Integrace do sítě komerčních a průmyslových systémů pro ukládání energie (C&I ESS)

S rozvojem automobilového průmyslu jsou nové zdroje energie, jako je sluneční, větrná a přílivová energie, stále více integrovány do nabíjecích stanic vozidel. Vytváření rovnováhy mezi nesrovnalostmi nabídky a poptávky elektřiny v různých časových obdobích a překonávání místních omezení pro velkéměrné skladování energie u nabíjecích stanic vedlo k tomu, že komerční a průmyslové (C&I) systémy skladování energie se staly klíčovým bodem v aplikacích elektrických sítí.

Tento článek se zabývá jejich různými použití v elektrických sítích, pokrývá technické vlastnosti, operační principy atd. Taktéž zkoumá technické a ekonomické výzvy, kterým čelí nasazení C&I systémů skladování energie, a předpokládá budoucí trendy vývoje.

1. Pozadí

V kontextu globální energetické transformace a zhoršující se ekologického tlaku čelí elektrické systémy rostoucím výzvám: intermittence/nestabilita nových zdrojů energie, neustálý růst poptávky po elektřině a rostoucí požadavky na kvalitu energie. Nabíjecí stanice elektrických vozidel a zařízení pro skladování energie C&I jsou často umístěny blízko městských oblastí, což jim klade přísná omezení na velikost lokality. Systémy C&I pro skladování energie nabízejí flexibilní a efektivní řešení pro problémy stability dodávky energie, přičemž obejdou bariéry výstavby velkéměrného skladování z důvodu omezení prostoru, čímž otevírají novou cestu pro spolehlivost a dostupnost sítě.

2 Přehled komerčních a průmyslových systémů skladování energie
2.1 Pracovní princip

Komerční a průmyslový systém skladování energie ukládá elektrickou energii v specifických médiích, jako jsou baterie a superkapacity, pomocí systému převodu energie (PCS). Když je třeba, uvolňuje uloženou energii, umožňuje plánování elektrické energie a regulaci výkonu. Typicky se systém skladování energie skládá z baterií, systému správy baterií (BMS), systému správy energií (EMS), modulu kombinace stejnosměrného proudu, PCS a výstupního systému. Schéma systému skladování energie je znázorněno na obrázku 1.

2.2 Typy a vlastnosti

(1) Celkový skříňový režim. Vzhledem se podobá distribuční skříni, zabírá relativně málo místa, proto je vhodný pro instalaci v scénářích s omezeným prostorem. S vysokou mírou modularizace je snadno transportovatelný, rozšiřitelný a servisní.

(2) Rozdělený skříňový režim

Vzhledem k omezení velikosti skříně je jeho kapacita relativně malá (typicky 200 kWh), což odpovídá scénářům s nízkou kapacitou. Pro větší potřeby skladování energie lze spojit více skříní.

Rozdělený skříňový režim kombinuje bateriovou skříň a skříň systému řízení (obvykle ≤2 bateriové skříně, např. konfigurace 1 + 1/1 + 2). Ačkoli zabírá více místa (proti celkovému režimu), je vhodný pro scénáře s volnějšími omezeními prostoru.

Základní funkce jsou modularizované: bateriová skříň se specializuje na skladování/řízení energie, s nezávislým chlazením (vzduch/tekutina), protipožárními a výbušně bezpečnými návrhy. Skříň řízení se stará o koordinaci systému, sběr baterií a převod energie.

To zvyšuje spolehlivost a udržitelnost — selhání v jednom modulu narušuje ostatní, a počet bateriových skříní flexibilně reaguje na různé požadavky. Oba režimy jsou znázorněny na obrázku 2.

3 Použití komerčních a průmyslových systémů skladování energie
3.1 Snížení vrcholového výkonu

Komerční a průmysloví uživatelé ukazují rozdíly v spotřebě elektřiny mezi vrcholy a údolími. Nabití během off-peak období a vybití během vrcholových období pomáhají systémy skladování energie vyrovnat zátěže, snížit náklady na elektřinu a zmírnit tlak na dodávku sítě během vrcholových hodin, čímž zlepšují efektivitu provozu sítě.

3.2 Zlepšení kvality energie

Systémy skladování energie mohou rychle reagovat na problémy s kvalitou energie v síti. Zlepšují kvalitu energie poskytováním nebo absorpcí reaktivní energie, stabilizací kolísání napětí a zmírnění harmonických složek.

3.3 Záložní zdroj energie

Při selháních nebo výpadcích sítě fungují systémy skladování energie jako záložní zdroje, poskytují krátkodobé dodávky elektřiny pro komerční a průmyslové uživatele. To minimalizuje ztráty a zlepšuje spolehlivost dodávky energie.

3.4 Integrace obnovitelných zdrojů energie

Pro komerční a průmyslové uživatele s distribuovanými obnovitelnými zdroji energie (např. sluneční, větrná, přílivová energie) ukládají systémy skladování energie nadbytečnou výrobu. Během období nízké výroby obnovitelných zdrojů (např. bez slunečního světla nebo slabého větru) uvolňují uloženou energii, což zvyšuje využití obnovitelné energie v síti a urychljuje energetickou transformaci. Úspěšným příkladem je integrovaná solární-nabíjecí stanice, která optimalizuje charakteristiky fotovoltaické energie.

4 Výzvy v aplikacích
4.1 Technické výzvy

(1) Pokud jde o životnost, výkon a efektivitu nabíjení a vybíjení baterií: i když některé aktuální produkty dosahují nulového propadu kapacity za 5 let a efektivitu převodu PCS přes 95 %, technické průlomové výsledky zůstávají obtížné. Optimalizace strategií správy baterií a zlepšení efektivity převodu se staly klíčovými faktory konkurenceschopnosti produktů.

(2) Pokud jde o stabilitu baterií a bezpečnost systému: v porovnání s velkéměrným skladováním energie jsou komerční a průmyslové systémy skladování energie blíže k bytovým oblastem. Proto jsou systémy termálního řízení baterií, protipožární systémy a výbušně bezpečné systémy klíčové pro zajištění stability baterií a bezpečnosti systému.

4.2 Ekonomické výzvy

(1) Vysoké počáteční investiční náklady a dlouhé období návratnosti.

(2) Současně dochází k tomu, že příjmy z komerčního a průmyslového skladování energie pocházejí především z arbitráže cen vrcholu a údolí, a udržitelnost a stabilita těchto příjmů potřebují zlepšení.

5 Závěr

Komerční a průmyslové systémy skladování energie mají široké výhledy a významné využití v elektrických sítích, hrají různé role. Nejenže pomáhají zlepšit stabilitu a spolehlivost sítě, ale také přinášejí ekonomické výhody uživatelům, podporují efektivní využití energie a udržitelný rozvoj. Nicméně stále existuje mnoho technických a ekonomických výzev. Je třeba dále usilovat o posílení inovací v technologii, zlepšení tržních mechanismů a politik, aby se podpořilo široké využití a zdravý rozvoj komerčních a průmyslových systémů skladování energie.