ระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า: ประเภทและการใช้งาน

ระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจะรับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า กักเก็บไว้ในตัวกลางกักเก็บ และจ่ายไฟฟ้าในภายหลัง แบตเตอรี่เป็นประเภทหนึ่ง เทคโนโลยีอื่นๆ กักเก็บพลังงานในน้ำที่ยกสูง ลมที่ถูกอัด มวลที่หมุน สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก ความร้อน หรือเชื้อเพลิงที่ผลิตขึ้น ประโยชน์ของระบบเหล่านี้ขึ้นอยู่กับกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ ระยะเวลา และสภาวะการทำงาน.

ข้อแตกต่างที่สำคัญคือเอาต์พุต: อุปกรณ์ที่จ่ายไฟฟ้าทำงานแตกต่างจากอุปกรณ์ที่จ่ายความร้อนหรือความเย็นที่เก็บสะสมไว้ ทั้งสองอย่างสามารถช่วยจัดการความต้องการไฟฟ้าได้ แต่ไม่สามารถใช้แทนกันได้ในฐานะแหล่งพลังงานสำรอง.

ประเภทของระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า

ใช้ตารางเพื่อระบุรูปแบบพลังงานที่เก็บสะสมก่อน จากนั้นตรวจสอบอุปกรณ์แปลงและข้อจำกัดของสถานที่ นี่คือแผนผังเทคโนโลยี ไม่ใช่การจัดอันดับระบบที่ดีกว่าหรือแย่กว่าโดยทั่วไป.

เทคโนโลยี	ที่ที่เก็บพลังงาน	ไฟฟ้าถูกกู้คืนอย่างไร	งานที่มีประโยชน์และเงื่อนไขจำกัด
ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS)	ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าในเซลล์หรืออิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่แบบไหล	การคายประจุจะสร้างกระแสตรง (DC); อุปกรณ์แปลงจะจ่ายเอาต์พุตที่ต้องการ	อาคาร, อุตสาหกรรม และการกักเก็บพลังงานในกริด; เคมี, การจัดการความร้อน และความจุที่ใช้งานได้มีความสำคัญ
พลังงานน้ำแบบสูบกลับ	พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำที่ยกสูง	น้ำไหลผ่านกังหัน-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า	โครงการขนาดใหญ่สำหรับการเปลี่ยนถ่ายพลังงาน; ความสูงที่เหมาะสม, อ่างเก็บน้ำ และใบอนุญาตเป็นสิ่งจำเป็น
การกักเก็บพลังงานอากาศอัด (CAES)	อากาศอัด, พร้อมการจัดการความร้อนขึ้นอยู่กับการออกแบบ	อากาศที่ขยายตัวขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านเครื่องจักรที่เหมาะสม	การกักเก็บพลังงานที่ขึ้นอยู่กับสถานที่; บางรอบการทำงานยังมีการใช้เชื้อเพลิงระหว่างการคายประจุ
การกักเก็บพลังงานแบบฟลายวีล	พลังงานจลน์ของมวลที่กำลังหมุน	มอเตอร์-เจนเนอเรเตอร์ดึงพลังงานออกเมื่อโรเตอร์ช้าลง	การแลกเปลี่ยนพลังงานและการหมุนรอบอย่างรวดเร็ว; การกักเก็บ, การสูญเสีย และช่วงความเร็วที่ใช้งานได้จำกัดความสามารถ
ตัวเก็บประจุและซุปเปอร์คาปาซิเตอร์	ประจุที่กักเก็บ; พฤติกรรมของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีอิเล็กโทรด	อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังดึงพลังงานออกเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง	การแลกเปลี่ยนพลังงานสูงในระยะสั้น ความหนาแน่นของพลังงานและการคายประจุด้วยตนเองจำกัดการจ่ายพลังงานที่ยาวนาน
การกักเก็บพลังงานแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (SMES)	สนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าในขดลวดตัวนำยิ่งยวด	อุปกรณ์แปลงพลังงานไปยังระบบไฟฟ้า	งานตอบสนองเร็วแบบพิเศษ อุปกรณ์ทำความเย็นเป็นส่วนหนึ่งของระบบ
การกักเก็บความร้อนพร้อมการนำกลับมาใช้เป็นพลังงานไฟฟ้า	ความร้อนในวัสดุกักเก็บ	เครื่องจักรความร้อนหรือวงจรการแปลงอื่น ๆ สร้างไฟฟ้า	การใช้งานแปลงความร้อนเป็นพลังงาน ระบบที่ประกอบด้วยถังวัสดุร้อนเพียงอย่างเดียวไม่ใช่ระบบไฟฟ้าขาออก
การกักเก็บพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ไฮโดรเจน	พลังงานเคมีของไฮโดรเจนที่ผลิตโดยใช้ไฟฟ้า	เซลล์เชื้อเพลิงหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เหมาะสมจะแปลงเชื้อเพลิงกลับเป็นไฟฟ้า	การกักเก็บพลังงานแบบขยายที่ห่วงโซ่การแปลงทั้งหมดเหมาะสมกับสถานที่ การผลิตไฮโดรเจนเพียงอย่างเดียวไม่สามารถจ่ายไฟฟ้าได้

การจัดกลุ่มนี้เป็นไปตามรูปแบบการกักเก็บพลังงานที่อธิบายโดยกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) ใน ภาพรวมเทคโนโลยีพลังงานแบบกระจาย และกลไกที่ทบทวนใน ภาพรวมเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า. สำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานแห่งสหรัฐอเมริกา (EIA) ภาพรวมการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า อธิบายเส้นทางการไหลกลับของไฟฟ้าเชิงพาณิชย์และการทำงานของระบบอัดอากาศเสริมเชื้อเพลิง แหล่งข้อมูลเหล่านี้อธิบายถึงเทคโนโลยี ไม่ใช่การรับรองการติดตั้งเฉพาะเจาะจง.

ภาพประกอบแสดงรูปแบบพลังงานที่กักเก็บไว้ ไม่ใช่แผนภาพการเดินสายไฟหรือสเกลอุปกรณ์สัมพัทธ์ การกักเก็บพลังงานความร้อนต้องการเส้นทางการนำไฟฟ้ากลับมาใช้ใหม่แยกต่างหากเมื่อไฟฟ้าเป็นผลลัพธ์ที่ต้องการ.

EES, EESS, ESS และ BESS: ความหมายของคำศัพท์

ESS หมายถึงระบบกักเก็บพลังงาน และเป็นคำศัพท์ที่ครอบคลุมในวงกว้าง. EES หมายถึงการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า; EESS ยังใช้สำหรับระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าอีกด้วย. ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ระบุชุดย่อยที่ใช้แบตเตอรี่ ระบบแบตเตอรี่คือ ESS แต่ ESS ไม่จำเป็นต้องมีแบตเตอรี่.

คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรฐานสาขาлектроเทคนิค IEC 62933-1:2024 จัดทำคำศัพท์สำหรับระบบ EES ที่เชื่อมต่อกับกริด ซึ่งรับไฟฟ้าจากระบบไฟฟ้า กักเก็บพลังงานภายใน และส่งไฟฟ้าคืน การชาร์จและการคายประจุอาจเกี่ยวข้องกับการแปลงขอบเขตนั้นแคบกว่าผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ทำการตลาดอย่างไม่เป็นทางการว่าเป็น “ระบบกักเก็บพลังงาน” รวมถึงระบบที่ผลลัพธ์สุดท้ายคือความร้อนหรือเชื้อเพลิงที่ขายเพื่อการใช้งานอื่น.

สำหรับชั้นวางแบตเตอรี่ การจัดการแบตเตอรี่ และการแปลงกำลังไฟฟ้าในรายละเอียดเพิ่มเติม ให้ใช้ คู่มือระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ของ VIOX. แผนผังเทคโนโลยีข้างต้นยังคงมีประโยชน์เมื่อพิจารณาว่างานนั้นเป็นการกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่หรือไม่.

การกักเก็บพลังงานความร้อนเป็นระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าหรือไม่

ไม่จำเป็นเสมอไป การติดตั้งระบบกักเก็บน้ำแข็งสามารถย้ายการใช้พลังงานของเครื่องทำความเย็นออกจากช่วงเวลาที่มีการใช้พลังงานสูงสุดและจ่ายความเย็นในภายหลังได้ ไม่จำเป็นต้องผลิตไฟฟ้าในระหว่างการคายประจุ ในทำนองเดียวกัน ถังน้ำร้อนสามารถกักเก็บความร้อนที่ใช้ประโยชน์ได้โดยไม่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า.

การกักเก็บพลังงานความร้อนสามารถสนับสนุนการผลิตไฟฟ้าได้เมื่อความร้อนที่กักเก็บไว้ป้อนเข้าสู่วัฏจักรการแปลงพลังงาน โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบความร้อนอาจชาร์จการกักเก็บนั้นโดยตรงจากแสงอาทิตย์แทนที่จะเป็นไฟฟ้า ดังนั้นแหล่งที่มาของการชาร์จจึงมีความสำคัญเช่นกัน. คำอธิบายเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์และการกักเก็บของ DOE แยกความแตกต่างระหว่างการทำความร้อนหรือความเย็นโดยตรงกับการกักเก็บพลังงานความร้อนที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า.

ถามสองคำถามเมื่ออ่านข้อกำหนด: อะไรคือสิ่งที่ชาร์จหน่วยเก็บ และอะไรคือสิ่งที่ออกจากหน่วยเก็บในระหว่างการคายประจุ มาตรการประหยัดพลังงานนี้จึงไม่ถูกเข้าใจผิดว่าเป็นแหล่งจ่ายไฟที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับโหลดไฟฟ้าได้.

ระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าทำงานอย่างไร

มีสามขั้นตอนการทำงาน: ชาร์จตัวกลางเก็บพลังงาน, รักษาพลังงาน, และคายประจุผ่านอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับโหลดหรือกริด การสูญเสียจากการแปลงและการบริโภคเสริมหมายความว่าพลังงานไฟฟ้าที่กู้คืนได้จะไม่เหมือนกับพลังงานที่ใช้ในการชาร์จ.

อุปกรณ์ทางกายภาพมีความหลากหลาย ปั๊มพลังงานน้ำใช้เครื่องจักรไฮดรอลิก; ฟลายวีลใช้มอเตอร์-เจนเนอเรเตอร์; ระบบแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) โดยทั่วไปใช้การแปลงพลังงานแบบสองทิศทาง พวกมันใช้ลำดับการถ่ายเทพลังงานร่วมกัน ไม่ใช่การจัดวางตู้ที่เหมือนกัน.

นี่คือ ตัวอย่างการกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับ AC, ไม่ใช่การจัดเรียง ESS สากล ลูกศรทึบแสดงการแลกเปลี่ยนพลังงานตามฟังก์ชัน; เส้นประแสดงการควบคุม การป้องกัน การแยก การต่อสายดิน และการเดินสายขั้วต่อถูกละไว้โดยเจตนาและต้องออกแบบแยกต่างหาก.

กำลังไฟฟ้า พลังงาน และระยะเวลา เป็นค่าที่แตกต่างกัน

กำลังไฟฟ้า, ในหน่วยกิโลวัตต์ (kW) หรือเมกะวัตต์ (MW), อธิบายอัตราการส่งหรือรับพลังงานไฟฟ้า. พลังงาน ในหน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) หรือเมกะวัตต์-ชั่วโมง (MWh), อธิบายปริมาณที่สะสมในช่วงเวลาหนึ่ง ความจุพลังงานขนาดใหญ่ไม่ได้บ่งชี้ว่าตัวแปลงสามารถสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ได้ และกำลังไฟสูงก็ไม่ได้บ่งชี้ถึงระยะเวลาสำรองที่ยาวนาน.

สำหรับโหลดคงที่ การประมาณระยะเวลาเริ่มต้นคือ:

ระยะเวลา (h) = พลังงานขาออกที่ใช้งานได้ (kWh) / กำลังโหลด (kW)

ตัวอย่างการป้อนข้อมูลที่ขอบเขตขาออก AC:
พลังงานที่จ่ายออกที่ใช้งานได้ = 100 kWh
โหลด AC คงที่ = 25 kW
ระยะเวลา = 100 / 25 = 4 h

ในที่นี้ “พลังงานที่จ่ายออกที่ใช้งานได้” ได้คำนึงถึงกำลังสำรองที่ใช้งานตามสมมติฐาน การสูญเสียจากการแปลง และการใช้พลังงานเสริมที่ขอบเขตที่ระบุแล้ว อย่าหักลบการจัดสรรเดียวกันอีกครั้ง นี่เป็นเพียงตัวอย่างการคำนวณ ไม่ใช่เวลาทำงาน VIOX ที่วัดได้ หรือการออกแบบระบบสำรองที่สมบูรณ์.

หาก 100 kWh ที่อ้างถึงคือความจุแบตเตอรี่ตามพิกัด จะไม่สามารถสมมติระยะเวลาสี่ชั่วโมงได้ ให้กำหนดหน้าต่างสถานะการชาร์จที่อนุญาต สภาวะอุณหภูมิและการเสื่อมสภาพ การสูญเสียจากการแปลง อุปกรณ์เสริม และโปรไฟล์โหลดจริง ตรวจสอบกำลังต่อเนื่องและกำลังกระชากแยกกัน คำศัพท์ขั้นสูงสำหรับการให้คะแนนแบตเตอรี่จะอยู่ใน คู่มือการจัดเก็บ kWh, MWh และ MW.

เวลาตอบสนองเป็นอีกพารามิเตอร์หนึ่ง. ความเร็วที่ระบบเปลี่ยนแปลงกำลังไฟฟ้าแตกต่างจากระยะเวลาที่สามารถรักษากำลังไฟฟ้านั้นไว้ได้ การประเมินซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ของ DOE แสดงให้เห็นถึงการแลกเปลี่ยนนี้: การชาร์จที่รวดเร็วและกำลังจำเพาะสูงไม่ได้หมายความว่ามีความจุพลังงานสูงสำหรับการคายประจุที่ยาวนาน เริ่มต้นด้วยบริการไฟฟ้าที่ต้องการ ไม่ใช่วัสดุเก็บพลังงานที่ต้องการ.

จับคู่เทคโนโลยีการกักเก็บให้เหมาะสมกับงาน

งานที่ต้องทำ.

ลักษณะที่ต้องกำหนด	อะไรที่สามารถตัดเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีออกไปได้	เลื่อนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนไปยังช่วงเวลาที่ล่าช้าออกไป
เลื่อนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนไปยังช่วงเวลาที่ล่าช้าออกไป	พลังงานที่ใช้ได้ โอกาสในการชาร์จ และกำลังขับต่อเนื่อง	หน้าต่างการชาร์จไม่เพียงพอ การสูญเสียการกักเก็บ หรือโปรไฟล์การคายประจุที่ไม่ตรงกัน
ลดความต้องการสูงสุดของโรงงาน	กำลังขับ kW และระยะเวลาของช่วงพีคที่สมบูรณ์	กำลังของตัวแปลงต่ำกว่าช่วงพีค พลังงานที่ใช้ได้ไม่เพียงพอ หรืออัตราค่าไฟฟ้าและเศรษฐศาสตร์การหมุนเวียนที่ไม่เอื้ออำนวย
ให้การสนับสนุนกำลังไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว	การตอบสนอง การหมุนเวียนซ้ำ และพลังงานพัลส์ที่ต้องการ	อุปกรณ์ที่ทำงานเร็วแต่พลังงานหมดก่อนที่เหตุการณ์จะสิ้นสุด
รองรับโหลดระหว่างไฟฟ้าดับ	โหมดการทำงานที่รองรับ, กำลังโหลด และความเป็นอิสระ	ระบบที่เชื่อมต่อกับกริดซึ่งไม่สามารถสร้างแหล่งจ่ายไฟแบบแยกเดี่ยวที่ปลอดภัยได้
เก็บพลังงานเป็นระยะเวลานาน	การกักเก็บ, ความเป็นไปได้ของสถานที่ และห่วงโซ่การกู้คืนที่สมบูรณ์	การคายประจุเอง, ภูมิประเทศที่ไม่เหมาะสม, ข้อจำกัดในการจัดการเชื้อเพลิง หรือความต้องการเสริมที่มากเกินไป

ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการส่งพลังงานในช่วงหลายชั่วโมงและความสามารถในการตอบสนองต่อการรบกวนช่วงสั้นๆ เป็นวัตถุประสงค์การออกแบบที่แตกต่างกัน EIA อธิบายการใช้พลังงานสำรองในช่วงเวลาที่แตกต่างกันเหล่านี้ ความสามารถของโครงการเฉพาะยังคงขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และการควบคุม.

การสำรองข้อมูลต้องการมากกว่าแค่พลังงานที่เก็บไว้. การติดตั้งต้องรองรับการแยกกริดโดยเจตนา (intentional islanding) หรือสถาปัตยกรรมสำรองที่ได้รับการอนุมัติอื่น ๆ โดยแยกออกจากระบบสาธารณูปโภคอย่างปลอดภัยตามที่กำหนด และจ่ายพลังงานให้กับโหลดที่ตั้งใจไว้. แนวทางการใช้ไมโครกริดของ DOE อธิบายทั้งการทำงานแบบอิสระและอันตรายของการแยกกริดโดยไม่สามารถควบคุมได้ อย่าสันนิษฐานว่าแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับกริดจะทำให้ อาคารมีพลังงานในช่วงที่ไฟฟ้าดับ.

การป้องกันทางไฟฟ้ามีบทบาทอย่างไร

สำหรับการติดตั้งแบตเตอรี่ สื่อจัดเก็บ อุปกรณ์แปลง และการกระจายไฟฟ้า มีความต้องการการป้องกันที่แตกต่างกัน การจัดการแบตเตอรี่จะตรวจสอบและควบคุมสภาวะของแบตเตอรี่ การป้องกันวงจรและการแยกวงจรจะต้องจัดการกับตัวนำ แหล่งกำเนิดความผิดปกติ และเส้นทางพลังงานที่สมบูรณ์.

อุปกรณ์ป้องกัน DC ที่เข้าเกณฑ์จะต้องมีพิกัดแรงดัน DC ที่ถูกต้อง ความสามารถในการตัดวงจร พิกัดกระแส และความเหมาะสมของสายไฟสำหรับวงจรนั้น พฤติกรรมความผิดปกติของแบตเตอรี่และตัวแปลงจะต้องถูกกำหนดจากเอกสารระบบ คู่มือเบรกเกอร์ DC ของเรา อธิบายว่าเหตุใดพิกัด AC เท่านั้นจึงไม่เพียงพอสำหรับแอปพลิเคชัน DC.

การตรวจสอบส่วนประกอบเหล่านี้ไม่ได้พิสูจน์ว่าระบบจัดเก็บข้อมูลที่สมบูรณ์ตรงตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัย การเชื่อมต่อ การติดตั้ง หรือการประกอบ และรายละเอียดระบบแบตเตอรี่ก็ไม่ได้นำไปใช้กับอุปกรณ์ปั๊มน้ำพลังงานความร้อน พลังงานความร้อน หรือพลังงานไฮโดรเจนโดยอัตโนมัติ.

เมื่อสถาปัตยกรรมระบบได้รับการกำหนดแล้ว VIOX’s อุปกรณ์ป้องกันสำหรับระบบโซลาร์เซลล์และระบบกักเก็บพลังงาน เป็นจุดเริ่มต้นที่เกี่ยวข้องสำหรับการประเมินอุปกรณ์ ควรเลือกโดยอ้างอิงจากเอกสารระบบจริงและข้อกำหนดของตลาดปลายทาง ไม่ใช่เพียงแค่ชื่อย่อ ESS เท่านั้น.