Integrering af kommercielle og industrielle energilagringssystemer (C&I ESS)

Efterhånden som bilindustrien udvikler sig, bliver nye energikilder som sol-, vind- og tidvandkraft mere og mere integreret i opladningsstationer til køretøjer. Balancering af uligheder mellem strømforsyning og -efterspørgsel over forskellige tidsperioder samt overvinding af stedrelaterede begrænsninger for stor-skala energilagringsoplader har gjort kommercielle og industrielle (C&I) energilagringsystemer til et fokuspunkt i anvendelser af strømnet.

Denne artikel udforsker deres diverse anvendelsesområder i strømnet, dækker tekniske egenskaber, driftsprincipper osv. Den undersøger også de tekniske og økonomiske udfordringer, som C&I energilagring møder, og forudsiger fremtidige udviklingstrender.

1. Baggrund

I lyset af den globale energiovergang og voksende økologiske pres, står strømsystemer over for stigende udfordringer: intermittens/variabilitet i ny energi, kontinuerlig vækst i efterspørgslen efter elektricitet og højere krav til strømkvalitet. Opladningsstationer til elektriske køretøjer og C&I energilagringsanlæg er ofte beliggende nær byområder, hvor de står over for strenge begrænsninger i areal. C&I energilagring tilbyder en fleksibel, effektiv løsning på problemer med strømforsyningsstabilitet, samtidig med at den omgår barrierer ved stor-skala lagring pga. pladsbegrænsninger, hvilket åbner op for en ny vej for netets pålidelighed og tilgængelighed.

2 Oversigt over kommercielle og industrielle energilagringsystemer
2.1 Funktionsprincip

Et kommercielt og industriel energilagringsystem lagrer elektrisk energi i specifikke medier, såsom batterier og superkapacitorer, via et Strømkonverteringssystem (PCS). Når det er nødvendigt, frigiver det den lagrede energi, hvilket gør det muligt at planlægge elektrisk energi og regulere strøm. Typisk består energilagringsystemet af batterier, et Batterihanteringssystem (BMS), et Energihanteringssystem (EMS), en DC-sammenføjningsmodule, et PCS og et udsendelsessystem. Skematisk illustration af energilagringsystemet vises på figur 1.

2.2 Typer og egenskaber

(1) Alt-i-én skabsløsning. Det ligner et fordelingsskab i udseende, optager relativt lidt plads, og er derfor velegnet til installation i situationer med begrænset plads. Med en høj grad af modularitet er det let transportabelt, kan udvides og vedligeholdes.

(2) Split-skabsløsning

Pga. begrænsningen i skabets størrelse, er dens kapacitet relativt lille (typisk 200 kWh), passende til lav-kapacitets-scenarier. Flere skabe kan monteres sammen for større energilagringsbehov.

Split-skabsløsningen kombinerer et batteriskab og et systemkontrolskab (normalt ≤2 batteriskabe, fx 1 + 1/1 + 2 konfigurationer). Selvom det optager mere plads (i forhold til alt-i-én), passer det til scenarier med mindre strenge pladsbegrænsninger.

Kernefunktioner er modulariseret: batteriskabet specialiserer sig i energilagring/forvaltning, med uafhængig køling (luft/væske), brandbekæmpelse og eksplosionsbeskyttelse. Kontrolskabet håndterer systemkoordinering, batterisammenføjning og strømkonvertering.

Dette forbedrer pålidelighed og vedligeholdelighed — fejl i en module påvirker ikke andre, og antallet af batteriskabe kan fleksibelt tilpasses forskellige behov. Begge løsninger illustreres på figur 2.

3 Anvendelse af kommercielle og industrielle energilagringsystemer
3.1 Reduktion af spidsbelastning

Kommercielle og industrielle brugere viser top-dal-forskelle i elektricitetsbelastning. Ved at oplade under lavspændingsperioder og aflade under topspændingsperioder, hjælper energilagringsystemer med at balancere belastninger, reducere strømudgifter og lette pres på strømforsyning under topspændingsperioder, hvilket forbedrer effektiviteten af netdrift.

3.2 Forbedring af strømkvalitet

Energilagringsystemer kan hurtigt reagere på kvalitetsproblemer i strømnettet. De forbedrer strømkvaliteten ved at levere eller absorbere reaktiv effekt, stabilisere spændningsfluktuationer og mindske harmoniske.

3.3 Reservestrømforsyning

Når der opstår fejl eller afbrydelser i strømnettet, fungerer energilagringsystemer som reservespændingskilder, der leverer kortvarig elektricitet til kommercielle og industrielle brugere. Dette minimere tab og forbedrer pålideligheden af strømforsyningen.

3.4 Integration af vedvarende energi

For kommercielle og industrielle brugere med decentraliseret vedvarende energi (fx sol-, vind- og tidvandkraft), lager energilagringsystemer overskuddet fra vedvarende produktion. De aflader den lagrede strøm under perioder med lav vedvarende produktion (fx ingen sollys eller svag vind), hvilket øger udnyttelsen af vedvarende energi i strømnettet og accelererer energiovergangen. Et vellykket eksempel er den integrerede sol-lagring-opladningsstation, der optimerer fotovoltaiske strømegenskaber.

4 Udfordringer i anvendelse
4.1 Tekniske udfordringer

(1) Angående batteriets levetid, ydeevne og opladnings-effektivitet: Selvom nogle nuværende produkter opnår nul kapacitetsnedgang over 5 år og PCS-konverteringseffektivitet over 95%, er tekniske gennembrud stadig vanskelige. Optimering af batterihanteringsstrategier og forbedring af konverteringseffektivitet er blevet centrale for produktkonkurrence.

(2) Angående batteristabilitet og systemsikkerhed: I forhold til stor-skala energilagring, er kommerciel og industriel energilagring tættere på beboelsesområder. Derfor er batteritermostyringssystemer, eksplosionsbeskyttelsessystemer og brandbekæmpelsessystemer afgørende for at sikre batteristabilitet og systemsikkerhed.

4.2 Økonomiske udfordringer

(1) Høje indledende investeringsomkostninger og lange tilbagevinstperioder.

(2) I øjeblikket kommer de kommercielle og industrielle energilagringsindtægter hovedsagelig fra spids-dal-prisarbitrage, og bæredygtigheden og stabiliteten af indtægterne skal forbedres.

5 Konklusion

Kommercielle og industrielle energilagringsystemer har bred udsigt og betydelig anvendelsesværdi i strømnets, spiller mange roller. De bidrager ikke bare til at forbedre strømnets stabilitet og pålidelighed, men bringer også økonomiske fordele til brugerne, fremmer effektiv energiudnyttelse og bæredygtig udvikling. Dog findes der stadig mange tekniske og økonomiske udfordringer. Yderligere bestræbelser er nødvendige for at styrke teknologisk innovation, forbedre markedsmechanismer og politikker, og fremme bred anvendelse og sund udvikling af kommercielle og industrielle energilagringsystemer.