Na této stránce
Systémy pro ukládání elektrické energie odebírají energii z elektrické sítě, uchovávají ji v úložném médiu a dodávají elektřinu později. Baterie jsou jedním z typů. Jiné technologie ukládají energii ve zvýšené vodě, stlačeném vzduchu, rotujících masách, elektrických nebo magnetických polích, teplu nebo vyrobených palivech. Jejich užitečnost závisí na požadovaném výkonu, době trvání a provozních podmínkách.
Klíčový rozdíl spočívá ve výstupu: zařízení, které vrací elektřinu, plní jinou úlohu než zařízení, které dodává uložené teplo nebo chlazení. Obě mohou pomoci řídit poptávku po elektřině, ale nejsou zaměnitelné zdroje záložního napájení.
Typy systémů pro ukládání elektrické energie
Pomocí tabulky nejprve identifikujte formu uložené energie, poté zkontrolujte konverzní zařízení a omezení místa. Jedná se o mapu technologií, nikoli o hodnocení univerzálně lepších či horších systémů.
| Technologie | Kde je energie uložena | Jak se elektřina získává zpět | Užitečný úkol a omezující podmínka |
|---|---|---|---|
| Bateriový systém pro ukládání energie (BESS) | Elektrochemické reakce v článcích nebo elektrolytech průtokových baterií | Vybíjení produkuje stejnosměrný proud (DC); konverzní zařízení dodává požadovaný výstup | Budovy, průmysl a síťové úložiště; rozhodující jsou chemie, řízení teploty a využitelná kapacita |
| Přečerpávací vodní elektrárna | Gravitační potenciál zvýšené hladiny vody | Voda protéká turbogenerátorem | Velké projekty pro přenos energie; nezbytné jsou vhodné převýšení, nádrže a povolení |
| Podzemní zásobníky stlačeného vzduchu (CAES) | Stlačený vzduch s řízením teploty v závislosti na konstrukci | Expanze vzduchu pohání generátor prostřednictvím vhodného stroje | Energetické úložiště závislé na lokalitě; některé cykly spotřebovávají palivo i během vybíjení. |
| Setrvačníkové úložiště | Kinetická energie rotující hmoty | Motor-generátor odebírá energii, jak se rotor zpomaluje. | Rychlé výměny výkonu a cyklování; omezení kapacity způsobená obsahem, ztrátami a rozsahem použitelné rychlosti. |
| Kondenzátory a superkondenzátory | Uložený náboj; chování superkondenzátoru závisí na technologii elektrod. | Výkonová elektronika odebírá energii při poklesu napětí. | Krátké, vysokovýkonové výměny; hustota energie a samovybíjení omezují dlouhodobé dodávky |
| Supravodivé magnetické ukládání energie (SMES) | Magnetické pole spojené s proudem v supravodivé cívce | Převodové zařízení přenáší energii do elektrické soustavy | Specializované úlohy s rychlou odezvou; kryogenní zařízení je součástí systému |
| Tepelné ukládání s elektrickou rekuperací | Teplo v akumulačním materiálu | Tepelný motor nebo jiný konverzní cyklus generuje elektřinu | Aplikace přeměny tepla na elektřinu; nádrž s horkým materiálem sama o sobě není systémem elektrického výstupu |
| Elektrické úložiště na bázi vodíku | Chemická energie vodíku vyrobeného pomocí elektřiny | Palivový článek nebo vhodný generátor přemění palivo zpět na elektřinu | Rozšířené úložiště, kde celý konverzní řetězec vyhovuje lokalitě; samotná výroba vodíku neposkytuje elektrický výboj |
Toto seskupení navazuje na formy úložišť popsané Ministerstvem energetiky USA (DOE) ve svém přehledu technologií distribuované energie a mechanismech přezkoumaných v jeho Přehled technologií ukládání elektřiny. Americká správa energetických informací (EIA) přehled ukládání elektřiny vysvětluje komerční zpětné toky elektřiny a provoz stlačeného vzduchu s podporou paliva. Tyto zdroje popisují technologie, nikoli certifikaci konkrétní instalace.
Ilustrace zobrazuje formy uložené energie, nikoli schéma zapojení nebo relativní měřítko zařízení. Tepelné úložiště potřebuje samostatnou cestu pro obnovu elektřiny, pokud je požadován elektrický výstup.
EES, EESS, ESS a BESS: Co tyto termíny znamenají
ESS znamená systém ukládání energie a je široký zastřešující termín. EES znamená ukládání elektrické energie; EESS se také používá pro systémy ukládání elektrické energie. BESS (systém skladování energie v bateriích) identifikuje podmnožinu založenou na bateriích. Bateriový systém je ESS, ale ESS nemusí obsahovat baterie.
Mezinárodní elektrotechnická komise IEC 62933-1:2024 poskytuje slovník pro systémy EES připojené k síti, které odebírají elektřinu z energetické soustavy, interně ukládají energii a vracejí elektřinu. Nabíjení a vybíjení může zahrnovat konverzi. Tento rozsah je užší než u každého produktu neformálně prodávaného jako “systém ukládání energie”, včetně systémů, jejichž konečným výstupem je teplo nebo palivo prodávané pro jiné použití.
Pro bateriové regály, správu baterií a konverzi výkonu podrobněji použijte příručku pro systémy skladování energie z baterií. Výše uvedená technologická mapa zůstává užitečná při rozhodování, zda se jedná o bateriové úložiště.
Je tepelné úložiště systémem pro ukládání elektrické energie?
Ne automaticky. Instalace na bázi ledového úložiště může přesunout spotřebu chladiče mimo špičku a dodávat chlazení později. Při vybíjení nemusí nutně vyrábět elektřinu. Podobně zásobník teplé vody může ukládat užitečné teplo bez jakéhokoli generátoru.
Tepelné úložiště může podporovat výrobu elektřiny, když uložené teplo napájí cyklus přeměny energie. Solárně-termální elektrárny mohou toto úložiště nabíjet přímo ze slunečního světla, nikoli z elektřiny, takže záleží také na zdroji nabíjení. Vysvětlení DOE o solární energii a úložištích rozlišuje mezi přímým vytápěním nebo chlazením a tepelným úložištěm používaným k výrobě elektřiny.
Při čtení specifikace si položte dvě otázky: Co nabíjí úložiště a co z něj odchází během vybíjení? Tím se zabrání tomu, aby úsporné opatření bylo zaměněno za zdroj schopný napájet elektrická zatížení.
Jak funguje systém pro ukládání elektrické energie
Existují tři funkční stupně: nabití akumulačního média, udržení energie a vybití prostřednictvím zařízení vyžadovaného zátěží nebo sítí. Ztráty při konverzi a pomocná spotřeba znamenají, že získaná elektrická energie není totožná s nabíjecí energií.
Fyzické vybavení se liší. Přečerpávací vodní elektrárny používají hydraulické stroje; setrvačník používá generátor motoru; bateriový systém připojený k střídavému proudu (AC) běžně používá obousměrnou konverzi výkonu. Sdílejí sekvenci přenosu energie, nikoli identické uspořádání skříně.
Jedná se o Příklad baterie připojené k AC, nikoli univerzální uspořádání ESS. Plné šipky představují funkční výměnu výkonu; přerušované čáry představují řízení. Ochrana, izolace, uzemnění a kabeláž svorek jsou záměrně vynechány a musí být navrženy samostatně.
Výkon, energie a doba trvání jsou různé parametry
Výkon, v kilowattech (kW) nebo megawatech (MW), popisuje rychlost dodávky nebo odběru elektrické energie. Energie, v kilowatthodinách (kWh) nebo megawatthodinách (MWh), popisuje množství nahromaděné za určitou dobu. Velká energetická kapacita nedokazuje, že konvertor může spustit velký motor, a vysoký výkon nedokazuje hodiny autonomie.
Pro konstantní zátěž je počáteční odhad doby následující:
Doba (h) = využitelná výstupní energie (kWh) / výkon zátěže (kW)
Ilustrativní vstupy na hranici AC výstupu:
Využitelná dodaná energie = 100 kWh
Konstantní AC zátěž = 25 kW
Doba = 100 / 25 = 4 hZde “využitelná dodaná energie” již zohledňuje předpokládanou provozní rezervu, ztráty konverze a pomocnou spotřebu na uvedené hranici. Neodečítejte stejné položky podruhé. Jedná se o aritmetickou ilustraci, nikoli o naměřenou dobu běhu VIOX nebo úplný návrh zálohování.
Pokud je uvedená hodnota 100 kWh místo toho jmenovitá kapacita baterie, nelze předpokládat čtyři hodiny. Stanovte povolené rozmezí stavu nabití, podmínky teploty a stárnutí, ztráty konverze, pomocné spotřebiče a skutečný profil zátěže. Zkontrolujte zvlášť trvalý a rázový výkon. Pokročilé pojmy pro hodnocení baterií patří do průvodce úložištěm kWh, MWh a MW.
Doba odezvy je dalším parametrem. Jak rychle systém mění výkon se liší od toho, jak dlouho tento výkon dokáže udržet. DOE’s hodnocení superkondenzátorů ilustruje tento kompromis: rychlé nabíjení a vysoký specifický výkon neznamenají vysokou energetickou kapacitu pro prodloužené vybíjení.
Přizpůsobte technologii ukládání danému úkolu
Začněte s požadovanou elektrickou službou, nikoli s preferovaným akumulačním materiálem.
| Požadovaný úkol | Charakteristika k určení | Co může vyloučit jinak slibnou technologii |
|---|---|---|
| Přesun obnovitelné výroby na pozdější období | Využitelná energie, příležitost k nabíjení a trvalý výkon | Nedostatečné nabíjecí okno, ztráty při uchování nebo nekompatibilní vybíjecí profil |
| Snížit špičkovou poptávku zařízení | Výkon v kW a celková doba trvání špičky | Výkon měniče pod špičkou, nedostatečná využitelná energie nebo nepříznivá tarifní a cyklická ekonomika |
| Poskytnout rychlou podporu výkonu | Odezva, opakované cyklování a požadovaná energie pulzu | Rychlé zařízení, kterému dojde energie před koncem události |
| Podpora zátěží během výpadku | Podporovaný provozní režim, výkon zátěže a autonomie | Systém připojený k síti, který nemůže zajistit bezpečné ostrovní napájení |
| Ukládání energie na delší dobu | Retence, proveditelnost místa a kompletní zotavovací řetězec | Vlastní vybití, nevhodná geografie, omezení manipulace s palivem nebo nadměrná pomocná spotřeba |
Například schopnost přenášet energii po dobu několika hodin a schopnost reagovat na krátkodobé poruchy jsou různé konstrukční cíle. EIA popisuje využití úložišť v těchto různých časových měřítkách; schopnost konkrétního projektu stále závisí na jeho vybavení a řízení.
Zálohování vyžaduje více než jen uloženou energii. Instalace musí podporovat úmyslné ostrovní provozování nebo jinou schválenou záložní architekturu, bezpečně se oddělit od distribuční sítě, je-li to vyžadováno, a napájet určené zátěže. Pokyny DOE pro mikrosítě vysvětlují jak autonomní provoz, tak nebezpečí nekontrolovaného ostrovního provozování. Nepředpokládejte, že jakákoli baterie připojená k síti udrží budovu napájenou během výpadku.
Kam zapadá elektrická ochrana
Pro instalaci baterie mají akumulační médium, konverzní zařízení a elektrická distribuce různé potřeby ochrany. Správa baterie monitoruje a řídí stav baterie; ochrana obvodů a izolace musí také řešit vodiče, zdroje poruch a celou napájecí cestu.
Kandidátní DC ochranné zařízení musí mít správné jmenovité napětí DC, vypínací schopnost, proudové hodnocení a vhodnost pro zapojení pro daný obvod. Chování baterie a měniče při poruše musí být stanoveno z dokumentace systému. Toto průvodci DC jističi vysvětluje, proč hodnocení pouze pro AC není dostatečným důkazem pro DC aplikaci.
Tyto kontroly komponent neprokazují, že kompletní akumulační systém splňuje požadavky na požární bezpečnost, propojení, instalaci nebo montáž. Ani detaily bateriových systémů se automaticky nevztahují na čerpadlové vodní, tepelné nebo vodíkové zařízení.
Jakmile je stanovena architektura systému, VIOX ochranné prvky pro solární FV a ukládání energie poskytují relevantní výchozí bod pro hodnocení komponent. Vybírejte podle skutečné dokumentace systému a požadavků cílového trhu, nikoli pouze podle akronymu ESS.
