a potenciálně snížily náklady na elektřinu pro uživatele.
Pro integraci obnovitelných zdrojů energie hraje BESS zásadní roli při vyrovnávání nestálosti solární a větrné energie. Ukládá přebytečnou energii během období vysoké výroby a uvolňuje ji při poklesu výroby, čímž zajišťuje konzistentnější dodávky energie. Tato schopnost je zvláště důležitá pro udržení stability sítě, protože podíl obnovitelné energie v energetickém mixu se zvyšuje.
Pokročilé implementace BESS zahrnují také prediktivní analýzu a algoritmy strojového učení pro optimalizaci výkonu. Tyto systémy mohou předvídat vzorce poptávky po energii, povětrnostní podmínky ovlivňující výrobu energie z obnovitelných zdrojů a dokonce i ceny na trhu s elektřinou, aby mohly přijímat informovaná rozhodnutí o tom, kdy energii ukládat nebo uvolňovat.
Bezpečnost je při provozu BESS prvořadým úkolem. Moderní systémy zahrnují několik vrstev ochrany, včetně systémů tepelného řízení, které zabraňují přehřátí, mechanismů pro potlačení požáru a izolačních protokolů pro omezení možných problémů. Nepřetržité monitorování a automatické bezpečnostní reakce zajišťují, že systém může rychle reagovat na jakékoli anomálie a udržovat tak bezpečný a spolehlivý provoz. Efektivním řízením toku energie mezi výrobou, skladováním a spotřebou funguje BESS jako kritická součást moderní energetiky, která umožňuje větší flexibilitu, spolehlivost a udržitelnost energetických systémů.
Prozkoumat na Youtube
Aplikace BESS
Systémy skladování energie z baterií (BESS) mají širokou škálu využití v různých odvětvích a přispívají ke stabilitě sítě, integraci obnovitelných zdrojů energie a řízení nákladů na energii. Zde jsou některé klíčové aplikace BESS:
- Stabilizace sítě: BESS dokáže rychle reagovat na výkyvy v dodávkách a poptávce po elektřině a pomáhá tak udržovat frekvenci a stabilitu napětí v síti.
- Integrace obnovitelných zdrojů energie: BESS ukládá přebytečnou energii z nestálých obnovitelných zdrojů, jako jsou solární a větrné elektrárny, a uvolňuje ji při poklesu výroby, aby zajistila stálé dodávky energie.
- Špičkové holení: Vypouštěním uložené energie v období vysoké poptávky pomáhá BESS snižovat zatížení sítě a potenciálně snižovat náklady na elektřinu pro uživatele.
- Přesun nákladu: BESS umožňuje skladovat energii v období nízké poptávky a nízkých nákladů pro použití v období vysoké poptávky a vysokých nákladů, čímž se optimalizuje spotřeba energie a náklady.
- Záložní napájení: V případě výpadku sítě může BESS poskytnout kritickou záložní energii pro domácnosti, podniky a základní infrastrukturu.
- Mikrosítě: BESS hraje klíčovou roli při zajišťování provozu mikrosítí, podpoře místní energetické nezávislosti a odolnosti.
- Nabíjení elektrických vozidel: BESS může podporovat rychlonabíjecí stanice pro elektromobily, čímž se sníží zatížení sítě v době nabíjecí špičky.
- Doplňkové služby: BESS poskytuje různé služby podpory sítě, včetně regulace frekvence, podpory napětí a možnosti black start.
Tyto rozmanité aplikace ukazují všestrannost a význam BESS v moderních energetických systémech, které přispívají k flexibilnější, spolehlivější a udržitelnější energetické infrastruktuře.
Rostoucí stejnosměrné napětí BESS
Trend k vyšším stejnosměrným napětím v bateriových systémech pro ukládání energie (BESS) je dán několika klíčovými výhodami:
- Zvýšená efektivita: Vyšší napětí má za následek nižší proudy při stejném výkonu, což snižuje celkové ztráty v obvodovém systému a zlepšuje účinnost oběhu.
- Zvýšená energetická hustota: Zvyšování napětí umožňuje dosáhnout vyšší hustoty energie při stejných fyzikálních omezeních, což umožňuje kompaktnější a výkonnější konstrukce BESS.
- Rychlejší nabíjení/vybíjení: Vysokonapěťové baterie mohou rychleji dokončit nabíjecí cykly, což vyhovuje rychlým požadavkům na energii a vysokým nárokům na výkon.
- Snížení nákladů: Vyšší napětí umožňuje efektivnější zapojení a instalaci, což snižuje celkové náklady na systém. Sladění stejnosměrného napětí BESS se stejnosměrným napětím solárních zařízení (obvykle 1500 VDC) eliminuje potřebu dalšího zařízení pro konverzi napětí.
- Kompatibilita s pokročilými měniči: Většina solárních střídačů pro veřejný sektor nyní používá vstup 1500 VDC, takže BESS s vyšším napětím je kompatibilnější se stávající infrastrukturou.
Tyto výhody jsou hnací silou vývoje BESS směrem k vyšším stejnosměrným napětím, což přispívá k předpokládanému růstu odvětví z $1,2B v roce 2020 na $4,3B v roce 2025.
Problémy při instalaci BESS
Instalace bateriových systémů pro ukládání energie (BESS) se potýkají s několika běžnými problémy, které mohou ovlivnit jejich výkon, bezpečnost a účinnost. Zde jsou některé z nejčastějších problémů:
- Vysoké počáteční náklady: Počáteční investice do BESS může být značná, což představuje významnou překážku pro přijetí.
- Technické složitosti integrace: Integrace BESS se stávající infrastrukturou často vyžaduje specializované znalosti a technologie.
- Regulační překážky: Orientace v povoleních a předpisech může být časově náročná a komplikovaná.
- Problémy s údržbou: Zajištění dlouhodobé spolehlivosti vyžaduje efektivní správu životního cyklu a pravidelnou údržbu.
- Problémy s kompatibilitou sítě: Zajištění kompatibility BESS se sítí a řízení propojení může být problematické.
- Obavy o bezpečnost: Nesprávná instalace nebo vadné komponenty mohou vést k riziku požáru a dalším bezpečnostním rizikům.
- Poruchy systému správy baterií (BMS): Nespolehlivá BMS může způsobit neočekávané vypnutí a potenciálně nebezpečné situace.
- Problémy s vyvažováním buněk: Nerovnováha mezi články může snížit účinnost systému a představovat bezpečnostní riziko.
- Nedostatečná kapacita úložiště: Chyby v odhadu stavu nabití (SOC) mohou vést k neefektivnímu využití energie.
- Problémy s tepelným managementem: Nevhodné chladicí systémy mohou způsobit předčasné stárnutí a snížení výkonu baterií.
Řešení těchto problémů vyžaduje pečlivé plánování, odbornou instalaci a průběžné monitorování, aby byl zajištěn optimální výkon a bezpečnost BESS.
Opětovné použití baterií pro BESS
Systémy skladování energie z baterií (BESS) mohou využívat baterie z elektromobilů, což představuje udržitelný způsob, jak prodloužit životnost baterií a minimalizovat množství odpadu. Když kapacita baterií pro elektromobily klesne na 80-85% původní kapacity, lze je znovu použít pro aplikace BESS, což nabízí druhý život lithium-iontových baterií a zároveň snižuje potřebu nové výroby. Tento přístup podporuje stabilizaci sítě, integraci obnovitelných zdrojů energie, záložní napájení pro kritickou infrastrukturu, snižování zátěže ve špičkách a přesun zátěže pro průmysl a podporu mikrosítí. Odhaduje se, že do roku 2025 najde 75% použitých baterií pro elektromobily před recyklací uplatnění v druhém životě, což odráží rostoucí důraz na udržitelnost a oběhové hospodářství.
Použití použitých baterií v projektech BESS však není bez problémů. Recyklované baterie mají často nestejnou úroveň výkonu v důsledku různého stupně degradace, což může ovlivnit účinnost a spolehlivost systému. Navíc proces sběru, testování a renovace těchto baterií může být náročný na pracovní sílu a náklady, což může kompenzovat některé ekologické a ekonomické přínosy. Navzdory těmto nevýhodám je díky rostoucí poptávce po udržitelných řešeních skladování energie použitá baterie pro elektromobily i nadále cenným zdrojem pro projekty BESS.
Vládní politiky BESS
Vlády po celém světě si stále více uvědomují klíčovou roli bateriových systémů pro skladování energie (BESS) při dosahování cílů přechodu na energetiku a stability sítě. Mnoho zemí zavedlo podpůrné politiky a iniciativy na urychlení zavádění BESS:
- Spojené státy představily zákon o snížení inflace, který zahrnuje investiční daňové úlevy pro samostatné projekty skladování, čímž se zvyšuje konkurenceschopnost skladování v rozvodné síti.
- Čína oznámila, že do roku 2025 plánuje instalovat více než 30 GW zařízení pro ukládání energie, což svědčí o silném odhodlání rozšiřovat BESS.
- Indie si ve svém návrhu Národního plánu pro elektroenergetiku stanovila ambiciózní cíle pro rozvoj bateriových úložišť energie, přičemž do roku 2031-32 chce dosáhnout instalovaného výkonu 51-84 GW.
- Evropská komise zveřejnila doporučení pro politická opatření na podporu většího rozšíření skladování elektřiny, neboť uznává jeho význam pro dekarbonizaci energetického systému.
- Kromě toho byla na ministerské úrovni pro čistou energii zahájena celosvětová iniciativa nazvaná "Supercharging Battery Storage Initiative", kterou podporuje Evropská komise, Austrálie, USA a Kanada. Cílem této iniciativy je podpořit mezinárodní spolupráci, snížit náklady a vytvořit udržitelné dodavatelské řetězce pro technologie skladování energie.
Výhled trhu BESS
Trh s bateriovými systémy pro ukládání energie (BESS) je připraven na výrazný růst, který je způsoben rostoucí integrací obnovitelných zdrojů energie a snahou o modernizaci sítě. Předpokládá se, že celosvětový trh s BESS dosáhne do roku 2031 hodnoty $51,7 miliardy EUR a v letech 2022 až 2031 poroste tempem 20,1%. Tento rychlý růst je podporován klesajícími náklady na lithium-iontové baterie, které za posledních deset let klesly přibližně o 80%.
Mezi hlavní faktory růstu patří:
- Rostoucí poptávka po systémech skladování energie v síti.
- Rychlé rozšíření lithium-iontových baterií v odvětví obnovitelných zdrojů energie.
- Vládní financování a podpůrné politiky.
- Stále více komerčních a průmyslových aplikací.
Očekává se, že v segmentu veřejných služeb bude v průběhu prognózovaného období zaznamenán nejvyšší CAGR, a to díky iniciativám zaměřeným na zavádění průtokových baterií pro účely ochrany životního prostředí, dlouhé životnosti a bezpečnosti. Z geografického hlediska se očekává, že nejrychleji rostoucím regionálním trhem bude Asie a Tichomoří, což je dáno rostoucí poptávkou po energii a podpůrnými vládními politikami v zemích, jako je Indie, Čína a Austrálie.
Související články:
