Integration von kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen (C&I ESS) in das Stromnetz

Mit der Entwicklung der Automobilindustrie werden neue Energiequellen wie Solarenergie, Windenergie und Gezeitenkraft zunehmend in Ladestationen für Fahrzeuge integriert. Das Ausgleichen von Versorgungs- und Nachfrageungleichgewichten zu verschiedenen Zeitpunkten sowie das Überwinden standortbezogener Einschränkungen für großflächige Energiespeicherladestationen haben kommerzielle und industrielle (C&I) Energiespeichersysteme zum Fokus in Anwendungen des Stromnetzes gemacht.

Dieser Artikel beleuchtet ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im Stromnetz, einschließlich technischer Merkmale, Arbeitsprinzipien usw. Er untersucht auch die technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen, denen C&I-Energiespeicher bei der Umsetzung gegenüberstehen, und prognostiziert zukünftige Entwicklungsrichtungen.

1. Hintergrund

In Zeiten globaler Energiestransition und zunehmender ökologischer Druckfaktoren stehen Stromsysteme vor wachsenden Herausforderungen: Intermittenz/Volatilität neuer Energieformen, ständiges Wachstum des Strombedarfs und steigende Anforderungen an die Stromqualität. Elektroauto-Ladestationen und C&I-Energiespeicheranlagen befinden sich oft in der Nähe von Ballungsräumen und sind strengen Standortgrößenbeschränkungen unterworfen. C&I-Energiespeicher bieten eine flexible und effiziente Lösung für Stabilitätsprobleme der Stromversorgung, umgehen dabei jedoch die Barrieren der großen Speicherbauwerke aufgrund von Platzbegrenzungen und bahnen einen neuen Weg für Netzverlässlichkeit und -zugänglichkeit.

2 Übersicht über kommerzielle und industrielle Energiespeichersysteme
2.1 Arbeitsprinzip

Ein kommerzielles und industrielles Energiespeichersystem speichert elektrische Energie in bestimmten Medien, wie Batterien und Supercapacitoren, über ein Leistungsumwandlungssystem (PCS). Wenn nötig, gibt es die gespeicherte Energie ab, ermöglicht die Planung von elektrischer Energie und die Regelung der Leistung. Typischerweise besteht das Energiespeichersystem aus Batterien, einem Batteriemanagementsystem (BMS), einem Energierwartungssystem (EMS), einem DC-Kombinationsmodul, einem PCS und einem Ausgabesystem. Das Schaltbild des Energiespeichersystems ist in Abbildung 1 dargestellt.

2.2 Arten und Merkmale

(1) All-in-one-Gehäuse. Es ähnelt äußerlich einem Verteilerkasten, nimmt relativ wenig Platz ein und eignet sich daher für Installationen in räumlich begrenzten Szenarien. Mit einem hohen Grad an Modularisierung ist es leicht transportierbar, erweiterbar und wartbar.

(2) Geteiltes Gehäuse

Aufgrund der Begrenzung der Gehäusegröße ist dessen Kapazität relativ klein (typischerweise 200 kWh), was niedrigkapazitären Szenarien entspricht. Mehrere Kästen können für größere Energiespeicherbedürfnisse zusammengestellt werden.

Das geteilte Gehäuse kombiniert einen Batteriekasten und einen Systemsteuerungskasten (normalerweise ≤2 Batteriekästen, z.B. 1 + 1/1 + 2 Konfigurationen). Obwohl es mehr Platz beansprucht (im Vergleich zum All-in-one), passt es in Szenarien mit loserer Raumgrenze.

Kernfunktionen sind modularisiert: Der Batteriekasten spezialisiert sich auf Energiespeicherung/Verwaltung mit unabhängiger Kühlung (Luft/Flüssigkeit), Brandschutz und explosionsgeschütztem Design. Der Steuerungskasten übernimmt die Systemkoordination, die Batterieaggregation und die Leistungsumwandlung.

Dies erhöht Zuverlässigkeit und Wartbarkeit – Fehler in einem Modul beeinträchtigen nicht die anderen, und die Anzahl der Batteriekästen kann flexibel auf verschiedene Bedürfnisse angepasst werden. Beide Modi sind in Abbildung 2 dargestellt.

3 Anwendung kommerzieller und industrieller Energiespeichersysteme
3.1 Spitzenlastabschneidung

Kommerzielle und industrielle Nutzer zeigen Unterschiede in der Last zwischen Spitzen- und Talfällen. Durch Laden während der Niedriglastzeiten und Entladen während der Spitzenzeiten helfen Energiespeichersysteme, die Lasten auszugleichen, die Stromkosten zu reduzieren und den Versorgungsdruck im Netz während der Spitzenzeiten zu verringern, was die Netzbetriebswirtschaftlichkeit verbessert.

3.2 Verbesserung der Stromqualität

Energiespeichersysteme können schnell auf Qualitätsprobleme im Netz reagieren. Sie verbessern die Stromqualität, indem sie Blindleistung liefern oder absorbieren, Spannungsschwankungen stabilisieren und Harmonische mindern.

3.3 Notstromversorgung

Bei Netzausfällen oder -störungen dienen Energiespeichersysteme als Notstromquelle und stellen kurzfristig Strom für kommerzielle und industrielle Nutzer zur Verfügung. Dies minimiert Verluste und verbessert die Zuverlässigkeit der Stromversorgung.

3.4 Integration erneuerbarer Energien

Für kommerzielle und industrielle Nutzer mit dezentralen erneuerbaren Energien (z.B. Solarenergie, Windenergie, Gezeitenkraft) speichern Energiespeichersysteme überschüssige erneuerbare Energie. Sie geben gespeicherte Energie während Phasen geringer erneuerbarer Erzeugung (z.B. ohne Sonnenschein oder schwache Winde) ab, was die Nutzung erneuerbarer Energien im Netz fördert und die Energiewende beschleunigt. Ein erfolgreiches Beispiel ist die integrierte Solar-Speicher-Ladestation, die die Photovoltaik-Eigenschaften optimiert.

4 Herausforderungen bei der Anwendung
4.1 Technische Herausforderungen

(1) In Bezug auf die Batterielebensdauer, Leistung und Lade-Entladeffizienz: Obwohl einige aktuelle Produkte eine Null-Kapazitätsreduktion über 5 Jahre und eine PCS-Umwandlungseffizienz von über 95 % erreichen, bleiben technische Durchbrüche schwierig. Die Optimierung der Batterieverwaltungsstrategien und die Verbesserung der Umwandlungseffizienz sind Schlüssel für den Produktwettbewerb geworden.

(2) In Bezug auf Batteriestabilität und System Sicherheit: Im Vergleich zu großflächigen Energiespeichern sind kommerzielle und industrielle Energiespeicher näher an Wohngebieten. Daher sind Batterietemperaturmanagementsysteme, Explosionsvorrichtungen und Brandschutzsysteme entscheidend, um Batteriestabilität und System Sicherheit zu gewährleisten.

4.2 Wirtschaftliche Herausforderungen

(1) Hohe Anfangsinvestitionskosten und lange Amortisationszeiträume.

(2) Aktuell stammen die Einnahmen aus kommerziellen und industriellen Energiespeichern hauptsächlich aus dem Spitzen-Tal-Preis-Arbitrage, und die Nachhaltigkeit und Stabilität der Einnahmen bedürfen einer Verbesserung.

5 Fazit

Kommerzielle und industrielle Energiespeichersysteme haben weite Aussichten und bedeutenden Anwendungswert in Stromnetzen, spielen vielfältige Rollen. Sie tragen nicht nur zur Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzes bei, sondern bringen auch wirtschaftliche Vorteile für die Nutzer, fördern eine effiziente Energieverwendung und nachhaltige Entwicklung. Dennoch bestehen zahlreiche technische und wirtschaftliche Herausforderungen. Weitere Bemühungen sind erforderlich, um technologische Innovationen zu stärken, Marktmechanismen und -politiken zu verbessern und die weit verbreitete Anwendung und gesunde Entwicklung kommerzieller und industrieller Energiespeichersysteme voranzutreiben.