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I sistemi di accumulo di energia elettrica prelevano energia da un'alimentazione elettrica, la conservano in un mezzo di accumulo e forniscono elettricità in seguito. Le batterie sono un tipo. Altre tecnologie immagazzinano energia in acqua sollevata, aria compressa, masse rotanti, campi elettrici o magnetici, calore o combustibili fabbricati. La loro utilità dipende dalla potenza richiesta, dalla durata e dalle condizioni operative.
La distinzione chiave è l'uscita: Le apparecchiature che restituiscono elettricità svolgono un lavoro diverso dalle apparecchiature che forniscono calore o raffreddamento immagazzinati. Entrambe possono aiutare a gestire la domanda elettrica, ma non sono fonti intercambiabili di alimentazione di backup.
Tipi di sistemi di accumulo di energia elettrica
Utilizzare la tabella per identificare prima la forma di energia immagazzinata, quindi verificare le apparecchiature di conversione e i vincoli del sito. È una mappa tecnologica, non una classifica di sistemi universalmente migliori o peggiori.
| Tecnologia | Dove viene immagazzinata l'energia | Come viene recuperata l'elettricità | Compito utile e condizione limitante |
|---|---|---|---|
| Sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) | Reazioni elettrochimiche in celle o elettroliti di batterie a flusso | La scarica produce corrente continua (DC); le apparecchiature di conversione forniscono l'uscita richiesta | Edifici, industria e accumulo in rete; chimica, gestione termica e capacità utilizzabile sono importanti |
| Idroelettrico a pompaggio | Potenziale gravitazionale dell'acqua elevata | L'acqua fluisce attraverso una turbina-generatore | Grandi progetti di spostamento energetico; elevazione adeguata, serbatoi e permessi sono essenziali |
| Accumulo di energia ad aria compressa (CAES) | Aria pressurizzata, con gestione termica a seconda del progetto | L'aria in espansione aziona un generatore tramite macchinari adeguati | Accumulo di energia dipendente dal sito; alcuni cicli consumano anche carburante durante la scarica |
| Accumulo a volano | Energia cinetica di una massa rotante | Un motore-generatore estrae energia mentre il rotore rallenta | Scambi di potenza rapidi e cicli; contenimento, perdite e intervallo di velocità utilizzabile limitano la capacità |
| Condensatori e supercondensatori | Carica immagazzinata; il comportamento del supercondensatore dipende dalla tecnologia degli elettrodi | L'elettronica di potenza estrae energia al diminuire della tensione | Scambi brevi e ad alta potenza; la densità energetica e l'autoscarica limitano l'erogazione prolungata |
| Accumulo di energia magnetica superconduttrice (SMES) | Campo magnetico associato alla corrente in una bobina superconduttrice | Apparecchiature di conversione trasferiscono energia al sistema elettrico | Compiti specializzati a risposta rapida; l'apparecchiatura criogenica fa parte del sistema |
| Accumulo termico con recupero elettrico | Calore in un materiale di accumulo | Un motore termico o un altro ciclo di conversione genera elettricità | Applicazioni calore-energia; un serbatoio di materiale caldo da solo non è un sistema di uscita elettrica |
| Accumulo elettrico basato sull'idrogeno | Energia chimica dell'idrogeno prodotta utilizzando elettricità | Una cella a combustibile o un generatore idoneo converte il combustibile nuovamente in elettricità | Accumulo esteso in cui la catena di conversione completa si adatta al sito; la sola produzione di idrogeno non fornisce scarica elettrica |
Questo raggruppamento segue le forme di accumulo descritte dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) nel suo panoramica delle tecnologie per l'energia distribuita e i meccanismi esaminati nel suo Revisione delle tecnologie di accumulo dell'elettricità. La U.S. Energy Information Administration (EIA) panoramica sull'accumulo di elettricità spiega i percorsi di ritorno dell'elettricità commerciale e il funzionamento ad aria compressa assistita da combustibile. Queste fonti descrivono tecnologie, non la certificazione di una particolare installazione.
L'illustrazione mostra forme di energia immagazzinata, non uno schema di cablaggio o una scala relativa delle apparecchiature. L'accumulo termico necessita di un percorso di recupero elettrico separato quando l'elettricità è l'uscita richiesta.
EES, EESS, ESS e BESS: significato dei termini
ESS significa sistema di accumulo di energia ed è un termine generico ampio. EES significa accumulo di energia elettrica; EESS è utilizzato anche per sistemi di accumulo di energia elettrica. BESS (Sistema di accumulo a batteria) identifica il sottoinsieme basato su batterie. Un sistema a batterie è un ESS, ma un ESS non deve necessariamente contenere batterie.
La Commissione Elettrotecnica Internazionale IEC 62933-1:2024 fornisce il vocabolario per i sistemi EES connessi alla rete che prelevano elettricità da un sistema di alimentazione, accumulano energia internamente e restituiscono elettricità. La carica e la scarica possono comportare conversioni. Tale ambito è più ristretto rispetto a ogni prodotto commercializzato casualmente come “sistema di accumulo di energia”, inclusi i sistemi il cui output finale è calore o un combustibile venduto per un altro uso.
Per i rack di batterie, la gestione delle batterie e la conversione di potenza in modo più approfondito, utilizzare la sui sistemi di accumulo di energia a batteria. La mappa tecnologica sopra rimane utile quando si decide se l'attività riguarda o meno l'accumulo di energia da batteria.
L'accumulo termico è un sistema di accumulo di energia elettrica?
Non automaticamente. Un impianto di accumulo di ghiaccio può spostare il consumo del refrigeratore da un periodo di picco e fornire raffreddamento in seguito. Non produce necessariamente elettricità durante lo scarico. Allo stesso modo, un serbatoio di acqua calda può immagazzinare calore utile senza alcun generatore.
L'accumulo termico può supportare la produzione di elettricità quando il calore immagazzinato alimenta un ciclo di conversione di potenza. Gli impianti solari termici possono caricare tale accumulo direttamente dalla luce solare piuttosto che dall'elettricità, quindi anche la fonte di carica è importante. Spiegazione del DOE su solare e accumulo distingue il riscaldamento o il raffreddamento diretto dall'accumulo termico utilizzato per generare elettricità.
Poni due domande quando leggi una specifica: Cosa carica l'accumulo e cosa ne esce durante lo scarico? Ciò impedisce che una misura di risparmio energetico venga scambiata per una fonte in grado di alimentare carichi elettrici.
Come funziona un sistema di accumulo elettrico
Ci sono tre fasi funzionali: caricare il mezzo di accumulo, mantenere l'energia e scaricare attraverso l'apparecchiatura richiesta dal carico o dalla rete. Le perdite di conversione e i consumi ausiliari implicano che l'energia elettrica recuperata non è identica all'energia di carica.
Le apparecchiature fisiche variano. L'idroelettrico pompato utilizza macchinari idraulici; un volano utilizza un motore-generatore; un sistema a batteria collegato alla corrente alternata (AC) utilizza comunemente una conversione di potenza bidirezionale. Condividono la sequenza di trasferimento dell'energia, non una disposizione del cabinet identica.
Si tratta di un Esempio di accumulo a batteria connesso in AC, non una disposizione universale di ESS. Le frecce continue rappresentano lo scambio di potenza funzionale; i percorsi tratteggiati rappresentano il controllo. Protezione, isolamento, messa a terra e cablaggio dei morsetti sono omessi intenzionalmente e devono essere progettati separatamente.
Potenza, energia e durata sono diverse valutazioni
La potenza, in kilowatt (kW) o megawatt (MW), descrive la velocità di erogazione o assorbimento elettrico. L'energia, in kilowattora (kWh) o megawattora (MWh), descrive una quantità accumulata nel tempo. Una grande capacità energetica non stabilisce che il convertitore possa avviare un motore di grandi dimensioni, e una elevata potenza nominale non stabilisce ore di autonomia.
Per un carico costante, una stima iniziale della durata è:
Durata (h) = energia utile erogata (kWh) / potenza del carico (kW)
Input illustrativi al confine dell'uscita AC:
Energia utile erogata = 100 kWh
Carico AC costante = 25 kW
Durata = 100 / 25 = 4 hQui, “energia utile erogata” tiene già conto della riserva operativa ipotizzata, delle perdite di conversione e del consumo ausiliario al confine dichiarato. Non dedurre le stesse voci una seconda volta. Questa è un'illustrazione aritmetica, non un tempo di esecuzione VIOX misurato o un progetto di backup completo.
Se i 100 kWh citati sono invece la capacità nominale della batteria, non si possono presumere quattro ore. Stabilire la finestra di stato di carica consentita, le condizioni di temperatura e invecchiamento, le perdite di conversione, gli ausiliari e il profilo di carico effettivo. Verificare separatamente la potenza continua e quella di spunto. I termini avanzati di valutazione della batteria appartengono alla guida allo stoccaggio kWh, MWh e MW.
Il tempo di risposta è un altro parametro. La rapidità con cui un sistema cambia potenza è diversa dalla durata per cui può sostenere tale potenza. La valutazione del DOE sui supercondensatori illustra questo compromesso: la ricarica rapida e l'elevata potenza specifica non implicano un'elevata capacità energetica per una scarica prolungata.
Abbinare la tecnologia di accumulo all'attività
Iniziare con il servizio elettrico richiesto, non con un materiale di accumulo preferito.
| Compito richiesto | Caratteristica da stabilire | Cosa può escludere una tecnologia altrimenti promettente |
|---|---|---|
| Spostare la generazione rinnovabile a un periodo successivo | Energia utilizzabile, opportunità di ricarica e uscita sostenuta | Finestra di ricarica insufficiente, perdite di mantenimento o profilo di scarica non corrispondente |
| Ridurre il picco di domanda di un impianto | kW di uscita e la durata completa del picco | Potenza del convertitore inferiore al picco, energia utilizzabile insufficiente o economia tariffaria e di ciclo sfavorevole |
| Fornire supporto di potenza rapido | Risposta, cicli ripetuti ed energia di impulso richiesta | Un dispositivo veloce che esaurisce l'energia prima che l'evento finisca |
| Supportare carichi durante un'interruzione | Modalità operativa supportata, potenza del carico e autonomia | Un sistema connesso alla rete che non può stabilire un'alimentazione isolata sicura |
| Immagazzinare energia per periodi prolungati | Ritenzione, fattibilità del sito e catena di recupero completa | Autoscarica, geografia inadatta, vincoli di gestione del combustibile o domanda ausiliaria eccessiva |
Ad esempio, la capacità di spostare energia per diverse ore e la capacità di rispondere a un breve disturbo sono obiettivi di progettazione diversi. L'EIA descrive l'uso dello stoccaggio su queste diverse scale temporali; la capacità di un progetto specifico dipende ancora dalle sue apparecchiature e dai suoi controlli.
Il backup richiede più dell'energia immagazzinata. L'installazione deve supportare l'isoleggiamento intenzionale o un'altra architettura di backup approvata, separata in modo sicuro dalla rete quando richiesto, e alimentare i carichi previsti. Guida del DOE sulle microreti spiega sia il funzionamento autonomo sia i pericoli dell'isoleggiamento incontrollato. Non dare per scontato che una batteria connessa alla rete manterrà un edificio alimentato durante un'interruzione.
Dove si inserisce la protezione elettrica
Per un'installazione di batterie, il mezzo di accumulo, le apparecchiature di conversione e la distribuzione elettrica hanno diverse esigenze di protezione. La gestione della batteria monitora e controlla le condizioni della batteria; la protezione del circuito e l'isolamento devono anche riguardare i conduttori, le sorgenti di guasto e il percorso di alimentazione completo.
Un dispositivo di protezione DC candidato necessita della corretta tensione nominale DC, capacità di interruzione, corrente nominale e idoneità del cablaggio per quel circuito. Il comportamento in caso di guasto della batteria e del convertitore deve essere stabilito dalla documentazione del sistema. Il guida agli interruttori CC spiega perché una classificazione solo AC non è una prova sufficiente per un'applicazione DC.
Questi controlli dei componenti non dimostrano che il sistema di accumulo completo soddisfi i requisiti di sicurezza antincendio, interconnessione, installazione o assemblaggio. Né i dettagli del sistema a batteria si applicano automaticamente alle apparecchiature idroelettriche a pompaggio, termiche o a idrogeno.
Una volta stabilita l'architettura del sistema, VIOX componenti di protezione per fotovoltaico solare e accumulo di energia forniscono un punto di partenza pertinente per la valutazione dei componenti. Selezionare in base alla documentazione effettiva del sistema e ai requisiti del mercato di destinazione, non solo all'acronimo ESS.
