Na tej stronie
Systemy magazynowania energii elektrycznej pobierają energię z zasilania elektrycznego, przechowują ją w medium magazynującym i dostarczają energię elektryczną później. Baterie są jednym z typów. Inne technologie magazynują energię w podniesionej wodzie, sprężonym powietrzu, masach wirujących, polach elektrycznych lub magnetycznych, cieple lub wyprodukowanych paliwach. Ich użyteczność zależy od wymaganej mocy, czasu trwania i warunków pracy.
Kluczowe rozróżnienie dotyczy wyjścia: Urządzenia, które zwracają energię elektryczną, wykonują inne zadanie niż urządzenia dostarczające zmagazynowane ciepło lub chłodzenie. Oba mogą pomóc w zarządzaniu zapotrzebowaniem na energię elektryczną, ale nie są wymienne jako źródła zasilania awaryjnego.
Rodzaje systemów magazynowania energii elektrycznej
Użyj tabeli, aby najpierw zidentyfikować formę zmagazynowanej energii, a następnie sprawdź wyposażenie konwersji i ograniczenia miejsca. Jest to mapa technologii, a nie ranking uniwersalnie lepszych lub gorszych systemów.
| TECHNOLOGIA | Gdzie magazynowana jest energia | Jak odzyskiwana jest energia elektryczna | Użyteczne zadanie i warunek ograniczający |
|---|---|---|---|
| System magazynowania energii w akumulatorach (BESS) | Reakcje elektrochemiczne w ogniwach lub elektrolitach akumulatorów przepływowych | Rozładowanie wytwarza prąd stały (DC); wyposażenie konwersji dostarcza wymaganego wyjścia | Budownictwo, przemysł i magazynowanie energii w sieci; kluczowe znaczenie mają chemia, zarządzanie termiczne i użyteczna pojemność. |
| Elektrownie szczytowo-pompowe | Potencjał grawitacyjny podniesionej wody | Woda przepływa przez turbogenerator | Duże projekty przesunięcia energii; niezbędne są odpowiednie wzniesienie, zbiorniki i pozwolenia. |
| Magazynowanie energii ze sprężonego powietrza (CAES) | Sprężone powietrze, z zarządzaniem termicznym zależnym od konstrukcji. | Rozprężające się powietrze napędza generator za pomocą odpowiednich maszyn. | Magazynowanie energii zależne od miejsca; niektóre cykle zużywają również paliwo podczas rozładowania. |
| Magazynowanie energii w kole zamachowym. | Energia kinetyczna wirującej masy. | Silnik-generator pobiera energię w miarę zwalniania wirnika. | Szybka wymiana mocy i cykliczność; ograniczenia pojemności wynikają z obudowy, strat i użytecznego zakresu prędkości. |
| Kondensatory i superkondensatory. | Naładowany ładunek; zachowanie superkondensatora zależy od technologii elektrody. | Elektronika mocy pobiera energię w miarę spadku napięcia. | Krótkie wymiany o dużej mocy; gęstość energii i samorozładowanie ograniczają długotrwałe dostarczanie. |
| Magazynowanie energii magnetycznej w nadprzewodniku (SMES). | Pole magnetyczne związane z prądem w nadprzewodzącej cewce. | Urządzenia konwersji przesyłają energię do instalacji elektrycznej. | Specjalistyczne zadania o szybkim reagowaniu; wyposażenie kriogeniczne jest częścią systemu. |
| Magazynowanie ciepła z odzyskiem elektrycznym. | Ciepło w materiale magazynującym. | Silnik cieplny lub inny cykl konwersji generuje energię elektryczną. | Zastosowania typu ciepło-energia; sam zbiornik z gorącym materiałem nie stanowi systemu wyjściowego energii elektrycznej |
| Magazynowanie energii elektrycznej oparte na wodorze | Energia chemiczna wodoru wytworzonego przy użyciu energii elektrycznej | Ogniwo paliwowe lub odpowiedni generator przekształca paliwo z powrotem w energię elektryczną | Magazynowanie długoterminowe, w którym pełny łańcuch konwersji jest dostosowany do obiektu; sama produkcja wodoru nie zapewnia rozładowania energii elektrycznej |
To grupowanie jest zgodne z formami magazynowania opisanymi przez Departament Energii USA (DOE) w jego przeglądzie technologii energii rozproszonej oraz mechanizmami omówionymi w jego Przegląd technologii magazynowania energii elektrycznej. U.S. Energy Information Administration (EIA) przegląd magazynowania energii elektrycznej wyjaśnia komercyjne ścieżki zwrotu energii elektrycznej i działanie sprężonego powietrza wspomaganego paliwem. Źródła te opisują technologie, a nie certyfikację konkretnej instalacji.
Ilustracja przedstawia formy zmagazynowanej energii, a nie schemat połączeń ani względną skalę urządzeń. Magazynowanie energii cieplnej wymaga oddzielnej ścieżki odzyskiwania energii elektrycznej, gdy wymagany jest jej przepływ.
EES, EESS, ESS i BESS: Co oznaczają terminy
ESS oznacza system magazynowania energii i jest szerokim terminem ogólnym. EES oznacza magazynowanie energii elektrycznej; EESS jest również używane dla systemów magazynowania energii elektrycznej. BESS (magazyny energii) identyfikuje podzbiór oparty na akumulatorach. System akumulatorowy jest systemem magazynowania energii (ESS), ale system magazynowania energii (ESS) nie musi zawierać akumulatorów.
Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna IEC 62933-1:2024 dostarcza słownictwo dotyczące systemów EES podłączonych do sieci, które pobierają energię elektryczną z systemu elektroenergetycznego, magazynują energię wewnętrznie i zwracają energię elektryczną. Ładowanie i rozładowywanie może obejmować konwersję. Zakres ten jest węższy niż w przypadku każdego produktu swobodnie sprzedawanego jako “system magazynowania energii”, w tym systemów, których końcowym produktem jest ciepło lub paliwo sprzedawane do innego zastosowania.
Więcej informacji na temat szaf akumulatorowych, zarządzania akumulatorami i konwersji mocy można znaleźć w przewodniku po systemach magazynowania energii akumulatorowej. Powyższa mapa technologiczna pozostaje użyteczna przy podejmowaniu decyzji, czy zadanie dotyczy magazynowania energii w akumulatorach.
Czy magazynowanie energii cieplnej jest systemem magazynowania energii elektrycznej?
Nie automatycznie. Instalacja magazynowania lodu może przenieść zużycie agregatu chłodniczego poza okres szczytowy i dostarczyć chłodzenie później. Niekoniecznie wytwarza prąd podczas rozładowania. Podobnie, zbiornik gorącej wody może magazynować użyteczne ciepło bez żadnego generatora.
Magazynowanie energii cieplnej może wspierać produkcję energii elektrycznej, gdy zmagazynowane ciepło zasila cykl konwersji mocy. Instalacje słoneczno-termiczne mogą ładować ten magazyn bezpośrednio ze światła słonecznego, a nie z energii elektrycznej, więc źródło ładowania również ma znaczenie. Wyjaśnienie DOE dotyczące energii słonecznej i magazynowania rozróżnia ogrzewanie lub chłodzenie bezpośrednie od magazynowania energii cieplnej wykorzystywanego do produkcji energii elektrycznej.
Zadaj dwa pytania podczas czytania specyfikacji: Co ładuje magazyn i co z niego wychodzi podczas rozładowania? Zapobiega to myleniu środka oszczędzania energii ze źródłem zdolnym do zasilania obciążeń elektrycznych.
Jak działa system magazynowania energii elektrycznej
Istnieją trzy etapy funkcjonalne: ładowanie medium magazynującego, zatrzymywanie energii i rozładowanie przez sprzęt wymagany przez obciążenie lub sieć. Straty konwersji i zużycie pomocnicze oznaczają, że odzyskana energia elektryczna nie jest identyczna z energią ładowania.
Sprzęt fizyczny jest różny. Elektrownie szczytowo-pompowe wykorzystują maszyny hydrauliczne; koło zamachowe wykorzystuje silnik-generator; system bateryjny podłączony do prądu przemiennego (AC) zazwyczaj wykorzystuje dwukierunkową konwersję mocy. Dzielą one sekwencję transferu energii, a nie identyczny układ szafy.
Jest to Przykład baterii podłączonej do AC, nie uniwersalny układ ESS. Strzałki ciągłe reprezentują funkcjonalną wymianę mocy; linie przerywane reprezentują sterowanie. Ochrona, izolacja, uziemienie i okablowanie zacisków są celowo pominięte i muszą być zaprojektowane oddzielnie.
Moc, energia i czas trwania to różne parametry znamionowe
Moc, w kilowatach (kW) lub megawatach (MW), opisuje szybkość dostarczania lub pobierania energii elektrycznej. Energia, w kilowatogodzinach (kWh) lub megawatogodzinach (MWh), opisuje ilość zgromadzoną w czasie. Duża pojemność energetyczna nie oznacza, że falownik może uruchomić duży silnik, a wysoka moc znamionowa nie oznacza godzin autonomii.
Dla stałego obciążenia, początkowe oszacowanie czasu pracy wynosi:
Czas pracy (h) = użyteczna energia wyjściowa (kWh) / moc obciążenia (kW)
Przykładowe dane wejściowe na granicy wyjściowej AC:
Użyteczna dostarczona energia = 100 kWh
Stałe obciążenie AC = 25 kW
Czas pracy = 100 / 25 = 4 hTutaj “użyteczna dostarczona energia” uwzględnia już założony zapas operacyjny, straty konwersji i zużycie pomocnicze na podanej granicy. Nie należy odejmować tych samych pozycji dwukrotnie. Jest to ilustracja arytmetyczna, a nie zmierzony czas pracy VIOX ani kompletny projekt zasilania awaryjnego.
Jeśli podane 100 kWh jest zamiast tego nominalną pojemnością akumulatora, nie można zakładać czterech godzin. Należy określić dopuszczalne okno stanu naładowania, warunki temperaturowe i starzenia, straty konwersji, urządzenia pomocnicze oraz rzeczywisty profil obciążenia. Należy osobno sprawdzić moc ciągłą i moc udarową. Zaawansowane terminy dotyczące oceny akumulatorów należą do przewodnika dotyczącego magazynowania energii w kWh, MWh i MW.
Czas reakcji jest kolejnym parametrem. Szybkość, z jaką system zmienia moc, różni się od tego, jak długo może utrzymać tę moc. DOE ocena superkondensatorów ilustruje ten kompromis: szybkie ładowanie i wysoka moc właściwa nie oznaczają dużej pojemności energetycznej do długotrwałego rozładowania.
Dopasuj technologię magazynowania do zadania
Zacznij od wymaganego zasilania elektrycznego, a nie od preferowanego materiału magazynującego.
| Wymagane zadanie | Charakterystyka do ustalenia | Co może wykluczyć obiecującą technologię |
|---|---|---|
| Przesunięcie generacji energii odnawialnej na późniejszy okres | Użyteczna energia, możliwość ładowania i podtrzymana moc wyjściowa | Niewystarczające okno ładowania, straty retencji lub niedopasowany profil rozładowania |
| Zmniejszenie szczytowego zapotrzebowania obiektu | Moc wyjściowa kW i całkowity czas trwania szczytu | Moc falownika poniżej szczytu, niewystarczająca użyteczna energia lub niekorzystna taryfa i ekonomika cyklowania |
| Zapewnienie szybkiego wsparcia mocy | Reakcja, powtarzające się cyklowanie i wymagana energia impulsu | Szybkie urządzenie, które wyczerpuje energię przed zakończeniem zdarzenia |
| Zasilanie odbiorów podczas awarii | Obsługiwany tryb pracy, moc odbioru i autonomia | System podłączony do sieci, który nie może zapewnić bezpiecznego zasilania wyspowego |
| Magazynowanie energii przez dłuższy czas | Retencja, wykonalność lokalizacji i kompletny łańcuch odzyskiwania | Samorozładowanie, nieodpowiednia geografia, ograniczenia w obsłudze paliwa lub nadmierne zapotrzebowanie pomocnicze |
Na przykład zdolność do przesyłania energii przez kilka godzin i zdolność do reagowania na krótkotrwałe zakłócenia to różne cele projektowe. EIA opisuje wykorzystanie magazynowania w tych różnych skalach czasowych; możliwości konkretnego projektu nadal zależą od jego wyposażenia i sterowania.
Zasilanie awaryjne wymaga więcej niż tylko zmagazynowanej energii. Instalacja musi obsługiwać zamierzone wyspowe działanie lub inną zatwierdzoną architekturę zapasową, bezpiecznie odłączoną od sieci, gdy jest to wymagane, i zasilać zamierzone obciążenia. Wytyczne DOE dotyczące mikrosieci wyjaśniają zarówno autonomiczne działanie, jak i zagrożenia związane z niekontrolowanym wyspowym działaniem. Nie należy zakładać, że jakakolwiek sieć energetyczna z podłączonym akumulatorem zapewni zasilanie budynku podczas awarii.
Gdzie mieści się ochrona elektryczna
W przypadku instalacji akumulatorowej, medium magazynujące, wyposażenie konwersji i dystrybucja elektryczna mają różne potrzeby ochrony. Zarządzanie akumulatorem monitoruje i kontroluje jego stan; ochrona obwodów i izolacja muszą również obejmować przewody, źródła zakłóceń i całą ścieżkę zasilania.
Kandydat na urządzenie zabezpieczające DC musi mieć odpowiednie znamionowe napięcie DC, zdolność wyłączania, znamionowy prąd i odpowiedniość okablowania dla danego obwodu. Zachowanie akumulatora i falownika w przypadku awarii musi być określone w dokumentacji systemu. Opis przewodnik po wyłącznikach prądu stałego wyjaśnia, dlaczego znamionowe parametry tylko AC nie są wystarczającym dowodem dla zastosowania DC.
Te kontrole komponentów nie dowodzą, że kompletny system magazynowania spełnia wymagania dotyczące bezpieczeństwa pożarowego, połączeń, instalacji lub montażu. Ani szczegóły dotyczące systemów akumulatorowych nie mają automatycznego zastosowania do urządzeń hydroenergetyki pompowej, termicznej lub wodorowej.
Po ustaleniu architektury systemu, VIOX komponenty zabezpieczające dla fotowoltaiki słonecznej i magazynowania energii stanowią odpowiedni punkt wyjścia do oceny komponentów. Dokonuj wyboru na podstawie rzeczywistej dokumentacji systemu i wymagań rynku docelowego, a nie tylko akronimu ESS.
