На этой странице
Системы накопления электрической энергии получают энергию от источника электропитания, сохраняют ее в накопительной среде и подают электричество позже. Аккумуляторы — один из типов. Другие технологии накапливают энергию в поднятой воде, сжатом воздухе, вращающихся массах, электрических или магнитных полях, тепле или произведенном топливе. Их полезность зависит от требуемой мощности, продолжительности и условий эксплуатации.
Ключевое отличие заключается в выходных параметрах: оборудование, возвращающее электричество, выполняет иную функцию, чем оборудование, подающее накопленное тепло или холод. Оба могут помочь управлять спросом на электроэнергию, но они не являются взаимозаменяемыми источниками резервного питания.
Типы систем накопления электрической энергии
Используйте таблицу, чтобы сначала определить форму накопленной энергии, а затем проверить оборудование для преобразования и ограничения на объекте. Это карта технологий, а не рейтинг универсально лучших или худших систем.
| Технология | Где хранится энергия | Как восстанавливается электроэнергия | Полезная задача и предельное условие |
|---|---|---|---|
| Система накопления энергии на базе аккумуляторов (СНЭБА) | Электрохимические реакции в элементах или электролитах проточных батарей | Разряд генерирует постоянный ток (DC); преобразовательное оборудование обеспечивает требуемый выходной ток. | Здания, промышленность и сетевые накопители; важны химия, управление температурой и полезная емкость |
| Гидроаккумулирующие электростанции | Гравитационный потенциал поднятой воды | Вода проходит через турбогенератор | Крупные проекты по смещению энергии; необходимы подходящий перепад высот, резервуары и разрешения |
| Накопители энергии на сжатом воздухе (CAES) | Сжатый воздух, с управлением температурой в зависимости от конструкции | Расширяющийся воздух приводит в движение генератор через соответствующее оборудование | Зависящее от места хранение энергии; некоторые циклы также потребляют топливо во время разряда |
| Маховиковое хранение энергии | Кинетическая энергия вращающейся массы | Электродвигатель-генератор извлекает энергию по мере замедления ротора | Быстрый обмен энергией и цикличность; ограничения по мощности, потери и диапазон используемых скоростей ограничивают возможности |
| Конденсаторы и суперконденсаторы | Накопленный заряд; поведение суперконденсатора зависит от технологии электродов | Силовая электроника извлекает энергию по мере падения напряжения | Кратковременные мощные обмены; плотность энергии и саморазряд ограничивают длительную подачу |
| Сверхпроводниковое магнитное накопление энергии (SMES) | Магнитное поле, связанное с током в сверхпроводящей катушке | Преобразовательное оборудование передает энергию в электрическую систему | Специализированные задачи с быстрым откликом; криогенное оборудование является частью системы |
| Тепловое накопление с электрическим восстановлением | Тепло в материале накопителя | Тепловой двигатель или другой цикл преобразования генерирует электричество | Применение для преобразования тепла в электроэнергию; резервуар с горячим материалом сам по себе не является системой электрической выходной мощности |
| Электрическое хранение на основе водорода | Химическая энергия водорода, произведенного с использованием электричества | Топливный элемент или подходящий генератор преобразует топливо обратно в электричество | Расширенное хранение, когда полная цепочка преобразования подходит для объекта; одно лишь производство водорода не обеспечивает электрический разряд |
Эта группировка следует формам хранения, описанным Министерством энергетики США (DOE) в его обзоре технологий распределенной энергетики и механизмам, рассмотренным в его Обзор технологий хранения электроэнергии. Управление энергетической информации США (EIA) обзор хранения электроэнергии объясняет коммерческие пути возврата электроэнергии и работу систем сжатого воздуха с поддержкой топлива. Эти источники описывают технологии, а не сертификацию конкретной установки.
Иллюстрация показывает формы накопленной энергии, а не схему подключения или относительный масштаб оборудования. Тепловое хранение требует отдельного пути восстановления электроэнергии, когда требуется электрический выход.
EES, EESS, ESS и BESS: Значение терминов
СНЭ означает систему хранения энергии и является широким общим термином. EES означает накопление электрической энергии; EESS также используется для систем накопления электрической энергии. BESS (система накопления энергии на аккумуляторах) обозначает подмножество на основе аккумуляторов. Аккумуляторная система является ESS, но ESS не обязательно должна содержать аккумуляторы.
Международная электротехническая комиссия IEC 62933-1:2024 предоставляет словарь для сетевых систем EES, которые получают электричество от энергосистемы, накапливают энергию внутри и возвращают электричество. Зарядка и разрядка могут включать преобразование. Эта область применения уже, чем у каждого продукта, который небрежно продается как “система накопления энергии”, включая системы, конечным выходом которых является тепло или топливо, проданное для другого использования.
Для аккумуляторных стоек, управления аккумуляторами и преобразования мощности более подробно используйте руководство по системам накопления энергии на аккумуляторных батареях. Приведенная выше технологическая карта остается полезной при принятии решения о том, является ли задача хранением энергии от аккумуляторов.
Является ли тепловая энергия системой хранения электрической энергии?
Не автоматически. Установка с накоплением льда может перенести потребление чиллера за пределы пикового периода и обеспечить охлаждение позже. Она не обязательно производит электричество во время разрядки. Аналогично, резервуар с горячей водой может хранить полезное тепло без какого-либо генератора.
Тепловая энергия может поддерживать производство электроэнергии, когда накопленное тепло питает цикл преобразования мощности. Солнечно-тепловые установки могут заряжать это хранилище непосредственно от солнечного света, а не от электричества, поэтому источник зарядки также имеет значение. Объяснение Министерства энергетики США о солнечной энергии и хранении энергии различает прямое нагревание или охлаждение от тепловой энергии, используемой для производства электроэнергии.
Задайте два вопроса при чтении спецификации: Что заряжает накопитель и что выходит из него во время разрядки? Это предотвращает ошибочное принятие меры энергосбережения за источник, способный питать электрические нагрузки.
Принцип работы системы накопления электрической энергии
Существует три функциональных этапа: зарядка накопителя энергии, удержание энергии и разрядка через оборудование, требуемое нагрузкой или сетью. Потери при преобразовании и вспомогательное потребление означают, что восстановленная электрическая энергия не идентична энергии зарядки.
Физическое оборудование различается. Гидроаккумулирующие станции используют гидравлическое оборудование; маховик использует мотор-генератор; аккумуляторная система, подключенная к переменному току (AC), обычно использует двунаправленное преобразование мощности. Они разделяют последовательность передачи энергии, а не идентичную компоновку шкафа.
Это Пример аккумуляторной системы, подключенной к AC, а не универсальная схема ESS. Сплошные стрелки представляют функциональный обмен мощностью; пунктирные линии представляют управление. Защита, изоляция, заземление и кабельные соединения намеренно опущены и должны проектироваться отдельно.
Мощность, энергия и продолжительность — разные характеристики
Мощность в киловаттах (kW) или мегаваттах (MW), описывает скорость электрической подачи или поглощения. Энергия в киловатт-часах (kWh) или мегаватт-часах (MWh), описывает количество, накопленное за время. Большая энергоемкость не означает, что преобразователь может запустить большой двигатель, а высокая номинальная мощность не означает часы автономной работы.
Для постоянной нагрузки первоначальная оценка продолжительности составляет:
Duration (h) = usable output energy (kWh) / load power (kW)
Illustrative inputs at the AC output boundary:
Usable delivered energy = 100 kWh
Constant AC load = 25 kW
Duration = 100 / 25 = 4 hЗдесь “полезная отданная энергия” уже учитывает предполагаемый рабочий резерв, потери при преобразовании и вспомогательное потребление на указанной границе. Не вычитайте те же допуски второй раз. Это арифметическая иллюстрация, а не измеренное время работы VIOX или полная конструкция резервного питания.
Если указанные 100 kWh являются номинальной емкостью аккумулятора, то четыре часа предполагать нельзя. Определите допустимый диапазон состояния заряда, условия температуры и старения, потери при преобразовании, вспомогательные устройства и фактический профиль нагрузки. Проверяйте непрерывную и пусковую мощность отдельно. Термины расширенного рейтинга аккумуляторов относятся к руководству по хранению kWh, MWh и MW.
Время отклика — еще один параметр. Скорость изменения мощности в системе отличается от того, как долго она может поддерживать эту мощность. Оценка DOE суперконденсаторов иллюстрирует этот компромисс: быстрая зарядка и высокая удельная мощность не подразумевают высокую энергоемкость для длительного разряда.
Соответствие технологии накопления задаче
Начните с требуемого электроснабжения, а не с предпочтительного материала для хранения.
| Требуемая задача | Характеристика для установления | Что может исключить многообещающую технологию |
|---|---|---|
| Перенос выработки возобновляемой энергии на более поздний период | Доступная энергия, возможность зарядки и устойчивая выходная мощность | Недостаточное окно зарядки, потери при удержании или несоответствующий профиль разряда |
| Снизить пиковое потребление объекта | Выходная мощность в кВт и полная продолжительность пика | Мощность преобразователя ниже пиковой, недостаточная доступная энергия или неблагоприятные тарифы и экономика циклов |
| Обеспечить быструю поддержку мощности | Реакция, повторные циклы и требуемая энергия импульса | Быстрое устройство, которое исчерпывает энергию до окончания события |
| Поддержка нагрузок во время отключения электроэнергии | Поддерживаемый режим работы, мощность нагрузки и автономность | Сетевая система, которая не может обеспечить безопасное островное питание |
| Хранение энергии в течение длительных периодов времени | Сохранение, пригодность площадки и полная цепочка восстановления | Саморазряд, неподходящая география, ограничения по работе с топливом или чрезмерное вспомогательное потребление |
Например, возможность перемещения энергии в течение нескольких часов и возможность реагирования на кратковременное возмущение являются различными целями проектирования. EIA описывает использование накопителей в этих различных временных масштабах; возможность конкретного проекта по-прежнему зависит от его оборудования и систем управления.
Резервное питание требует большего, чем просто запасенная энергия. Установка должна поддерживать преднамеренное островное отключение или другую утвержденную резервную архитектуру, безопасно отделяться от сети при необходимости и питать предназначенные нагрузки. Руководство Министерства энергетики США по микросетям объясняет как автономную работу, так и опасности неконтролируемого островного отключения. Не следует предполагать, что любая подключенная к сети батарея будет поддерживать энергоснабжение здания во время отключения.
Место электрической защиты
Для установки батареи накопительная среда, преобразовательное оборудование и электрическое распределение имеют различные потребности в защите. Система управления батареей контролирует и управляет состоянием батареи; защита цепи и изоляция также должны учитывать проводники, источники неисправностей и полный путь питания.
Кандидат на устройство защиты DC должен иметь соответствующий рейтинг DC напряжения, отключающую способность, номинальный ток и пригодность проводки для данной цепи. Поведение неисправностей батареи и преобразователя должно быть установлено из документации системы. руководство по автоматическим выключателям постоянного тока объясняет, почему рейтинг только для AC недостаточен для применения в DC.
Эти проверки компонентов не доказывают, что вся система хранения соответствует требованиям пожарной безопасности, подключения, установки или сборки. Детали аккумуляторных систем также не применяются автоматически к оборудованию гидроаккумулирующих, тепловых или водородных систем.
После установления архитектуры системы, VIOX компоненты защиты солнечных фотоэлектрических систем и систем накопления энергии обеспечивают отправную точку для оценки соответствующих компонентов. Выбирайте на основе фактической документации системы и требований рынка назначения, а не только по аббревиатуре ESS.
