Интеграция на енергийни накопителни системи за търговски и промишлени нужди (C&I ESS)

С развитието на автомобилната индустрия, нови източници на енергия като слънчева, вятърна и приливна енергия се интегрират все повече в зарядните станции за превозни средства. Балансирането на несъответствията между предложението и потреблението на енергия в различни периоди и преодоляването на ограниченията, свързани с местоположението, за масштабни системи за съхранение на енергия, са направили комерсиалните и индустриални (C&I) системи за съхранение на енергия фокус на приложенията в електрическата мрежа.

Тази статия разглежда техническите характеристики, принципите на работа и други аспекти на тяхното разнообразие от приложения в електрическата мрежа. Тя анализира и техническите и икономическите предизвикателства, пред които са изправени разположенията на C&I системи за съхранение на енергия, и прогнозира бъдещите тенденции за развитие.

1. Фон

В контекста на глобалния преход към енергия и влошаващото се екологично натиск, електрическите системи се сблъскват с нарастващи предизвикателства: интермитентност/вариабилност на новата енергия, непрекъснат растеж на потреблението на електроенергия и повишаващи се изисквания за качество на електроенергията. Зарядните станции за електромобили и C&I системите за съхранение на енергия често се намират близо до градски райони, което води до строги ограничения относно размера на мястото. C&I системите за съхранение на енергия предлагат гъвкаво и ефективно решение за проблемите, свързани със стабилността на доставката на енергия, избягвайки барери, свързани с големите размери на съоръженията за съхранение поради ограниченията по пространство, и отварят нов път за надеждността и достъпността на мрежата.

2 Преглед на комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия
2.1 Принцип на действие

Комерсиалната и индустриална система за съхранение на енергия съхранява електрическа енергия в специфични медии, като батерии и суперкондензатори, чрез система за преобразуване на енергия (PCS). Когато е необходимо, тя освобождава съхранената енергия, позволявайки планиране на електрическата енергия и регулиране на мощността. Обикновено системата за съхранение на енергия се състои от батерии, система за управление на батерии (BMS), система за управление на енергия (EMS), модул за комбиниране на DC, PCS и изходна система. Схематичната диаграма на системата за съхранение на енергия е показана на фигура 1.

2.2 Видове и характеристики

(1) Интегриран режим на кабинет. Изглежда като разпределителен кабинет, заема относително малко пространство, затова е подходящ за установяване в ситуации с ограничен пространствен обем. С висока степен на модуларизация, той е удобен за транспортиране, разширяване и поддръжка.

(2) Разделен режим на кабинет

При ограничен размер на кабинета, неговата капацитет е относително малък (обикновено 200 кВт), подходящ за сценарии с ниска капацитет. Много кабинети могат да бъдат съчетани за по-големи нужди за съхранение на енергия.

Разделеният режим на кабинет комбинира кабинет за батерии и системен контролен кабинет (обикновено ≤2 кабинета за батерии, например конфигурация 1 + 1/1 + 2). Макар да заема повече пространство (в сравнение с интегрирания), той е подходящ за сценарии с по-малко строги ограничения по пространство. Основните функции са модуларизирани: кабинетът за батерии специализира в съхранение/управление на енергия, с независими охлаждане (въздух/течност), пожарна защита и взривобезопасен дизайн. Контролната кабина се грижи за координацията на системата, събирането на батерии и преобразуването на мощност.

Това подобрява надеждността и обслужваемостта — дефектите в един модул не прекъсват другите, а количеството на кабинети за батерии може гъвкаво да се адаптира към различни нужди. Двата режима са илюстрирани на фигура 2.

3 Приложение на комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия
3.1 Снижение на пики на мощността

Комерсиалните и индустриални потребители показват разлики в електроенергийния им товар. Чрез зареждане в часове на ниска активност и разрядване в часове на висока активност, системите за съхранение на енергия помагат за балансиране на товара, намаляване на разходите за електроенергия и облекчаване на натиска върху доставката на енергия в часове на висока активност, което подобрява ефективността на операциите на мрежата.

3.2 Подобряване на качеството на енергията

Системите за съхранение на енергия могат бързо да реагират на проблеми, свързани с качеството на енергията в мрежата. Те подобряват качеството на енергията, като доставят или абсорбират реактивна мощност, стабилизират колебанията на напрежението и намаляват хармониките.

3.3 Резервен източник на енергия

При аварии или прекъсвания на мрежата, системите за съхранение на енергия служат като резервни източници на енергия, предоставяйки краткосрочна електроенергия за комерсиални и индустриални потребители. Това минимизира загубите и подобрява надеждността на доставката на енергия.

3.4 Интеграция на възобновяема енергия

За комерсиални и индустриални потребители с разпределена възобновяема енергия (например слънчева, вятърна, приливна), системите за съхранение на енергия съхраняват излишната възобновяема енергия. Те използват съхранената енергия в периоди на ниска продукция на възобновяема енергия (например без слънце или слаб вятър), увеличавайки използването на възобновяема енергия в мрежата и ускорявайки прехода към енергия. Успешен пример е интегрираната станция за слънчева енергия, съхранение и зареждане, която оптимизира характеристиките на фотоелектрическата енергия.

4 Предизвикателства в приложението
4.1 Технически предизвикателства

(1) Със спазването на продължителността на живота на батерията, производителността и ефективността на зареждане-разрядване: Въпреки че някои съвременни продукти достигат нулево намаляване на капацитета за 5 години и ефективност на преобразуване на PCS над 95%, техническите прориви остават трудни. Оптимизирането на стратегиите за управление на батерии и подобряването на ефективността на преобразуване са станали ключови за конкурентоспособността на продуктите.

(2) Спазването на стабилността на батерията и безопасността на системата: В сравнение с големите системи за съхранение, комерсиалните и индустриални системи за съхранение са по-близо до жилищни райони. Ето защо системите за термално управление, взривобезопасност и пожарна защита са критични за гарантирането на стабилността на батерията и безопасността на системата.

4.2 Икономически предизвикателства

(1) Високи начинателни инвестиционни разходи и дълги периоди на възвръщаемост.

(2) В момента, основните приходи от комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия идват от арбитраж на цените в пики и долини, и устойчивостта и стабилността на приходите трябва да бъдат подобрени.

5 Заключение

Комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия имат широки перспективи и значителна приложна стойност в електрическите мрежи, играейки разнообразни роли. Те не само помагат за подобряване на стабилността и надеждността на мрежата, но и приносат икономически ползи за потребителите, насърчавайки ефективното използване на енергията и устойчивото развитие. Въпреки това, все още съществуват много технически и икономически предизвикателства. Са необходими допълнителни усилия за усилване на технологичната иновация, подобряване на пазарните механизми и политики, и насърчаване на широко приложение и здраво развитие на комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия.