Baterijų energijos kaupimo sistemos (BAS) – tai pažangios technologijos, skirtos efektyviai rinkti, kaupti ir paskirstyti elektros energiją. Šios sistemos, sudarytos iš pagrindinių komponentų, tokių kaip baterijų moduliai, energijos konvertavimo sistemos ir sudėtingi valdymo valdikliai, atlieka labai svarbų vaidmenį užtikrinant tinklo stabilumą, atsinaujinančiosios energijos integravimą ir energijos kokybės valdymą.
Pagrindiniai BESS komponentai
BESS pagrindą sudaro trys svarbūs komponentai, veikiantys kartu, siekiant užtikrinti efektyvų energijos kaupimą ir išleidimą. Baterijų sistema, daugiausia naudojanti ličio jonų technologiją, susideda iš kelių elementų, suskirstytų į modulius ir stelažus, kurie cheminę energiją paverčia elektros energija. Valdymo sistemos atlieka pagrindinį vaidmenį, įskaitant Baterijų valdymo sistema (BMS) ląstelių parametrų stebėjimui Energijos valdymo sistema (EVS) skirtas optimizuoti operacijas ir šilumos valdymo sistemas, kurios reguliuoja temperatūrą, kad būtų palaikomas našumas ir saugumas. Jas papildo galios elektronikos komponentas su dvikrypčiu keitikliu arba Galios konversijos sistema (PCS), kuris leidžia sklandžiai konvertuoti nuolatinę srovę į kintamąją srovę įkrovimui ir iškrovimui, tuo pačiu užtikrinant suderinamumą su tinklo reikalavimais.
Kartu šie komponentai leidžia BESS kaupti energijos perteklių mažos paklausos laikotarpiais ir išleisti ją prireikus, taip padidinant tinklo stabilumą ir skatinant atsinaujinančių energijos šaltinių integraciją. Be to, pažangūs EMS valdymo algoritmai ir šilumos valdymo inovacijos dar labiau padidino efektyvumą ir pailgino sistemos tarnavimo laiką, todėl BESS tapo šiuolaikinės energetikos infrastruktūros kertiniu akmeniu.
Kaip veikia BESS
Nuopelnai „Totalenergies“
Baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) veikia sudėtingu energijos surinkimo, kaupimo ir paskirstymo procesu. Sistema pradeda nuo elektros energijos surinkimo iš įvairių šaltinių, įskaitant atsinaujinančius ir neatsinaujinančius energijos generatorius. Tada ši energija konvertuojama iš kintamosios srovės į nuolatinę srovę ir saugoma įkraunamose baterijose, paprastai ličio jonų elementuose, išdėstytuose moduliuose ir stelažuose.
Veikimo metu akumuliatorių valdymo sistema (BMS) nuolat stebi ir kontroliuoja atskirus celių parametrus, tokius kaip įtampa, temperatūra ir įkrovos būsena. Tai užtikrina optimalų akumuliatorių sistemos veikimą ir ilgaamžiškumą. Energijos valdymo sistema (EMS) veikia kartu su BMS, kad optimizuotų bendrą sistemos veikimą, nuspręsdama, kada įkrauti arba iškrauti, atsižvelgdama į tinklo poreikius, energijos kainas ir kitus veiksnius.
Kai reikia energijos, sukaupta nuolatinė energija vėl paverčiama kintama srove per energijos konversijos sistemą (PCS), dar vadinamą dvikrypčiu keitikliu. Šis komponentas yra labai svarbus siekiant užtikrinti, kad išėjimo galia atitiktų tinklo reikalavimus įtampos ir dažnio atžvilgiu. PCS taip pat valdo energijos srautą tiek įkrovimo, tiek iškrovimo ciklų metu, palaikydama tinklo stabilumą.
BESS gali veikti įvairiais režimais, kad palaikytų tinklo funkcijas. Dažnio reguliavimui sistema gali greitai tiekti arba absorbuoti energiją, kad tinklo dažnis būtų palaikomas priimtinose ribose. Esant piko dažnio mažinimo sistemoms, BESS iškrauna sukauptą energiją didelės apkrovos laikotarpiais, kad sumažintų tinklo apkrovą ir potencialiai sumažintų elektros energijos sąnaudas vartotojams.
Integruojant atsinaujinančiąją energiją, BESS atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį sušvelninant saulės ir vėjo energijos ciklinį pobūdį. Ji kaupia energijos perteklių didelės gamybos laikotarpiais ir išskiria ją, kai sumažėja gamyba, taip užtikrindama pastovesnį energijos tiekimą. Ši galimybė yra ypač svarbi norint išlaikyti tinklo stabilumą, didėjant atsinaujinančiosios energijos daliai energijos derinyje.
Pažangiuose BESS diegimuose taip pat naudojami nuspėjamosios analizės ir mašininio mokymosi algoritmai, siekiant optimizuoti našumą. Šios sistemos gali numatyti energijos paklausos modelius, oro sąlygas, turinčias įtakos atsinaujinančios energijos gamybai, ir net elektros energijos rinkos kainas, kad galėtų priimti pagrįstus sprendimus dėl energijos kaupimo ar išleidimo.
Saugumas yra svarbiausias BESS veikimo rūpestis. Šiuolaikinės sistemos apima kelis apsaugos sluoksnius, įskaitant šilumos valdymo sistemas, skirtas išvengti perkaitimo, gaisro gesinimo mechanizmus ir izoliavimo protokolus, skirtus galimoms problemoms suvaldyti. Nuolatinis stebėjimas ir automatizuoti saugos atsakai užtikrina, kad sistema galėtų greitai reaguoti į bet kokius sutrikimus, palaikydama saugų ir patikimą veikimą. Efektyviai valdydama energijos srautus tarp gamybos, kaupimo ir vartojimo, BESS veikia kaip svarbus šiuolaikinės energetikos aplinkos komponentas, užtikrinantis didesnį lankstumą, patikimumą ir tvarumą elektros energijos sistemose.
Naršyti „YouTube“ platformoje
BESS taikymas
Baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) turi platų pritaikymo spektrą įvairiuose sektoriuose, prisidėdamos prie tinklo stabilumo, atsinaujinančiosios energijos integravimo ir energijos sąnaudų valdymo. Štai keletas pagrindinių BESS taikymo sričių:
- Tinklelio stabilizavimas: BESS gali greitai reaguoti į elektros energijos tiekimo ir paklausos svyravimus, padėdama palaikyti tinklo dažnio ir įtampos stabilumą.
- Atsinaujinančiosios energijos integravimas: BESS kaupia perteklinę energiją iš pertraukiamų atsinaujinančių šaltinių, tokių kaip saulės ir vėjo energija, ir išleidžia ją, kai sumažėja gamyba, kad būtų užtikrintas nuolatinis energijos tiekimas.
- Didžiausias skutimasis: Iškraudama sukauptą energiją didelės paklausos laikotarpiais, BESS padeda sumažinti tinklo apkrovą ir potencialiai sumažinti elektros energijos sąnaudas vartotojams.
- Apkrovos perkėlimas: BESS leidžia kaupti energiją mažos paklausos ir mažų sąnaudų laikotarpiais, kad ją būtų galima naudoti didelės paklausos ir didelių sąnaudų metu, optimizuojant energijos suvartojimą ir sąnaudas.
- Atsarginė energija: Elektros tinklo gedimų atveju BESS gali užtikrinti itin svarbų atsarginį energijos tiekimą namams, įmonėms ir svarbiausiai infrastruktūrai.
- Mikro tinklai: BESS atlieka labai svarbų vaidmenį užtikrinant mikrotinklų veikimą, remiant vietos energetinę nepriklausomybę ir atsparumą.
- Elektromobilių įkrovimas: BESS gali palaikyti elektromobilių greitojo įkrovimo stoteles, sumažindamas tinklo apkrovą piko metu.
- Pagalbinės paslaugos: BESS teikia įvairias tinklo palaikymo paslaugas, įskaitant dažnio reguliavimą, įtampos palaikymą ir paleidimo po avarijos galimybes.
Šios įvairios taikymo sritys rodo BESS universalumą ir svarbą šiuolaikinėse energetikos sistemose, prisidedant prie lankstesnės, patikimesnės ir tvaresnės energetikos infrastruktūros.
Kylančios BESS nuolatinės įtampos
Didesnės nuolatinės srovės įtampos baterijų energijos kaupimo sistemose (BESS) tendenciją lemia keli pagrindiniai privalumai:
- Pagerintas efektyvumas: Didesnė įtampa lemia mažesnes sroves esant tai pačiai galiai, taip sumažinant bendrus grandinės sistemos nuostolius ir pagerinant abipusio perdavimo efektyvumą.
- Padidintas energijos tankis: Didėjanti įtampa leidžia pasiekti didesnį energijos tankį esant tiems patiems fiziniams apribojimams, todėl BESS konstrukcijos tampa kompaktiškesnės ir galingesnės.
- Greitesnis įkrovimo / iškrovimo greitis: Aukštos įtampos akumuliatoriai gali greičiau atlikti įkrovimo ciklus, patenkindami greitus energijos poreikius ir didelius galios reikalavimus.
- Sąnaudų mažinimas: Didesnė įtampa leidžia efektyviau išvesti laidus ir montuoti, taip sumažinant bendras sistemos sąnaudas. BESS nuolatinės įtampos suderinimas su komunalinių saulės energijos įrenginių įtampa (paprastai 1500 VDC) panaikina papildomos įtampos konvertavimo įrangos poreikį.
- Suderinamumas su pažangiais inverteriais: Dauguma komunalinių saulės keitiklių dabar naudoja 1500 V nuolatinės srovės įvestį, todėl aukštesnės įtampos BESS labiau suderinamas su esama infrastruktūra.
Šie privalumai skatina BESS evoliuciją link aukštesnės nuolatinės įtampos, prisidedant prie prognozuojamo pramonės augimo nuo $1.2B 2020 m. iki $4.3B 2025 m.
BESS diegimo iššūkiai
Akumuliatorinių energijos kaupimo sistemų (BESS) įrengimas susiduria su keletu dažnų iššūkių, kurie gali turėti įtakos jų veikimui, saugai ir efektyvumui. Štai keletas dažniausiai pasitaikančių problemų:
- Didelės pradinės išlaidos: Pradinės BESS investicijos gali būti didelės, o tai gali sukelti didelę kliūtį jos diegimui.
- Techninės integracijos sudėtingumas: BESS integravimas su esama infrastruktūra dažnai reikalauja specializuotų žinių ir technologijų.
- Reguliavimo kliūtys: Leidimų ir reglamentų tvarkymas gali būti daug laiko reikalaujantis ir sudėtingas.
- Priežiūros iššūkiai: Norint užtikrinti ilgalaikį patikimumą, reikia veiksmingo gyvavimo ciklo valdymo ir reguliarios priežiūros.
- Tinklelio suderinamumo problemos: Užtikrinti BESS suderinamumą su tinklu ir valdyti sujungimus gali būti problemiška.
- Saugos problemos: Netinkamas montavimas arba sugedę komponentai gali sukelti gaisro pavojų ir kitus pavojus saugai.
- Akumuliatorių valdymo sistemos (BMS) gedimai: Nepatikima pastatų valdymo sistema (BMS) gali sukelti netikėtus išsijungimus ir potencialiai pavojingas situacijas.
- Ląstelių balansavimo problemos: Ląstelių disbalansas gali sumažinti sistemos efektyvumą ir kelti pavojų saugumui.
- Nepakankama saugyklos talpa: Įkrovos būsenos (SOC) įvertinimo klaidos gali lemti neefektyvų energijos naudojimą.
- Šilumos valdymo problemos: Netinkamos aušinimo sistemos gali sukelti priešlaikinį akumuliatorių senėjimą ir sumažinti jų našumą.
Šių problemų sprendimas reikalauja kruopštaus planavimo, ekspertų atlikto įrengimo ir nuolatinės stebėsenos, siekiant užtikrinti optimalų BESS veikimą ir saugumą.
Perdirbtos BESS baterijos
Akumuliatorinės energijos kaupimo sistemos (BESS) gali naudoti perdirbtas elektromobilių (EV) baterijas, o tai suteikia tvarų būdą prailginti baterijų tarnavimo laiką ir sumažinti atliekas. Kai elektromobilių baterijų talpa sumažėja iki maždaug 80–851 TP3T pradinės, jas galima panaudoti BESS taikymams, suteikiant ličio jonų baterijoms antrą gyvenimą ir sumažinant naujos gamybos poreikį. Šis metodas palaiko tinklo stabilizavimą, atsinaujinančios energijos integravimą, atsarginės energijos tiekimą kritinei infrastruktūrai, piko mažinimą ir apkrovos perkėlimą pramonės šakoms bei mikrotinklų palaikymui. Iki 2025 m. apskaičiuota, kad 751 TP3T panaudotų elektromobilių baterijų bus panaudotos pakartotinai prieš perdirbant, o tai rodo didėjantį dėmesį tvarumui ir žiedinei ekonomikai.
Tačiau pakartotinai panaudotų baterijų naudojimas BESS projektuose nėra be iššūkių. Perdirbtų baterijų našumas dažnai būna nepastovus dėl skirtingo degradacijos laipsnio, o tai gali turėti įtakos sistemos efektyvumui ir patikimumui. Be to, šių baterijų surinkimo, bandymo ir atnaujinimo procesas gali būti daug darbo reikalaujantis ir brangus, todėl gali būti mažiau naudinga aplinkai ir ekonomikai. Nepaisant šių trūkumų, didėjanti tvarių energijos kaupimo sprendimų paklausa ir toliau daro panaudotas elektromobilių baterijas vertingu BESS projektų ištekliumi.
Vyriausybės BESS politika
Viso pasaulio vyriausybės vis labiau pripažįsta akumuliatorinių energijos kaupimo sistemų (BESS) svarbą siekiant energetikos pertvarkos tikslų ir tinklo stabilumo. Daugelis šalių įgyvendino palaikančią politiką ir iniciatyvas, skirtas paspartinti BESS diegimą:
- Jungtinės Valstijos priėmė Infliacijos mažinimo įstatymą, kuris numato investicines mokesčių lengvatas savarankiškiems kaupimo projektams, taip didinant tinklo masto kaupimo konkurencingumą.
- Kinija paskelbė planus iki 2025 m. įrengti daugiau nei 30 GW energijos kaupimo įrenginių, taip parodydama tvirtą įsipareigojimą plėsti BESS.
- Indija savo Nacionalinio elektros energijos plano projekte išsikėlė ambicingus akumuliatorinių energijos kaupimo plėtros tikslus, kuriais siekiama iki 2031–2032 m. pasiekti 51–84 GW įrengtos galios.
- Europos Komisija paskelbė rekomendacijas dėl politikos veiksmų, skirtų didesniam elektros energijos kaupimo diegimui remti, pripažindama jo svarbą mažinant energetikos sistemos dekarbonizaciją.
- Be to, švarios energijos ministrų susitikimas, remiamas Europos Komisijos, Australijos, JAV ir Kanados, pradėjo pasaulinę iniciatyvą pavadinimu „Įkraunamų akumuliatorių kaupimo iniciatyva“. Šios iniciatyvos tikslas – skatinti tarptautinį bendradarbiavimą, mažinti išlaidas ir kurti tvarias energijos kaupimo technologijų tiekimo grandines.
BESS rinkos apžvalga
Baterijų energijos kaupimo sistemų (BESS) rinka yra pasirengusi reikšmingam augimui, kurį lemia didėjanti atsinaujinančiosios energijos integracija ir tinklo modernizavimo pastangos. Prognozuojama, kad pasaulinė BESS rinka iki 2031 m. pasieks 1 TP4T51,7 mlrd., o nuo 2022 iki 2031 m. augs 20,1% metiniu augimo tempu. Šį spartų augimą skatina mažėjančios ličio jonų akumuliatorių kainos, kurios per pastarąjį dešimtmetį sumažėjo maždaug 80%.
Pagrindiniai augimo veiksniai:
- Auganti tinklo energijos kaupimo sistemų paklausa.
- Spartus ličio jonų akumuliatorių paplitimas atsinaujinančios energijos sektoriuje.
- Vyriausybės finansavimas ir palaikomoji politika.
- Didėjantis komercinis ir pramoninis pritaikymas.
Tikimasi, kad komunalinių paslaugų segmentas prognozuojamu laikotarpiu užfiksuos didžiausią metinį sudėtinį augimo tempą (CAGR), kurį lems iniciatyvos diegti srautines baterijas siekiant aplinkosaugos, ilgaamžiškumo ir saugos tikslų. Geografiškai Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas turėtų būti sparčiausiai auganti regioninė rinka dėl didėjančios energijos paklausos ir palankios vyriausybės politikos tokiose šalyse kaip Indija, Kinija ir Australija.
Susiję straipsniai:
