Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) - это передовые технологии, предназначенные для сбора, хранения и эффективного распределения электрической энергии. Эти системы, состоящие из таких ключевых компонентов, как аккумуляторные модули, системы преобразования энергии и сложные системы управления, играют важнейшую роль в обеспечении стабильности сети, интеграции возобновляемых источников энергии и управлении качеством электроэнергии.
Основные компоненты BESS
В основе BESS лежат три важнейших компонента, работающих в унисон для обеспечения эффективного накопления и высвобождения энергии. Аккумуляторная система, в основном использующая литий-ионную технологию, состоит из множества элементов, объединенных в модули и стойки для преобразования химической энергии в электрическую. Важнейшую роль играют системы управления, в том числе Система управления аккумулятором (BMS) для контроля параметров ячейки, в Система энергетического менеджмента (EMS) для оптимизации работы, а также системы терморегулирования, которые регулируют температуру для поддержания производительности и безопасности. Их дополняет компонент силовой электроники, включающий двунаправленный инвертор или Система преобразования энергии (PCS)Это обеспечивает плавное преобразование постоянного тока в переменный для зарядки и разрядки, а также совместимость с требованиями электросети.
Вместе эти компоненты позволяют BESS накапливать избыточную энергию в периоды низкого спроса и разряжать ее при необходимости, повышая стабильность сети и способствуя интеграции возобновляемых источников энергии. Кроме того, усовершенствованные алгоритмы управления в EMS и инновации в области терморегулирования еще больше повысили эффективность и увеличили срок службы системы, сделав BESS краеугольным камнем современной энергетической инфраструктуры.
Принцип работы BESS
Кредит на Totalenergies
Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) работают на основе сложного процесса сбора, хранения и распределения энергии. Вначале система получает электрическую энергию из различных источников, включая возобновляемые и невозобновляемые электрогенераторы. Затем эта энергия преобразуется из переменного тока в постоянный и хранится в перезаряжаемых батареях, обычно литий-ионных элементах, расположенных в модулях и стойках.
Во время работы система управления аккумулятором (BMS) непрерывно отслеживает и контролирует параметры отдельных элементов, такие как напряжение, температура и состояние заряда. Это обеспечивает оптимальную производительность и долговечность аккумуляторной системы. Система управления энергопотреблением (EMS) работает в тандеме с BMS, оптимизируя работу всей системы, принимая решения о зарядке или разрядке в зависимости от потребностей сети, цен на электроэнергию и других факторов.
Когда требуется энергия, накопленный постоянный ток преобразуется обратно в переменный с помощью системы преобразования энергии (PCS), также известной как двунаправленный инвертор. Этот компонент имеет решающее значение для обеспечения соответствия выходной мощности требованиям сети по напряжению и частоте. PCS также управляет потоком энергии во время циклов зарядки и разрядки, поддерживая стабильность сети.
BESS может работать в различных режимах для поддержки функций энергосистемы. Для регулирования частоты система может быстро вводить или поглощать энергию для поддержания частоты сети в допустимых пределах. В приложениях для снижения пиковой нагрузки BESS разряжает накопленную энергию в периоды высокого спроса, чтобы уменьшить нагрузку на сеть и потенциально снизить стоимость электроэнергии для пользователей.
При интеграции возобновляемых источников энергии BESS играет важную роль в сглаживании прерывистого характера солнечной и ветровой энергии. Она накапливает избыточную энергию в периоды высокой выработки и высвобождает ее при снижении выработки, обеспечивая более стабильное энергоснабжение. Эта возможность особенно важна для поддержания стабильности энергосистемы по мере увеличения доли возобновляемой энергии в энергобалансе.
Передовые системы BESS также включают в себя предиктивную аналитику и алгоритмы машинного обучения для оптимизации работы. Эти системы могут прогнозировать структуру спроса на электроэнергию, погодные условия, влияющие на выработку электроэнергии из возобновляемых источников, и даже цены на рынке электроэнергии, чтобы принимать обоснованные решения о том, когда хранить или отдавать энергию.
Безопасность является первостепенной задачей при эксплуатации BESS. Современные системы включают в себя несколько уровней защиты, в том числе системы терморегулирования для предотвращения перегрева, механизмы пожаротушения и протоколы изоляции для локализации потенциальных проблем. Непрерывный мониторинг и автоматизированные системы безопасности обеспечивают быстрое реагирование на любые аномалии, поддерживая безопасную и надежную работу системы. Эффективно управляя потоками энергии между производством, хранением и потреблением, BESS являются важнейшим компонентом современного энергетического ландшафта, обеспечивая большую гибкость, надежность и устойчивость энергосистем.
Исследуйте на Youtube
Применение BESS
Системы хранения энергии в аккумуляторах (BESS) находят широкое применение в различных отраслях, способствуя стабильности энергосистем, интеграции возобновляемых источников энергии и управлению стоимостью энергии. Вот некоторые ключевые области применения BESS:
- Стабилизация сети: BESS могут быстро реагировать на колебания спроса и предложения электроэнергии, помогая поддерживать стабильность частоты и напряжения в сети.
- Интеграция возобновляемых источников энергии: BESS накапливают избыточную энергию от непостоянных возобновляемых источников, таких как солнце и ветер, высвобождая ее при снижении выработки, чтобы обеспечить постоянное электроснабжение.
- Пиковая экономия: Разряжая накопленную энергию в периоды высокого спроса, BESS помогает снизить нагрузку на электросеть и потенциально уменьшить стоимость электроэнергии для пользователей.
- Перемещение груза: BESS позволяет накапливать энергию в периоды низкого спроса и низких затрат, чтобы использовать ее в периоды высокого спроса и высоких затрат, оптимизируя потребление энергии и расходы.
- Резервное питание: В случае перебоев в работе электросети BESS могут обеспечить критически важное резервное питание для домов, предприятий и важнейших объектов инфраструктуры.
- Микросети: BESS играют решающую роль в обеспечении работы микросетей, поддерживая местную энергетическую независимость и устойчивость.
- Зарядка для электромобилей: BESS могут поддерживать станции быстрой зарядки для электромобилей, снижая нагрузку на электросеть в периоды пиковых нагрузок.
- Дополнительные услуги: БЭСС обеспечивают различные услуги по поддержке энергосистемы, включая регулирование частоты, поддержку напряжения и возможность "черного старта".
Эти разнообразные применения демонстрируют универсальность и важность BESS в современных энергетических системах, способствуя созданию более гибкой, надежной и устойчивой энергетической инфраструктуры.
Повышение напряжения постоянного тока BESS
Тенденция к повышению напряжения постоянного тока в аккумуляторных системах хранения энергии (BESS) обусловлена рядом ключевых преимуществ:
- Повышенная эффективность: Более высокое напряжение приводит к снижению тока при той же мощности, что уменьшает общие потери в системе и повышает эффективность кругового движения.
- Повышенная плотность энергии: Увеличение напряжения позволяет повысить плотность энергии при тех же физических ограничениях, что позволяет создавать более компактные и мощные конструкции BESS.
- Быстрая скорость зарядки/разрядки: Высоковольтные аккумуляторы могут быстрее завершать циклы зарядки, что позволяет удовлетворить быстрый спрос на энергию и высокие требования к мощности.
- Сокращение расходов: Более высокое напряжение позволяет более эффективно прокладывать проводку и устанавливать систему, снижая общие затраты на нее. Согласование напряжения постоянного тока BESS с напряжением солнечных установок коммунального хозяйства (обычно 1500 В постоянного тока) устраняет необходимость в дополнительном оборудовании для преобразования напряжения.
- Совместимость с усовершенствованными инверторами: Большинство солнечных инверторов, используемых в коммунальном хозяйстве, в настоящее время используют входное напряжение 1500 В постоянного тока, что делает более высоковольтные BESS более совместимыми с существующей инфраструктурой.
Эти преимущества стимулируют эволюцию BESS в сторону более высоких напряжений постоянного тока, способствуя прогнозируемому росту отрасли с $1,2B в 2020 году до $4,3B в 2025 году.
Проблемы, связанные с установкой BESS
Установки аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) сталкиваются с рядом общих проблем, которые могут повлиять на их производительность, безопасность и эффективность. Вот некоторые из наиболее распространенных проблем:
- Высокие первоначальные затраты: Первоначальные инвестиции в BESS могут быть значительными, что является существенным препятствием для их внедрения.
- Сложности технической интеграции: Интеграция BESS в существующую инфраструктуру часто требует специальных знаний и технологий.
- Нормативные препятствия: Работа с разрешениями и нормативными актами может отнять много времени и сил.
- Проблемы технического обслуживания: Обеспечение долгосрочной надежности требует эффективного управления жизненным циклом и регулярного технического обслуживания.
- Проблемы совместимости с сеткой: Обеспечение совместимости BESS с сетью и управление межсетевым взаимодействием может быть проблематичным.
- Опасения по поводу безопасности: Неправильная установка или неисправные компоненты могут привести к пожару и другим угрозам безопасности.
- Неисправности системы управления аккумулятором (BMS): Ненадежность BMS может привести к неожиданным отключениям и потенциально опасным ситуациям.
- Вопросы балансировки клеток: Дисбаланс между ячейками может снизить эффективность системы и создать угрозу безопасности.
- Недостаточный объем хранилища: Ошибки в оценке состояния заряда (SOC) могут привести к неэффективному использованию энергии.
- Проблемы терморегулирования: Неадекватные системы охлаждения могут стать причиной преждевременного старения и снижения производительности батарей.
Решение этих проблем требует тщательного планирования, квалифицированной установки и постоянного мониторинга для обеспечения оптимальной производительности и безопасности BESS.
Повторно используемые батареи для BESS
Системы хранения энергии в батареях (BESS) могут использовать переработанные батареи электромобилей (EV), обеспечивая устойчивый способ продления срока службы батарей и минимизации отходов. Когда емкость батарей EV снижается примерно до 80-85% от первоначальной, они могут быть переработаны для применения в BESS, обеспечивая вторую жизнь для литий-ионных батарей и снижая потребность в новом производстве. Такой подход позволяет стабилизировать сеть, интегрировать возобновляемые источники энергии, обеспечить резервное питание для критически важных объектов инфраструктуры, снизить пиковую нагрузку, перераспределить нагрузку для промышленности и поддержки микросетей. К 2025 году, по оценкам, 75% использованных батарей EV найдут второе применение до утилизации, что отражает растущее внимание к устойчивому развитию и циркулярной экономике.
Однако использование повторно используемых батарей в проектах BESS сопряжено с определенными трудностями. Переработанные батареи часто имеют непостоянный уровень производительности из-за различной степени деградации, что может повлиять на эффективность и надежность системы. Кроме того, процесс сбора, тестирования и восстановления таких батарей может быть трудоемким и дорогостоящим, что может свести на нет некоторые экологические и экономические преимущества. Несмотря на эти недостатки, растущий спрос на устойчивые решения для хранения энергии продолжает делать использованные батареи EV ценным ресурсом для проектов BESS.
Государственная политика в области BESS
Правительства во всем мире все больше признают критическую роль аккумуляторных систем хранения энергии (БЭСС) в достижении целей энергетического перехода и стабильности энергосистем. Многие страны проводят политику поддержки и реализуют инициативы, направленные на ускорение внедрения BESS:
- В США был принят Закон о снижении инфляции, который предусматривает инвестиционные налоговые льготы для проектов автономных накопителей, что повышает конкурентоспособность сетевых накопителей.
- Китай объявил о планах по установке более 30 ГВт накопителей энергии к 2025 году, продемонстрировав тем самым твердую приверженность развитию BESS.
- В своем проекте Национального плана развития электроэнергетики Индия установила амбициозные цели по развитию аккумуляторных накопителей энергии, нацелившись на 51-84 ГВт установленной мощности к 2031-32 годам.
- Европейская комиссия опубликовала рекомендации по политическим мерам, направленным на поддержку более широкого внедрения накопителей электроэнергии, признавая их важность для декарбонизации энергосистемы.
- Кроме того, министерство чистой энергии при поддержке Европейской комиссии, Австралии, США и Канады запустило глобальную инициативу под названием "Инициатива по суперзарядке аккумуляторных батарей". Эта инициатива направлена на развитие международного сотрудничества, снижение затрат и создание устойчивых цепочек поставок для технологий хранения энергии.
Перспективы рынка BESS
Рынок аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) ожидает значительный рост, обусловленный растущей интеграцией возобновляемых источников энергии и усилиями по модернизации энергосистем. По прогнозам, мировой рынок BESS достигнет $51,7 миллиарда к 2031 году, а темпы роста с 2022 по 2031 год составят 20,1%. Этому быстрому росту способствует снижение стоимости литий-ионных батарей, которая за последнее десятилетие упала примерно на 80%.
Основные факторы роста включают:
- Растущий спрос на сетевые системы хранения энергии.
- Быстрое проникновение литий-ионных батарей в сектор возобновляемой энергетики.
- Государственное финансирование и политика поддержки.
- Расширение коммерческого и промышленного применения.
Ожидается, что сегмент коммунального хозяйства будет демонстрировать самый высокий CAGR в течение прогнозируемого периода, что обусловлено инициативами по запуску проточных батарей для решения экологических задач, обеспечения долговечности и безопасности. В географическом плане Азиатско-Тихоокеанский регион, как ожидается, будет самым быстрорастущим региональным рынком, что объясняется растущим спросом на энергию и благоприятной государственной политикой в таких странах, как Индия, Китай и Австралия.
Похожие статьи:
