Integració a la xarxa de sistemes d'emmagatzematge d'energia comercials i industrials (C&I ESS)

A mesura que l'indústria automotriu evoluciona, noves fonts d'energia com la solar, l'eòlica i la maremotriz s'integren cada vegada més en les estacions de càrrega de vehicles. Equilibrar els desajusts entre l'oferta i la demanda d'energia en diferents períodes i superar les restriccions del lloc per a les estacions de càrrega d'energia emmagatzemada a gran escala han fet que els sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial (C&I) siguin un punt focal en les aplicacions de xarxes elèctriques.

Aquest article explora les diverses utilitzacions d'aquests sistemes en les xarxes elèctriques, cobrint característiques tècniques, principis operatius, etc. També examina els reptes tècnics i econòmics a què es veuen sotmesos els desplegaments d'emmagatzematge d'energia C&I i preveu les tendències de desenvolupament futur.

1. Context

Enmig de la transició energètica global i la pressió ecològica creixent, els sistemes elèctrics se'nfronten a reptes creixents: la intermittència/volatilitat de les noves energies, la demanda contínua d'electricitat i els requisits creixents de qualitat de l'energia. Les estacions de càrrega de vehicles elèctrics i les instal·lacions d'emmagatzematge d'energia C&I sovint es troben prop de zones urbanes, amb estrictes limitacions de lloc. L'emmagatzematge d'energia C&I ofereix una solució flexible i eficient als problemes de la estabilitat de l'abast d'energia, superant les barreres de la construcció d'emmagatzematge a gran escala degut a les restriccions espacials, obrint una nova via per a la fiabilitat i accessibilitat de la xarxa.

2. Visió general dels sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial
2.1 Principi de funcionament

Un sistema d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial emmagatzema l'energia elèctrica en mitjans específics, com bateries i supercondensadors, a través d'un Sistema de Conversió d'Energia (PCS). Quan és necessari, allibera l'energia emmagatzemada, permetent la planificació de l'energia elèctrica i la regulació de la potència. Normalment, el sistema d'emmagatzematge d'energia consta de bateries, un Sistema de Gestió de Bateries (BMS), un Sistema de Gestió d'Energia (EMS), un mòdul combinador DC, un PCS i un sistema de sortida. El diagrama esquemàtic del sistema d'emmagatzematge d'energia es mostra a la Figura 1.

2.2 Tipus i característiques

(1) Mode de cabina tot en un. Té una aparença similar a la d'un quadre de distribució, ocupant relativament poc espai, per tant, és adequat per a la instal·lació en escenaris amb espai limitat. Amb un alt grau de modularització, és convenient per al transport, expansió i manteniment.

(2) Mode de cabina dividida

Dues a la restricció de la mida de la cabina, la seva capacitat és relativament petita (normalment 200 kWh), adequada per a escenaris de baixa capacitat. Es poden assemblar múltiples cabs per a necessitats d'emmagatzematge d'energia més grans.

El mode de cabina dividida combina una cabina de bateria i una cabina de control del sistema (normalment ≤2 cabines de bateria, p.ex., configuracions 1 + 1/1 + 2). Tot i que consumeix més espai (en comparació amb el tot en un), és adequat per a escenaris amb limitacions d'espai menys estrictes.

Les funcions bàsiques són modularitzades: la cabina de bateria està especialitzada en l'emmagatzematge/gestió d'energia, amb dissenys independents de refrigeració (aire/líquid), extinció d'incendis i antieixamplació. La cabina de control gestiona la coordinació del sistema, la convergència de bateries i la conversió de potència.

Això augmenta la fiabilitat i la facilitat de manteniment — els errors en un mòdul no interrompen els altres, i la quantitat de cabines de bateria es pot adaptar flexiblement a diverses necessitats. Ambdós modes es mostren a la Figura 2.

3. Aplicació dels sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial
3.1 Reducció de pics de potència

Els usuaris comercials i industrials presenten diferències de pic-val en la càrrega elèctrica. Carregant durant períodes de baixa demanda i descarregant en períodes de màxima demanda, els sistemes d'emmagatzematge d'energia ajuden a equilibrar les càrregues, reduir els costos d'electricitat i aliviar la pressió de subministrament de la xarxa durant els períodes de màxima demanda, millorant així l'eficiència operativa de la xarxa.

3.2 Millora de la qualitat de l'energia

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia poden respondre ràpidament als problemes de qualitat de l'energia en la xarxa. Milloren la qualitat de l'energia proporcionant o absorbint potència reactiva, estabilitzant les fluctuacions de tensió i atenuant les harmoniques.

3.3 Subministrament d'energia d'emergència

Quan es produeixen falles o interrupcions en la xarxa, els sistemes d'emmagatzematge d'energia actuen com a fonts d'energia d'emergència, proporcionant electricitat a curt termini per a usuaris comercials i industrials. Això minimitza les pèrdues i millora la fiabilitat de l'abast d'energia.

3.4 Integració d'energies renovables

Per a usuaris comercials i industrials amb energia renovable distribuïda (p.ex., solar, eòlica, maremotriz), els sistemes d'emmagatzematge d'energia emmagatzemen la generació excedentària de renovables. Alliberen l'energia emmagatzemada en períodes de baixa producció de renovables (p.ex., sense llum solar o vent feble), augmentant així l'ús de l'energia renovable en la xarxa i accelerant la transició energètica. Un exemple exitós és l'estació integrada de solar-emmagatzematge-càrrega, que optimitza les característiques de la energia fotovoltaica.

4. Reptes en l'aplicació
4.1 Reptes tècnics

(1) En relació amb la vida útil, el rendiment i l'eficiència de càrrega-des càrrega de les bateries: encara que alguns productes actuals assolen un zero de degradació de capacitat en 5 anys i una eficiència de conversió del PCS superior al 95%, els avanços tècnics segueixen sent difícils. Optimitzar les estratègies de gestió de bateries i millorar l'eficiència de conversió han esdevingut clau en la competència dels productes.

(2) En relació amb l'estabilitat de les bateries i la seguretat del sistema: en comparació amb l'emmagatzematge d'energia a gran escala, l'emmagatzematge d'energia comercial i industrial està més a prop de les zones residencials. Per tant, els sistemes de gestió tèrmica de bateries, els sistemes antieixamplació i els sistemes d'extinció d'incendis són crítics per assegurar l'estabilitat de les bateries i la seguretat del sistema.

4.2 Reptes econòmics

(1) Els costos inicials d'inversió són elevats i els períodes de retorn són llargs.

(2) Actualment, els ingressos de l'emmagatzematge d'energia comercial i industrial provenen principalment de l'arbitratge de preus de punta-val, i la sostenibilitat i estabilitat d'aquests ingressos necessiten millorar.

5. Conclusió

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial tenen amplis prospects i un valor d'aplicació significatiu en les xarxes elèctriques, assumint diversos rols. No només ajuden a millorar la estabilitat i la fiabilitat de la xarxa, sinó que també porten beneficis econòmics als usuaris, promovint l'ús eficient de l'energia i el desenvolupament sostenible. No obstant això, encara existeixen nombrosos reptes tècnics i econòmics. Són necessaris esforços addicionals per fortaleixer la innovació tecnològica, millorar els mecanismes de mercat i les polítiques, i impulsar l'aplicació generalitzada i el desenvolupament saludable dels sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial.