Trên trang này
Các hệ thống lưu trữ năng lượng điện lấy năng lượng từ nguồn cung cấp điện, giữ lại trong một phương tiện lưu trữ và cung cấp điện sau đó. Pin là một loại. Các công nghệ khác lưu trữ năng lượng dưới dạng nước nâng cao, khí nén, khối lượng quay, trường điện hoặc từ trường, nhiệt hoặc nhiên liệu nhân tạo. Tính hữu dụng của chúng phụ thuộc vào công suất, thời gian và điều kiện hoạt động yêu cầu.
Sự khác biệt chính là đầu ra: thiết bị trả lại điện thực hiện một công việc khác với thiết bị cung cấp nhiệt hoặc làm mát được lưu trữ. Cả hai đều có thể giúp quản lý nhu cầu điện, nhưng chúng không phải là nguồn điện dự phòng có thể thay thế cho nhau.
Các loại Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Điện
Sử dụng bảng để xác định trước dạng năng lượng được lưu trữ, sau đó kiểm tra thiết bị chuyển đổi và các ràng buộc tại chỗ. Đây là một bản đồ công nghệ, không phải là bảng xếp hạng các hệ thống tốt hơn hoặc tệ hơn một cách phổ quát.
| Công nghệ | Nơi năng lượng được lưu trữ | Điện năng được phục hồi như thế nào | Nhiệm vụ hữu ích và điều kiện giới hạn |
|---|---|---|---|
| Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) | Các phản ứng điện hóa trong pin hoặc dung dịch điện phân của pin dòng | Xả tạo ra dòng điện một chiều (DC); thiết bị chuyển đổi cung cấp đầu ra yêu cầu | Tòa nhà, công nghiệp và lưu trữ lưới điện; hóa học, quản lý nhiệt và dung lượng sử dụng là quan trọng |
| Thủy điện tích năng | Thế năng hấp dẫn của nước ở trên cao | Nước chảy qua một máy phát tuabin | Các dự án dịch chuyển năng lượng quy mô lớn; độ cao phù hợp, hồ chứa và giấy phép là cần thiết |
| Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) | Không khí có áp suất, với quản lý nhiệt tùy thuộc vào thiết kế | Không khí giãn nở dẫn động máy phát thông qua máy móc phù hợp | Lưu trữ năng lượng phụ thuộc vào vị trí; một số chu kỳ cũng tiêu thụ nhiên liệu trong quá trình xả. |
| Lưu trữ bánh đà | Động năng của khối lượng quay | Một bộ máy phát điện-động cơ trích xuất năng lượng khi rôto chậm lại | Trao đổi công suất nhanh và chu kỳ; sự chứa đựng, tổn thất và dải tốc độ sử dụng được giới hạn khả năng |
| Tụ điện và siêu tụ điện | Điện tích được lưu trữ; hành vi của siêu tụ điện phụ thuộc vào công nghệ điện cực | Thiết bị điện tử công suất trích xuất năng lượng khi điện áp giảm | Trao đổi năng lượng cao, công suất lớn; mật độ năng lượng và tự phóng điện giới hạn việc cung cấp kéo dài |
| Lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn (SMES) | Trường điện từ liên quan đến dòng điện trong cuộn dây siêu dẫn | Thiết bị chuyển đổi truyền năng lượng vào hệ thống điện | Các tác vụ phản hồi nhanh chuyên dụng; thiết bị đông lạnh là một phần của hệ thống |
| Lưu trữ nhiệt với phục hồi điện năng | Nhiệt trong vật liệu lưu trữ | Động cơ nhiệt hoặc chu trình chuyển đổi khác tạo ra điện | Ứng dụng nhiệt-điện; một bể chứa vật liệu nóng không phải là hệ thống đầu ra điện. |
| Lưu trữ điện dựa trên hydro | Năng lượng hóa học của hydro được sản xuất bằng điện | Một pin nhiên liệu hoặc máy phát điện phù hợp chuyển đổi nhiên liệu trở lại thành điện. | Lưu trữ mở rộng, nơi chuỗi chuyển đổi đầy đủ phù hợp với địa điểm; sản xuất hydro đơn thuần không cung cấp phóng điện. |
Nhóm này tuân theo các dạng lưu trữ được mô tả bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) trong tổng quan công nghệ năng lượng phân tán và các cơ chế được xem xét trong Tổng quan Công nghệ Lưu trữ Điện năng. Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) tổng quan về lưu trữ điện giải thích các đường trả điện thương mại và hoạt động của khí nén hỗ trợ nhiên liệu. Các nguồn này mô tả công nghệ, không phải chứng nhận cho một lắp đặt cụ thể.
Minh họa cho thấy các dạng năng lượng được lưu trữ, không phải sơ đồ đấu dây hoặc tỷ lệ thiết bị tương đối. Lưu trữ nhiệt cần một đường phục hồi điện riêng khi điện là đầu ra yêu cầu.
EES, EESS, ESS và BESS: Ý nghĩa của các Thuật ngữ
ESS có nghĩa là hệ thống lưu trữ năng lượng và là một thuật ngữ bao quát rộng. EES có nghĩa là lưu trữ năng lượng điện; EESS cũng được sử dụng cho các hệ thống lưu trữ năng lượng điện. Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) xác định tập hợp con dựa trên pin. Một hệ thống pin là một ESS, nhưng một ESS không nhất thiết phải chứa pin.
Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế IEC 62933-1:2024 cung cấp từ vựng cho các hệ thống EES kết nối lưới điện, lấy điện từ một hệ thống điện, lưu trữ năng lượng bên trong và trả lại điện. Quá trình sạc và xả có thể liên quan đến chuyển đổi. Phạm vi đó hẹp hơn so với mọi sản phẩm được tiếp thị một cách tùy tiện là “hệ thống lưu trữ năng lượng”, bao gồm cả các hệ thống có đầu ra cuối cùng là nhiệt hoặc nhiên liệu được bán cho mục đích sử dụng khác.
Để biết chi tiết hơn về giá đỡ pin, quản lý pin và chuyển đổi nguồn, hãy sử dụng hướng dẫn về hệ thống lưu trữ năng lượng pin. Bản đồ công nghệ trên vẫn hữu ích khi quyết định liệu nhiệm vụ có phải là lưu trữ bằng pin hay không.
Lưu trữ nhiệt có phải là Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Điện không?
Không hẳn. Một hệ thống lưu trữ băng có thể di chuyển việc tiêu thụ của máy làm lạnh ra khỏi giờ cao điểm và cung cấp làm mát sau đó. Nó không nhất thiết sản xuất điện trong quá trình xả. Tương tự, một bể nước nóng có thể lưu trữ nhiệt hữu ích mà không cần bất kỳ máy phát điện nào.
Lưu trữ nhiệt có thể hỗ trợ sản xuất điện khi nhiệt được lưu trữ cung cấp cho chu trình chuyển đổi năng lượng. Các nhà máy nhiệt điện mặt trời có thể sạc trực tiếp từ ánh sáng mặt trời thay vì điện, vì vậy nguồn sạc cũng quan trọng. Giải thích về năng lượng mặt trời và lưu trữ của DOE phân biệt sưởi ấm hoặc làm mát trực tiếp với lưu trữ nhiệt được sử dụng để tạo ra điện.
Đặt hai câu hỏi khi đọc thông số kỹ thuật: Điều gì sạc cho bộ lưu trữ, và điều gì rời khỏi nó trong quá trình xả? Điều này ngăn không cho một biện pháp tiết kiệm năng lượng bị nhầm lẫn với một nguồn có khả năng cung cấp năng lượng cho các tải điện.
Hệ thống Lưu trữ Điện Hoạt động Như thế nào
Có ba giai đoạn hoạt động: nạp phương tiện lưu trữ, giữ năng lượng và xả qua thiết bị được yêu cầu bởi tải hoặc lưới điện. Tổn thất chuyển đổi và tiêu thụ phụ trợ có nghĩa là năng lượng điện thu hồi được không giống với năng lượng nạp.
Thiết bị vật lý khác nhau. Thủy điện tích năng sử dụng máy thủy lực; bánh đà sử dụng động cơ-máy phát; hệ thống pin kết nối với dòng điện xoay chiều (AC) thường sử dụng chuyển đổi nguồn hai chiều. Chúng chia sẻ trình tự truyền năng lượng, không phải bố cục tủ giống hệt nhau.
Đây là Ví dụ về pin kết nối AC, không phải là một bố trí ESS phổ quát. Các mũi tên liền nét biểu thị trao đổi năng lượng chức năng; các đường đứt nét biểu thị điều khiển. Bảo vệ, cách ly, nối đất và dây nối đầu cuối được cố ý bỏ qua và phải được thiết kế riêng.
Công suất, Năng lượng và Thời gian là các Định mức Khác nhau
Công suất, tính bằng kilowatt (kW) hoặc megawatt (MW), mô tả tốc độ cung cấp hoặc hấp thụ điện. Năng lượng, tính bằng kilowatt-giờ (kWh) hoặc megawatt-giờ (MWh), mô tả một đại lượng tích lũy theo thời gian. Dung lượng năng lượng lớn không chứng tỏ bộ chuyển đổi có thể khởi động một động cơ lớn, và định mức công suất cao không chứng tỏ thời gian tự chủ.
Đối với tải không đổi, ước tính thời gian ban đầu là:
Thời gian (h) = năng lượng đầu ra khả dụng (kWh) / công suất tải (kW)
Ví dụ đầu vào tại ranh giới đầu ra AC:
Năng lượng cung cấp khả dụng = 100 kWh
Tải AC không đổi = 25 kW
Thời gian = 100 / 25 = 4 hỞ đây, “năng lượng cung cấp khả dụng” đã bao gồm dự phòng vận hành, tổn thất chuyển đổi và tiêu thụ phụ trợ tại ranh giới đã nêu. Không được trừ cùng các khoản này lần thứ hai. Đây là một minh họa tính toán, không phải thời gian chạy VIOX đo được hoặc thiết kế dự phòng hoàn chỉnh.
Nếu 100 kWh được trích dẫn thay vào đó là dung lượng pin danh định, thì không thể giả định bốn giờ. Thiết lập cửa sổ trạng thái sạc cho phép, điều kiện nhiệt độ và lão hóa, tổn thất chuyển đổi, phụ tải phụ trợ và hồ sơ tải thực tế. Kiểm tra công suất liên tục và công suất đột biến riêng biệt. Các thuật ngữ định mức pin nâng cao thuộc về hướng dẫn lưu trữ kWh, MWh và MW.
Thời gian phản hồi là một tham số khác. Tốc độ thay đổi công suất của một hệ thống khác với thời gian hệ thống có thể duy trì công suất đó. Đánh giá của DOE về siêu tụ điện minh họa sự đánh đổi này: sạc nhanh và công suất riêng cao không đồng nghĩa với dung lượng năng lượng cao để phóng điện kéo dài.
Kết hợp Công nghệ Lưu trữ với Nhiệm vụ
Bắt đầu với dịch vụ điện cần thiết, không phải vật liệu lưu trữ ưa thích.
| Nhiệm vụ yêu cầu | Đặc tính cần thiết lập | Điều gì có thể loại trừ một công nghệ đầy hứa hẹn |
|---|---|---|
| Chuyển sản xuất năng lượng tái tạo sang giai đoạn sau | Năng lượng khả dụng, cơ hội sạc và sản lượng duy trì | Cửa sổ sạc không đủ, tổn thất lưu trữ hoặc hồ sơ xả không phù hợp |
| Giảm đỉnh nhu cầu của cơ sở | Công suất đầu ra kW và thời lượng của đỉnh hoàn chỉnh | Công suất bộ chuyển đổi thấp hơn đỉnh, năng lượng khả dụng không đủ, hoặc kinh tế theo biểu giá và chu kỳ không thuận lợi |
| Cung cấp hỗ trợ năng lượng nhanh chóng | Phản hồi, chu kỳ lặp lại và năng lượng xung yêu cầu | Thiết bị nhanh hết năng lượng trước khi sự kiện kết thúc |
| Hỗ trợ các tải trong thời gian mất điện | Chế độ vận hành được hỗ trợ, công suất tải và thời gian tự chủ | Một hệ thống hòa lưới không thể thiết lập nguồn cung cấp độc lập an toàn |
| Lưu trữ năng lượng trong thời gian dài | Khả năng lưu giữ, tính khả thi tại công trường và chuỗi phục hồi hoàn chỉnh | Tự xả, địa lý không phù hợp, các hạn chế về xử lý nhiên liệu hoặc nhu cầu phụ trợ quá mức |
Ví dụ, khả năng di chuyển năng lượng trong vài giờ và khả năng phản ứng với một sự cố ngắn hạn là các mục tiêu thiết kế khác nhau. EIA mô tả việc sử dụng lưu trữ trên các thang thời gian khác nhau này; khả năng của một dự án cụ thể vẫn phụ thuộc vào thiết bị và hệ thống điều khiển của nó.
Nguồn dự phòng đòi hỏi nhiều hơn là chỉ năng lượng được lưu trữ. Hệ thống lắp đặt phải hỗ trợ cô lập có chủ đích hoặc một kiến trúc dự phòng được phê duyệt khác, tách biệt an toàn khỏi lưới điện khi cần thiết, và cung cấp cho các phụ tải dự kiến. Hướng dẫn về lưới điện nhỏ của DOE giải thích cả hoạt động tự trị và các mối nguy hiểm của việc cô lập không kiểm soát. Không được giả định bất kỳ bộ lưu trữ pin nối lưới nào sẽ giữ cho tòa nhà được cấp điện trong thời gian mất điện.
Vai trò của Bảo vệ Điện
Đối với việc lắp đặt pin, phương tiện lưu trữ, thiết bị chuyển đổi và phân phối điện có các nhu cầu bảo vệ khác nhau. Quản lý pin giám sát và điều khiển các điều kiện của pin; bảo vệ mạch và cách ly cũng phải xử lý các dây dẫn, nguồn lỗi và toàn bộ đường đi của nguồn điện.
Một thiết bị bảo vệ DC ứng viên cần có định mức điện áp DC, khả năng cắt, định mức dòng điện và sự phù hợp về dây dẫn chính xác cho mạch đó. Hành vi lỗi của pin và bộ chuyển đổi phải được xác định từ tài liệu hệ thống. Các hướng dẫn bộ ngắt mạch DC của chúng tôi giải thích tại sao định mức chỉ dành cho AC không đủ bằng chứng cho ứng dụng DC.
Các kiểm tra thành phần này không chứng minh rằng toàn bộ hệ thống lưu trữ đáp ứng các yêu cầu về an toàn cháy nổ, kết nối, lắp đặt hoặc lắp ráp. Chi tiết hệ thống pin cũng không tự động áp dụng cho thiết bị thủy điện tích năng, nhiệt hoặc hydro.
Sau khi kiến trúc hệ thống được thiết lập, VIOX các bộ phận bảo vệ năng lượng mặt trời PV và lưu trữ năng lượng cung cấp một điểm khởi đầu đánh giá thành phần phù hợp. Lựa chọn dựa trên tài liệu hệ thống thực tế và yêu cầu thị trường đích, không chỉ dựa trên từ viết tắt ESS.
