Technologia BESS magazynuje energię elektryczną i udostępnia ją, gdy popyt, warunki sieciowe lub ceny energii elektrycznej zwiększają jej wartość. Kompletny system magazynowania energii z baterii łączy w sobie baterie, system zarządzania baterią, system konwersji mocy, system zarządzania energią, chłodzenie, ochronę i sprzęt elektryczny. Obsługuje integrację energii odnawialnej, ograniczanie szczytów zapotrzebowania, zasilanie awaryjne, stabilizację sieci i przesunięcie energii na skalę użytkową.

Technologia BESS przekształca współczesną energetykę

Energia elektryczna kiedyś podążała stosunkowo prostą ścieżką: elektrownie generowały energię, sieci przesyłowe ją transportowały, a konsumenci natychmiast ją zużywali. Współczesne systemy energetyczne są znacznie bardziej dynamiczne.

Produkcja energii słonecznej i wiatrowej zmienia się w zależności od warunków pogodowych. Obiekty komercyjne doświadczają gwałtownych szczytów zapotrzebowania. Centra danych, szpitale, fabryki i sieci komunikacyjne wymagają niezawodnej energii elektrycznej przez całą dobę. Tymczasem przedsiębiorstwa energetyczne muszą równoważyć wytwarzanie i zużycie w każdej sekundzie.

Zmiany w wytwarzaniu energii – ale prawdziwą historią jest elastyczność

Technologia BESS zapewnia elastyczność łączącą te ruchome części. Zamiast pozwalać na niewykorzystywanie nadwyżek energii elektrycznej, system magazynowania energii z baterii przechowuje ją na później. Zamiast polegać wyłącznie na dodatkowej generacji w okresach szczytowego zapotrzebowania, operatorzy mogą rozładowywać zmagazynowaną energię dokładnie wtedy, gdy jest ona potrzebna.

Rezultatem jest system energetyczny, który może reagować szybciej, efektywniej wykorzystywać odnawialne źródła energii i inteligentniej zarządzać zmieniającym się zapotrzebowaniem.

Co to jest technologia BESS?

Technologia BESS odnosi się do sprzętu i systemów sterowania używanych do ładowania, przechowywania, zarządzania i uwalniania energii elektrycznej.

System jest zwykle oceniany zarówno pod względem mocy, jak i energii:

• Moc znamionowa, mierzona w kilowatach lub megawatach, wskazuje, ile mocy system może dostarczyć jednocześnie.
• Pojemność energetyczna, mierzona w kilowatogodzinach lub megawatogodzinach, wskazuje, jak długo system może utrzymać taką moc wyjściową.

Na przykład, system 1 MW/2 MWh może teoretycznie dostarczyć 1 MW przez około dwie godziny, chociaż użyteczny czas trwania zależy od ograniczeń operacyjnych, wydajności, temperatury i konstrukcji systemu.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe wprowadzenie, przeczytaj ten przewodnik wyjaśniający, czym jest BESS i dlaczego systemy magazynowania energii z baterii są tak ważne.

Jak działa technologia BESS?

System magazynowania energii z baterii ładuje się, gdy energia elektryczna jest dostępna, niedroga lub wytwarzana w nadmiarze. Rozładowuje się, gdy wzrasta zapotrzebowanie, spada produkcja odnawialnych źródeł energii, wzrastają ceny energii elektrycznej lub wymagane jest zasilanie awaryjne.

Kilka technologii koordynuje ten proces:

1. Ogniwa i moduły baterii magazynują energię elektryczną w postaci chemicznej.
2. System zarządzania baterią monitoruje napięcie ogniw, temperaturę, prąd, stan naładowania i limity operacyjne.
3. System konwersji mocy przekształca prąd przemienny (AC) w prąd stały (DC) podczas ładowania i prąd stały (DC) z powrotem w prąd przemienny (AC) podczas rozładowywania.
4. System zarządzania energią określa, kiedy i jak system powinien działać.
5. Zarządzanie termiczne utrzymuje baterie w odpowiednim zakresie temperatur.
6. Transformatory, rozdzielnice, przekaźniki ochronne, detekcja pożaru i sterowanie awaryjne bezpiecznie łączą system z obiektem lub siecią.

Te komponenty muszą działać jako jedna skoordynowana platforma. Sama wysokiej jakości bateria nie tworzy efektywnego BESS.

Jak technologia BESS poprawia magazynowanie energii w sieci

Nowoczesne sieci muszą stale równoważyć podaż i popyt na energię elektryczną. Nawet niewielkie niedopasowanie może wpływać na napięcie, częstotliwość i jakość energii.

Magazynowanie energii w sieci może szybko reagować na zmieniające się warunki. W zależności od konstrukcji i połączenia z siecią, BESS może wspierać:

• Regulację częstotliwości
• Wsparcie napięcia
• Przesuwanie w czasie energii odnawialnej
• Zarządzanie obciążeniem szczytowym
• Zmniejszanie przeciążeń sieci
• Wsparcie mocy
• Zasilanie awaryjne
• Strategie „black-start” (ponownego rozruchu)
• Odroczenie modernizacji transmisji i dystrybucji

Departament Energii USA opisuje magazynowanie energii z baterii jako coraz ważniejsze źródło odporności, elastyczności, integracji odnawialnych źródeł energii i stabilności sieci w swoim raporcie dotyczącym systemów magazynowania energii z baterii.

Dla przedsiębiorstw energetycznych główną zaletą jest sterowność. Energia słoneczna i wiatrowa zależą od dostępnych zasobów naturalnych, ale zmagazynowana energia może być planowana i przesyłana zgodnie z wymaganiami sieci.

Integracja energii odnawialnej bez marnowania czystej energii

Generacja słoneczna często osiąga szczyt w środku dnia, podczas gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną może pozostać wysokie po zachodzie słońca. Produkcja wiatrowa może również wzrastać w okresach stosunkowo niskiego zapotrzebowania.

BESS do integracji energii odnawialnej gromadzi tę nadwyżkę energii i dostarcza ją później. Proces ten może zmniejszyć ograniczenia, wygładzić zmienną produkcję, poprawić dokładność prognoz i uczynić energię odnawialną bardziej sterowalną.

Departament Energii USA wyjaśnia, że magazynowanie energii słonecznej może dostarczać energię elektryczną po zachodzie słońca, jednocześnie wygładzając wahania produkcji słonecznej.

Prawidłowo zaprojektowany system „solar-plus-storage” może zatem:

• Zwiększyć autokonsumpcję energii słonecznej
• Przesuwać dzienną produkcję PV na wieczorne zapotrzebowanie
• Wspierać krytyczne obciążenia podczas awarii sieci
• Zmniejszyć wpływ nagłych wahań energii słonecznej
• Poprawić wartość komercyjną generacji odnawialnej

Dlatego integracja energii odnawialnej stała się jednym z najsilniejszych przypadków zastosowania dla rozproszonych i wielkoskalowych magazynów energii z baterii.

BESS dla sektora komercyjnego i przemysłowego: przekształcanie elastyczności w oszczędności

Komercyjny i przemysłowy BESS może pomóc fabrykom, magazynom, hotelom, szpitalom, gospodarstwom rolnym, kopalniom i centrom danych w zarządzaniu kosztami energii elektrycznej i ryzykiem operacyjnym.

Jednym z jego najcenniejszych zastosowań jest ograniczanie szczytów zapotrzebowania. System rozładowuje się, gdy zapotrzebowanie obiektu zbliża się do drogiego szczytu, zmniejszając ilość energii z sieci kupowanej w tym przedziale. Tam, gdzie taryfy obejmują opłaty za moc lub ceny uzależnione od pory dnia, może to przynieść znaczące oszczędności.

Inne zastosowania w sektorze komercyjnym i przemysłowym obejmują:

• Przesuwanie obciążenia i arbitraż energetyczny
• Autokonsumpcja energii słonecznej
• Zasilanie awaryjne dla krytycznych procesów
• Działanie mikrosieci
• Udział w programach redukcji zapotrzebowania
• Wsparcie jakości energii
• Zarządzanie ładowaniem pojazdów elektrycznych

Firmy zastanawiające się, jak obniżyć koszty energii elektrycznej dzięki technologii BESS, powinny zacząć od danych dotyczących obciążenia w odstępach czasu, struktury taryfowej, historii awarii, dostępnej generacji słonecznej i wymagań dotyczących obciążeń krytycznych. Prawidłowe wymiarowanie zależy od rzeczywistego celu operacyjnego – a nie tylko od całkowitego dziennego zużycia energii elektrycznej.

Wielkoskalowe magazynowanie energii z baterii dla stabilności sieci

Wielkoskalowe magazynowanie energii z baterii działa na skalę megawatów lub gigawatogodzin i może być instalowane obok farm słonecznych, projektów wiatrowych, podstacji, aktywów energetycznych lub głównych centrów obciążenia.

Projekty te mogą przenosić duże ilości energii z okresów niskiego zapotrzebowania na okresy wysokiego zapotrzebowania. Mogą również świadczyć usługi pomocnicze, dostarczać moc, kontrolować tempo narastania i wspierać sieć.

Jednak wartość projektu zależy od czegoś więcej niż tylko pojemności baterii. Deweloperzy muszą ocenić:

• Wymagany czas rozładowania
• Oczekiwana częstotliwość cykli
• Pojemność połączenia z siecią
• Architektura AC- lub DC-sprzężona
• Zasady uczestnictwa w rynku
• Warunki na miejscu i temperatura otoczenia
• Strategia degradacji i wzmocnienia
• Wymagania dotyczące transformatorów i rozdzielnic
• Koszty eksploatacji i konserwacji

Najlepsza wielkoskalowa konstrukcja to taka, która odpowiada jasno zdefiniowanemu przypadkowi użycia i modelowi przychodów.

Dlaczego magazynowanie energii z baterii LiFePO4 jest powszechnie stosowane

Magazynowanie energii z baterii LiFePO4, znane również jako magazynowanie energii z fosforanu litowo-żelazowego, stało się wiodącą opcją dla stacjonarnych zastosowań BESS. Oferuje użyteczną równowagę między żywotnością cyklową, stabilnością termiczną, wydajnością i trwałością operacyjną.

LiFePO4 jest szczególnie odpowiednie tam, gdzie codzienne cyklowanie i długa żywotność są ważniejsze niż osiągnięcie najwyższej możliwej gęstości energii. Jest powszechnie stosowane w szafach komercyjnych, wewnętrznych szafach baterii, mikrosieciach, systemach magazynowania energii słonecznej i kontenerowych projektach użyteczności publicznej.

Jednak bezpieczniejsza chemia nie eliminuje potrzeby ochrony na poziomie systemu. Każdy projekt nadal wymaga odpowiedniego BMS, zarządzania termicznego, ochrony elektrycznej, kontroli ryzyka pożaru, monitorowania i procedur instalacyjnych.

Aby zrozumieć jej chemię i zastosowania, zobacz ten kompletny przewodnik po zaletach, działaniu, bezpieczeństwie i żywotności baterii LiFePO4.

Bezpieczeństwo BESS zaczyna się od skoordynowanych systemów sterowania

System zarządzania baterią zapewnia nadzór na poziomie ogniw, ale jest tylko jedną warstwą ochrony. Zazwyczaj komunikuje się z systemem zarządzania energią, systemem konwersji mocy, sterowaniem chłodzeniem, detekcją pożaru i sterownikiem obiektu.

Niezawodna strategia bezpieczeństwa BESS powinna uwzględniać:

• Jakość i identyfikowalność ogniw
• Ochronę przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem
• Zabezpieczenie nadprądowe i zwarciowe
• Monitorowanie temperatury ogniw i modułów
• Monitorowanie izolacji i usterek uziemienia
• Wykrywanie dymu, ciepła i gazu
• Zatrzymywanie lub tłumienie ognia
• Awaryjne wyłączanie
• Zdalne alarmy i rejestry operacyjne
• Obowiązujące lokalne przepisy i wymagania certyfikacyjne

Aby uzyskać więcej szczegółów na temat ochrony na poziomie ogniw, zapoznaj się z artykułem dlaczego BMS jest niezbędny dla baterii LiFePO4.

Zrozumienie kosztów i ekonomiki projektów BESS

Koszt systemu magazynowania energii z baterii nie może być oceniany wyłącznie na podstawie ceny za kilowatogodzinę. Dwa systemy o tej samej nominalnej pojemności mogą oferować różną energię użytkową, żywotność cyklową, wydajność, wydajność chłodzenia, gwarancje i zakres integracji.

Realistyczna ocena powinna obejmować:

• Koszt baterii i PCS
• Integracja EMS i sterowania
• Transformatory i rozdzielnice
• Prace cywilne i instalacja
• Wysyłka i uruchomienie
• Połączenie i pozwolenia
• Zużycie energii pomocniczej
• Konserwacja zapobiegawcza
• Degradacja baterii
• Przyszłe zwiększenie pojemności

Ekonomika projektu poprawia się, gdy jeden zasób obsługuje wiele kompatybilnych funkcji. System może łączyć ograniczanie szczytów, autokonsumpcję energii słonecznej, zasilanie awaryjne i reakcję na zapotrzebowanie – ale model finansowy musi unikać liczenia usług, których nie można świadczyć jednocześnie.

Przyszłość technologii BESS

Kolejny etap rozwoju BESS będzie kształtowany przez inteligentniejsze oprogramowanie, sterowanie kształtujące sieć, konserwację predykcyjną, ulepszone zarządzanie termiczne, alternatywne chemiczne składniki baterii, recykling i magazynowanie energii o dłuższym czasie trwania.

Sztuczna inteligencja może poprawić prognozowanie obciążenia, wykrywanie usterek, planowanie wysyłki i szacowanie stanu baterii. Systemy konwersji energii kształtujące sieć mogą również pomóc zasobom opartym na inwerterach w obsłudze stabilnych sieci z wysokim poziomem generacji słonecznej i wiatrowej.

Mimo to przyszły sukces będzie zależał od zdyscyplinowanej integracji systemów. Chemia baterii, strategia działania, pojemność PCS, czas trwania, chłodzenie, bezpieczeństwo i wymagania sieciowe muszą być projektowane wspólnie.

Technologia BESS zmienia współczesną energetykę, ponieważ przekształca energię elektryczną z towaru do natychmiastowego użycia w zasób sterowalny. Dla firm może to oznaczać niższe koszty i większą odporność. Dla projektów odnawialnych może to oznaczać mniejsze ograniczenia i więcej energii dyspozycyjnej. Dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej stanowi szybkie i elastyczne narzędzie do utrzymania niezawodnej sieci.