Batériové systémy skladovania energie (BESS) sú pokročilé technológie určené na efektívne zachytávanie, skladovanie a distribúciu elektrickej energie. Tieto systémy, ktoré pozostávajú z kľúčových komponentov, ako sú batériové moduly, systémy premeny energie a sofistikované riadiace prvky, zohrávajú kľúčovú úlohu pri stabilite siete, integrácii obnoviteľných zdrojov energie a riadení kvality energie.
Základné komponenty BESS
Srdcom BESS sú tri kritické komponenty, ktoré pracujú v súčinnosti a zabezpečujú účinné ukladanie a uvoľňovanie energie. Batériový systém, ktorý využíva predovšetkým lítium-iónovú technológiu, pozostáva z viacerých článkov usporiadaných do modulov a stojanov na premenu chemickej energie na elektrickú. Kľúčovú úlohu zohrávajú systémy riadenia vrátane Systém správy batérií (BMS) na monitorovanie parametrov buniek, Systém energetického manažmentu (EMS) na optimalizáciu prevádzky a systémy tepelného manažmentu, ktoré regulujú teplotu s cieľom zachovať výkon a bezpečnosť. Dopĺňa ich komponent výkonovej elektroniky, ktorý obsahuje obojsmerný menič alebo Systém konverzie energie (PCS), ktorý umožňuje bezproblémovú konverziu jednosmerného prúdu na striedavý na účely nabíjania a vybíjania a zároveň zabezpečuje kompatibilitu s požiadavkami siete.
Tieto komponenty spoločne umožňujú BESS uskladňovať prebytočnú energiu počas obdobia nízkeho dopytu a v prípade potreby ju vybíjať, čím sa zvyšuje stabilita siete a podporuje integrácia obnoviteľných zdrojov energie. Okrem toho pokročilé riadiace algoritmy v EMS a inovácie v tepelnom manažmente ďalej zlepšili účinnosť a predĺžili životnosť systému, čím sa BESS stal základným kameňom modernej energetickej infraštruktúry.
Ako funguje BESS
Kredit Totalenergies
Batériové systémy skladovania energie (BESS) fungujú prostredníctvom sofistikovaného procesu zachytávania, skladovania a distribúcie energie. Systém sa začína zachytávaním elektrickej energie z rôznych zdrojov vrátane obnoviteľných a neobnoviteľných generátorov energie. Táto energia sa potom premieňa zo striedavého prúdu na jednosmerný a ukladá sa do nabíjateľných batérií, zvyčajne lítium-iónových článkov usporiadaných do modulov a stojanov.
Počas prevádzky systém riadenia batérie (BMS) nepretržite monitoruje a kontroluje jednotlivé parametre článkov, ako je napätie, teplota a stav nabitia. Tým sa zabezpečuje optimálny výkon a dlhá životnosť batériového systému. Systém riadenia energie (EMS) spolupracuje so systémom BMS na optimalizácii celkovej prevádzky systému a rozhoduje o tom, kedy sa má nabíjať alebo vybíjať na základe požiadaviek siete, cien energie a ďalších faktorov.
Keď je potrebná energia, uložený jednosmerný prúd sa premení späť na striedavý prostredníctvom systému konverzie energie (PCS), ktorý je známy aj ako obojsmerný menič. Tento komponent je rozhodujúci na zabezpečenie toho, aby výstupný výkon spĺňal požiadavky siete z hľadiska napätia a frekvencie. PCS tiež riadi tok energie počas nabíjacích aj vybíjacích cyklov, čím udržiava stabilitu siete.
BESS môže pracovať v rôznych režimoch na podporu sieťových funkcií. Pri regulácii frekvencie môže systém rýchlo dodávať alebo absorbovať energiu na udržanie frekvencie siete v prijateľných medziach. Pri aplikáciách na zníženie spotreby v špičke BESS vybíja uloženú energiu počas období vysokého dopytu, aby sa znížilo zaťaženie siete a potenciálne znížili náklady na elektrickú energiu pre používateľov.
Pri integrácii obnoviteľných zdrojov energie zohráva BESS dôležitú úlohu pri vyrovnávaní nestálosti slnečnej a veternej energie. Ukladá prebytočnú energiu počas období vysokej výroby a uvoľňuje ju pri poklese výroby, čím zabezpečuje konzistentnejšie dodávky energie. Táto schopnosť je obzvlášť dôležitá pre udržanie stability siete, keď sa zvyšuje podiel obnoviteľnej energie v energetickom mixe.
Pokročilé implementácie BESS zahŕňajú aj prediktívnu analýzu a algoritmy strojového učenia na optimalizáciu výkonu. Tieto systémy dokážu predvídať vzorce dopytu po energii, poveternostné podmienky ovplyvňujúce výrobu energie z obnoviteľných zdrojov a dokonca aj ceny na trhu s elektrickou energiou, aby mohli prijímať informované rozhodnutia o tom, kedy ukladať alebo uvoľňovať energiu.
Bezpečnosť je pri prevádzke BESS prvoradá. Moderné systémy obsahujú viacero úrovní ochrany vrátane systémov tepelného riadenia, ktoré zabraňujú prehriatiu, mechanizmov na potlačenie požiaru a izolačných protokolov na obmedzenie potenciálnych problémov. Nepretržité monitorovanie a automatické bezpečnostné reakcie zabezpečujú, že systém dokáže rýchlo reagovať na akékoľvek anomálie, čím sa zachováva bezpečná a spoľahlivá prevádzka. Efektívnym riadením toku energie medzi výrobou, skladovaním a spotrebou funguje BESS ako kritická zložka v modernom energetickom prostredí, ktorá umožňuje väčšiu flexibilitu, spoľahlivosť a udržateľnosť energetických systémov.
Preskúmať na Youtube
Aplikácie BESS
Batériové systémy skladovania energie (BESS) majú široké spektrum aplikácií v rôznych odvetviach, prispievajú k stabilite siete, integrácii obnoviteľných zdrojov energie a riadeniu nákladov na energiu. Tu sú niektoré kľúčové aplikácie BESS:
- Stabilizácia siete: BESS dokáže rýchlo reagovať na výkyvy v dodávke a dopyte po energii, čím pomáha udržiavať frekvenciu a stabilitu napätia v sieti.
- Integrácia obnoviteľných zdrojov energie: BESS uskladňuje prebytočnú energiu z nestálych obnoviteľných zdrojov, ako sú slnečná a veterná energia, a uvoľňuje ju pri poklese výroby, aby sa zabezpečila stála dodávka energie.
- Špičkové holenie: Vypúšťaním uskladnenej energie počas období s vysokým dopytom pomáha BESS znižovať zaťaženie siete a potenciálne znižovať náklady na elektrickú energiu pre používateľov.
- Presúvanie zaťaženia: BESS umožňuje uskladňovať energiu počas obdobia s nízkym dopytom a nízkymi nákladmi na použitie počas obdobia s vysokým dopytom a vysokými nákladmi, čím sa optimalizuje spotreba energie a náklady.
- Záložné napájanie: V prípade výpadku elektrickej siete môže BESS poskytovať kritickú záložnú energiu pre domácnosti, podniky a základnú infraštruktúru.
- Mikrosiete: BESS zohráva kľúčovú úlohu pri umožňovaní prevádzky mikrosietí, podpore miestnej energetickej nezávislosti a odolnosti.
- Nabíjanie elektrických vozidiel: BESS môže podporovať rýchlonabíjacie stanice pre elektrické vozidlá, čím sa zníži zaťaženie siete v čase nabíjacej špičky.
- Doplnkové služby: BESS poskytuje rôzne služby na podporu siete vrátane regulácie frekvencie, podpory napätia a možnosti čierneho štartu.
Tieto rôznorodé aplikácie dokazujú všestrannosť a význam BESS v moderných energetických systémoch a prispievajú k flexibilnejšej, spoľahlivejšej a udržateľnejšej energetickej infraštruktúre.
Zvyšujúce sa jednosmerné napätie BESS
Trend smerujúci k vyšším jednosmerným napätiam v batériových systémoch skladovania energie (BESS) je podmienený niekoľkými kľúčovými výhodami:
- Zvýšená účinnosť: Vyššie napätie má za následok nižšie prúdy pri rovnakom výkone, čím sa znižujú celkové straty v systéme obvodu a zlepšuje sa účinnosť kruhového obehu.
- Zvýšená energetická hustota: Zvýšenie napätia umožňuje dosiahnuť vyššiu hustotu energie v rámci rovnakých fyzikálnych obmedzení, čo umožňuje kompaktnejšie a výkonnejšie konštrukcie BESS.
- Rýchlejšie nabíjanie/vybíjanie: Vysokonapäťové batérie dokážu rýchlejšie dokončiť nabíjacie cykly, čím sa prispôsobia rýchlym požiadavkám na energiu a vysokému výkonu.
- Zníženie nákladov: Vyššie napätie umožňuje efektívnejšie zapojenie a inštaláciu, čo znižuje celkové náklady na systém. Zosúladenie jednosmerného napätia BESS so solárnymi zariadeniami v komunálnej sieti (zvyčajne 1 500 V DC) eliminuje potrebu ďalších zariadení na konverziu napätia.
- Kompatibilita s pokročilými meničmi: Väčšina solárnych striedačov v súčasnosti využíva vstup 1500 VDC, takže BESS s vyšším napätím je kompatibilnejšia s existujúcou infraštruktúrou.
Tieto výhody sú hnacou silou vývoja BESS smerom k vyšším jednosmerným napätiam, čo prispieva k predpokladanému rastu odvetvia z $1,2B v roku 2020 na $4,3B v roku 2025.
Výzvy pri inštalácii BESS
Inštalácie batériových systémov skladovania energie (BESS) čelia niekoľkým bežným problémom, ktoré môžu ovplyvniť ich výkon, bezpečnosť a účinnosť. Tu sú niektoré z najčastejších problémov:
- Vysoké počiatočné náklady: Počiatočná investícia do BESS môže byť značná, čo predstavuje významnú prekážku pri zavádzaní.
- Zložitosti technickej integrácie: Integrácia BESS s existujúcou infraštruktúrou si často vyžaduje špecializované znalosti a technológie.
- Regulačné prekážky: Orientácia v povoleniach a predpisoch môže byť časovo náročná a komplikovaná.
- Výzvy v oblasti údržby: Zabezpečenie dlhodobej spoľahlivosti si vyžaduje efektívne riadenie životného cyklu a pravidelnú údržbu.
- Problémy s kompatibilitou siete: Zabezpečenie kompatibility BESS so sieťou a riadenie prepojenia môže byť problematické.
- Obavy o bezpečnosť: Nesprávna inštalácia alebo chybné komponenty môžu viesť k riziku požiaru a iným bezpečnostným rizikám.
- Poruchy systému riadenia batérií (BMS): Nespoľahlivá BMS môže spôsobiť neočakávané vypnutia a potenciálne nebezpečné situácie.
- Problémy s vyvážením buniek: Nerovnováha medzi článkami môže znížiť účinnosť systému a predstavovať bezpečnostné riziko.
- Nedostatočná kapacita úložiska: Chyby v odhade stavu nabitia (SOC) môžu viesť k neefektívnemu využívaniu energie.
- Problémy s tepelným manažmentom: Nevhodné chladiace systémy môžu spôsobiť predčasné starnutie a zníženie výkonu batérií.
Riešenie týchto problémov si vyžaduje starostlivé plánovanie, odbornú inštaláciu a priebežné monitorovanie, aby sa zabezpečil optimálny výkon a bezpečnosť BESS.
Opätovne použité batérie pre BESS
Systémy skladovania energie z batérií (BESS) môžu využívať opätovne použité batérie elektrických vozidiel (EV), čo predstavuje udržateľný spôsob predĺženia životnosti batérií a minimalizácie odpadu. Keď kapacita batérií EV klesne na približne 80-85% ich pôvodnej kapacity, môžu sa opätovne použiť na aplikácie BESS, čo ponúka druhý život lítium-iónových batérií a zároveň znižuje potrebu novej výroby. Tento prístup podporuje stabilizáciu siete, integráciu obnoviteľných zdrojov energie, záložné napájanie pre kritickú infraštruktúru, znižovanie spotreby v špičkách a presun záťaže pre priemysel a podporu mikrosietí. Odhaduje sa, že do roku 2025 nájde 751 TP3T použitých batérií pre elektrické vozidlá pred recykláciou uplatnenie v druhom živote, čo odráža rastúci dôraz na udržateľnosť a obehové hospodárstvo.
Použitie opätovne použitých batérií v projektoch BESS však nie je bez problémov. Recyklované batérie majú často nekonzistentnú úroveň výkonu v dôsledku rôzneho stupňa degradácie, čo môže ovplyvniť účinnosť a spoľahlivosť systému. Okrem toho proces zberu, testovania a renovácie týchto batérií môže byť náročný na prácu a nákladný, čo môže kompenzovať niektoré environmentálne a ekonomické výhody. Napriek týmto nevýhodám je rastúci dopyt po udržateľných riešeniach skladovania energie naďalej cenným zdrojom pre projekty BESS vďaka použitým batériám z elektrických vozidiel.
Vládne politiky BESS
Vlády na celom svete čoraz viac uznávajú kľúčovú úlohu batériových systémov skladovania energie (BESS) pri dosahovaní cieľov energetickej transformácie a stability siete. Mnohé krajiny zaviedli podporné politiky a iniciatívy na urýchlenie zavádzania BESS:
- Spojené štáty zaviedli zákon o znížení inflácie, ktorý zahŕňa investičné daňové úľavy pre samostatné projekty skladovania energie, čím sa zvyšuje konkurencieschopnosť skladovania energie v sieti.
- Čína oznámila, že do roku 2025 plánuje inštalovať viac ako 30 GW zariadení na skladovanie energie, čo svedčí o silnom odhodlaní rozširovať BESS.
- India si vo svojom návrhu národného plánu pre elektrickú energiu stanovila ambiciózne ciele v oblasti akumulátorov a do roku 2031-32 chce dosiahnuť 51-84 GW inštalovaného výkonu.
- Európska komisia zverejnila odporúčania pre politické opatrenia na podporu väčšieho využívania skladovania elektrickej energie, pričom uznala jeho význam pri dekarbonizácii energetického systému.
- Okrem toho ministerstvo pre čistú energiu s podporou Európskej komisie, Austrálie, USA a Kanady spustilo celosvetovú iniciatívu s názvom "Iniciatíva pre supernabíjanie batériových úložísk". Cieľom tejto iniciatívy je podporiť medzinárodnú spoluprácu, znížiť náklady a vytvoriť udržateľné dodávateľské reťazce pre technológie skladovania energie.
Výhľad trhu BESS
Trh so systémami skladovania energie z batérií (BESS) je pripravený na výrazný rast, ktorý je spôsobený rastúcim úsilím o integráciu obnoviteľných zdrojov energie a modernizáciu siete. Predpokladá sa, že celosvetový trh so systémami BESS dosiahne do roku 2031 hodnotu $51,7 miliardy EUR, pričom v rokoch 2022 až 2031 bude rásť tempom 20,1%. Tento rýchly rast je podporovaný klesajúcimi nákladmi na lítium-iónové batérie, ktoré za posledné desaťročie klesli približne o 80%.
Medzi hlavné faktory rastu patria:
- Rastúci dopyt po systémoch skladovania energie v sieti.
- Rýchle prenikanie lítium-iónových batérií do sektora obnoviteľných zdrojov energie.
- Vládne financovanie a podporné politiky.
- Rastúci počet komerčných a priemyselných aplikácií.
Očakáva sa, že segment verejných služieb zaznamená počas prognózovaného obdobia najvyššiu mieru CAGR, a to vďaka iniciatívam na uvedenie prietokových batérií na trh pre environmentálne ciele, dlhú životnosť a bezpečnosť. Z geografického hľadiska sa očakáva, že Ázia a Tichomorie budú najrýchlejšie rastúcim regionálnym trhom, čo sa pripisuje rastúcemu dopytu po energii a podporným vládnym politikám v krajinách ako India, Čína a Austrália.
Súvisiace články:
