در این صفحه
سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی، انرژی را از منبع تغذیه الکتریکی دریافت کرده، آن را در یک رسانه ذخیره‌سازی نگه می‌دارند و بعداً الکتریسیته را تحویل می‌دهند. باتری‌ها یک نوع از آنها هستند. فناوری‌های دیگر انرژی را در آب بالا رفته، هوای فشرده، جرم‌های چرخان، میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی، گرما، یا سوخت‌های تولید شده ذخیره می‌کنند. مفید بودن آنها به توان مورد نیاز، مدت زمان و شرایط عملیاتی بستگی دارد.
تمایز کلیدی خروجی است: تجهیزاتی که الکتریسیته را برمی‌گردانند، وظیفه‌ای متفاوت از تجهیزاتی که گرمایش یا سرمایش ذخیره‌شده را تأمین می‌کنند، انجام می‌دهند. هر دو می‌توانند به مدیریت تقاضای الکتریکی کمک کنند، اما منابع توان پشتیبان غیرقابل تعویض هستند.
انواع سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی
از جدول برای شناسایی ابتدا شکل انرژی ذخیره‌شده استفاده کنید، سپس تجهیزات تبدیل و محدودیت‌های سایت را بررسی کنید. این یک نقشه فناوری است، نه رتبه‌بندی سیستم‌های بهتر یا بدتر در سطح جهانی.
| فناوری | محل ذخیره انرژی | نحوه بازیابی الکتریسیته | وظیفه مفید و شرط محدودکننده |
|---|---|---|---|
| سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) | واکنش‌های الکتروشیمیایی در سلول‌ها یا الکترولیت‌های باتری جریانی | تخلیه جریان مستقیم (DC) تولید می‌کند؛ تجهیزات تبدیل، خروجی مورد نیاز را تأمین می‌کنند. | ساختمان، صنعتی و ذخیره‌سازی در شبکه؛ شیمی، مدیریت حرارتی و ظرفیت قابل استفاده اهمیت دارند. |
| نیروگاه برق‌آبی پمپاژ شونده | پتانسیل گرانشی آب مرتفع | آب از توربین-ژنراتور عبور می‌کند. | پروژه‌های بزرگ جابجایی انرژی؛ ارتفاع مناسب، مخازن و مجوزهای لازم ضروری هستند. |
| ذخیره‌سازی انرژی با هوای فشرده (CAES) | هوای تحت فشار، با مدیریت حرارتی بسته به طراحی. | هوای منبسط شونده از طریق ماشین‌آلات مناسب، ژنراتور را به حرکت در می‌آورد. | ذخیره‌سازی انرژی وابسته به محل؛ برخی چرخه‌ها در حین تخلیه سوخت نیز مصرف می‌کنند. |
| ذخیره‌سازی چرخ‌لنگر | انرژی جنبشی یک جرم در حال چرخش | یک موتور-ژنراتور با کاهش سرعت روتور، انرژی را استخراج می‌کند. | تبادلات توان سریع و چرخه‌ای؛ مهار، تلفات و محدوده سرعت قابل استفاده، قابلیت را محدود می‌کنند. |
| خازن‌ها و ابرخازن‌ها | بار ذخیره شده؛ رفتار ابرخازن به فناوری الکترود بستگی دارد. | الکترونیک قدرت با کاهش ولتاژ، انرژی را استخراج می‌کنند. | تبادلات کوتاه و پرقدرت؛ چگالی انرژی و تخلیه خودی، تحویل طولانی‌مدت را محدود می‌کنند. |
| ذخیره‌سازی انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES) | میدان مغناطیسی مرتبط با جریان در یک سیم‌پیچ ابررسانا | تجهیزات تبدیل، انرژی را به سیستم الکتریکی منتقل می‌کنند. | وظایف تخصصی با پاسخ سریع؛ تجهیزات برودتی بخشی از سیستم هستند. |
| ذخیره‌سازی حرارتی با بازیابی الکتریکی | حرارت در یک ماده ذخیره‌سازی | یک موتور حرارتی یا چرخه تبدیل دیگر، الکتریسیته تولید می‌کند. | کاربردهای حرارت به توان؛ مخزن مواد داغ به تنهایی یک سیستم خروجی الکتریکی نیست. |
| ذخیره‌سازی الکتریکی مبتنی بر هیدروژن. | انرژی شیمیایی هیدروژن تولید شده با استفاده از الکتریسیته. | یک سلول سوختی یا ژنراتور مناسب، سوخت را دوباره به الکتریسیته تبدیل می‌کند. | ذخیره‌سازی گسترده که در آن زنجیره تبدیل کامل برای محل مناسب است؛ تولید هیدروژن به تنهایی تخلیه الکتریکی را فراهم نمی‌کند. |
این گروه‌بندی از اشکال ذخیره‌سازی که توسط وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در مرور کلی فناوری انرژی توزیع شده و مکانیزم‌های بررسی شده در بررسی فناوری ذخیره‌سازی الکتریسیته. اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده (EIA) مروری بر ذخیره‌سازی الکتریسیته مسیرهای بازگشت الکتریسیته تجاری و عملکرد هوای فشرده با کمک سوخت را توضیح می‌دهد. این منابع فناوری‌ها را توصیف می‌کنند، نه گواهی یک نصب خاص را.
تصویر اشکال انرژی ذخیره شده را نشان می‌دهد، نه یک نمودار سیم‌کشی یا مقیاس تجهیزات نسبی. ذخیره‌سازی حرارتی در صورت نیاز به خروجی الکتریسیته به یک مسیر بازیابی الکتریکی جداگانه نیاز دارد.
EES، EESS، ESS و BESS: معنی اصطلاحات
ESS به معنی سیستم ذخیره‌سازی انرژی است و یک اصطلاح چتر گسترده است. سیستم ذخیره‌سازی انرژی به معنی ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی است؛; EESS برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی نیز استفاده می‌شود. سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) زیرمجموعه مبتنی بر باتری را مشخص می‌کند. یک سیستم باتری یک ESS است، اما یک ESS لزوماً نباید شامل باتری باشد.
کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکال IEC 62933-1:2024 واژگان سیستم‌های EES متصل به شبکه را که الکتریسیته را از یک سیستم قدرت دریافت می‌کنند، انرژی را به صورت داخلی ذخیره می‌کنند و الکتریسیته را بازمی‌گردانند، ارائه می‌دهد. شارژ و دشارژ ممکن است شامل تبدیل باشد. این دامنه محدودتر از هر محصولی است که به طور اتفاقی به عنوان “سیستم ذخیره‌سازی انرژی” به بازار عرضه می‌شود، از جمله سیستم‌هایی که خروجی نهایی آنها گرما یا سوختی است که برای استفاده دیگر فروخته می‌شود.
برای رک‌های باتری، مدیریت باتری و تبدیل توان به طور عمیق‌تر، از battery energy storage systems guide. نقشه فناوری فوق همچنان هنگام تصمیم‌گیری در مورد اینکه آیا وظیفه ذخیره‌سازی باتری است یا خیر، مفید است.
آیا ذخیره‌سازی حرارتی یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی است؟
نه به طور خودکار. یک تأسیسات ذخیره‌سازی یخ می‌تواند مصرف چیلر را از یک دوره اوج دور کرده و بعداً سرمایش را تأمین کند. این لزوماً برق را در هنگام تخلیه تولید نمی‌کند. به طور مشابه، یک مخزن آب گرم می‌تواند گرمای مفید را بدون هیچ ژنراتوری ذخیره کند.
ذخیره‌سازی حرارتی می‌تواند از تولید برق پشتیبانی کند زمانی که گرمای ذخیره شده چرخه تبدیل توان را تغذیه می‌کند. نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی ممکن است این ذخیره‌سازی را مستقیماً از نور خورشید به جای برق شارژ کنند، بنابراین منبع شارژ نیز مهم است. توضیحات وزارت انرژی در مورد خورشیدی و ذخیره‌سازی گرمایش یا سرمایش مستقیم را از ذخیره‌سازی حرارتی که برای تولید برق استفاده می‌شود، متمایز می‌کند.
هنگام خواندن مشخصات، دو سؤال بپرسید: چه چیزی مخزن را شارژ می‌کند و چه چیزی در هنگام تخلیه از آن خارج می‌شود؟ این امر مانع از آن می‌شود که یک اقدام صرفه‌جویی در انرژی با منبعی که قادر به تأمین برق بارهای الکتریکی است اشتباه گرفته شود.
نحوه کارکرد سیستم ذخیره‌سازی الکتریکی
سه مرحله عملکردی وجود دارد: شارژ کردن رسانه ذخیره‌سازی، حفظ انرژی و تخلیه از طریق تجهیزات مورد نیاز بار یا شبکه. تلفات تبدیل و مصرف کمکی به این معنی است که انرژی الکتریکی بازیابی شده با انرژی شارژ یکسان نیست.
تجهیزات فیزیکی متفاوت است. پمپاژ هیدرو از ماشین‌آلات هیدرولیک استفاده می‌کند؛ فلای‌ویل از موتور-ژنراتور استفاده می‌کند؛ سیستم باتری متصل به جریان متناوب (AC) معمولاً از تبدیل توان دوطرفه استفاده می‌کند. آنها توالی انتقال انرژی را به اشتراک می‌گذارند، نه یک چیدمان کابینت یکسان.
این یک مثال باتری متصل به AC, ، نه یک آرایش جهانی ESS. فلش‌های توپر تبادل توان عملکردی را نشان می‌دهند؛ مسیرهای نقطه‌چین کنترل را نشان می‌دهند. حفاظت، جداسازی، ارتینگ و سیم‌کشی ترمینال عمداً حذف شده‌اند و باید به طور جداگانه طراحی شوند.
توان، انرژی و مدت زمان رتبه‌بندی‌های متفاوتی هستند
توان، بر حسب کیلووات (kW) یا مگاوات (MW)،, نرخ تحویل یا جذب الکتریکی را توصیف می‌کند. انرژی، بر حسب کیلووات-ساعت (kWh) یا مگاوات-ساعت (MWh)،, مقدار انباشته شده در طول زمان را توصیف می‌کند. ظرفیت انرژی بالا نشان‌دهنده این نیست که مبدل می‌تواند یک موتور بزرگ را راه‌اندازی کند و توان بالا نشان‌دهنده ساعت‌ها استقلال نیست.
برای بار ثابت، تخمین اولیه مدت زمان به شرح زیر است:
مدت زمان (h) = انرژی خروجی قابل استفاده (kWh) / توان بار (kW)
ورودی‌های نمایشی در مرز خروجی AC:
انرژی تحویلی قابل استفاده = 100 kWh
بار ثابت AC = 25 kW
مدت زمان = 100 / 25 = 4 hدر اینجا، “انرژی تحویلی قابل استفاده” از قبل ذخیره عملیاتی فرض شده، تلفات تبدیل و مصرف کمکی در مرز بیان شده را در نظر گرفته است. همین کسورات را دوباره کسر نکنید. این یک تصویر محاسباتی است، نه زمان اجرای اندازه‌گیری شده VIOX یا یک طراحی پشتیبان کامل.
If the quoted 100 kWh is instead nominal battery capacity, four hours cannot be assumed. Establish the permitted state-of-charge window, temperature and aging conditions, conversion losses, auxiliaries, and the actual load profile. Check continuous and surge power separately. Advanced battery-rating terms belong in the راهنمای ذخیره‌سازی kWh، MWh و MW.
زمان پاسخ یک پارامتر دیگر است. سرعت تغییر توان یک سیستم با توانی که می‌تواند آن را حفظ کند متفاوت است. وزارت انرژی (DOE) ارزیابی ابرخازن این بده‌بستان را نشان می‌دهد: شارژ سریع و توان ویژه بالا، به معنای ظرفیت انرژی بالا برای تخلیه طولانی‌مدت نیست.
فناوری ذخیره‌سازی را با وظیفه تطبیق دهید
با سرویس الکتریکی مورد نیاز شروع کنید، نه با ماده ذخیره‌سازی ترجیحی.
| وظیفه مورد نیاز | مشخصه مورد نیاز برای تعیین | چه چیزی می‌تواند یک فناوری امیدوارکننده را رد کند |
|---|---|---|
| انتقال تولید انرژی تجدیدپذیر به دوره زمانی بعدی | انرژی قابل استفاده، فرصت شارژ و خروجی پایدار | پنجره شارژ ناکافی، تلفات نگهداری یا پروفایل تخلیه نامتناسب |
| کاهش اوج تقاضای تأسیسات | توان خروجی kW و مدت زمان اوج کامل | توان مبدل پایین‌تر از اوج، انرژی قابل استفاده ناکافی، یا تعرفه نامطلوب و اقتصاد چرخه‌ای |
| ارائه پشتیبانی سریع توان | پاسخگویی، چرخه‌های تکراری و انرژی پالس مورد نیاز | دستگاهی سریع که قبل از پایان رویداد، انرژی آن تمام می‌شود |
| پشتیبانی از بارها در زمان قطع برق | حالت عملیاتی پشتیبانی شده، توان بار و استقلال | سیستم متصل به شبکه که قادر به برقراری منبع تغذیه ایمن جزیره‌ای نیست |
| ذخیره انرژی برای دوره‌های طولانی | حفظ، امکان‌سنجی محل و زنجیره بازیابی کامل | تخلیه خودکار، جغرافیا نامناسب، محدودیت‌های مدیریت سوخت یا تقاضای کمکی بیش از حد |
به عنوان مثال، توانایی انتقال انرژی در طول چندین ساعت و توانایی پاسخگویی به یک اختلال کوتاه مدت اهداف طراحی متفاوتی هستند. EIA ذخیره‌سازی را در این مقیاس‌های زمانی مختلف توصیف می‌کند؛ قابلیت یک پروژه خاص همچنان به تجهیزات و کنترل‌های آن بستگی دارد.
پشتیبان‌گیری به بیش از انرژی ذخیره شده نیاز دارد. نصب باید از جزیره‌سازی عمدی یا معماری پشتیبان تأیید شده دیگری پشتیبانی کند، در صورت لزوم به طور ایمن از شبکه جدا شود و بارهای مورد نظر را تأمین کند. راهنمای میکروگرید وزارت انرژی هم عملکرد مستقل و هم خطرات جزیره‌سازی کنترل نشده را توضیح می‌دهد. فرض نکنید که هر باتری متصل به شبکه در طول قطعی، ساختمان را برق‌دار نگه می‌دارد.
جایگاه حفاظت الکتریکی در کجاست
برای نصب باتری، رسانه ذخیره‌سازی، تجهیزات تبدیل و توزیع الکتریکی نیازهای حفاظتی متفاوتی دارند. مدیریت باتری شرایط باتری را نظارت و کنترل می‌کند؛ حفاظت مدار و جداسازی باید هادی‌ها، منابع خطا و مسیر کامل توان را نیز در نظر بگیرد.
یک دستگاه حفاظتی DC کاندید باید دارای رتبه ولتاژ DC صحیح، قابلیت قطع، رتبه جریان و تناسب سیم‌کشی برای آن مدار باشد. رفتار خطای باتری و مبدل باید از مستندات سیستم مشخص شود. این راهنمای قطع‌کننده مدار DC توضیح می‌دهد که چرا رتبه فقط AC برای کاربرد DC کافی نیست.
این بررسی‌های اجزا اثبات نمی‌کند که سیستم ذخیره‌سازی کامل الزامات ایمنی آتش‌سوزی، اتصال متقابل، نصب یا مونتاژ را برآورده می‌کند. جزئیات سیستم باتری نیز به طور خودکار برای تجهیزات پمپاژ هیدرو، حرارتی یا هیدروژنی اعمال نمی‌شود.
پس از تعیین معماری سیستم، VIOX اجزای حفاظتی فتوولتائیک خورشیدی و ذخیره انرژی نقطه شروع ارزیابی قطعه مرتبط را فراهم می‌کند. بر اساس مستندات واقعی سیستم و الزامات بازار مقصد انتخاب کنید، نه فقط مخفف ESS.
