Kaupallisten ja teollisten energiavarastojärjestelmien (C&I ESS) verkon integrointi

Kun autoalan kehittyy, uusia energialähteitä, kuten aurinko-, tuuli- ja aaltoenergiaa, integroidaan yhä enemmän ajoneuvojen latauspisteisiin. Voiman tarjonnan - kysynnän epäsuhtauksien tasapainottaminen eri ajanjaksoissa ja sijaintiin liittyvien rajoitusten ylittäminen suurten energiavarastojen latauspisteissä on tehnyt kaupallista ja teollista (C&I) energiavarausta keskeiseksi voimaverkkojen sovelluksessa.

Tässä artikkelissa käsitellään niiden monipuolisia käyttötarkoituksia voimaverkoissa, kattamalla tekniset ominaisuudet, toimintaperiaatteet jne. Siinä myös tarkastellaan C&I-energiavarausten käyttöönottoon liittyviä teknisiä ja taloudellisia haasteita sekä ennustetaan tulevia kehityssuuntia.

1. Tausta

Maailmanlaajuisen energiamuutoksen ja pahenevien ekologisten paineiden keskellä voimajärjestelmät kohtaavat kasvavia haasteita: uuden energian satunnaisuutta/vaihtelua, sähköntarpeen jatkuvaa kasvua ja sähkölaadun vaatimusten nousua. Sähköautojen latauspisteet ja C&I-energiavaraustilat sijaitsevat usein kaupunkialueiden läheisyydessä, jossa on tiukat sijaintirajoitukset. C&I-energiavaraus tarjoaa joustavan ja tehokkaan ratkaisun voimatarjonnan vakauttamiseen, välttäen samalla suurten varastojen rakentamisen esteitä tilarajoitteiden vuoksi, mukaillen uuden polun verkon luotettavuudelle ja saatavuudelle.

2 Kaupallisten ja teollisten energiavarausten yleiskatsaus
2.1 Toimintaperiaate

Kaupallinen ja teollinen energiavaraus tallentaa sähköenergian tiettyihin mediaihin, kuten akkuun ja superkapasiteettiin, Voimanmuuntajajärjestelmän (PCS) avulla. Kun sitä tarvitaan, se vapauttaa tallennetun energian, mahdollistaen sähköenergian aikatauluttamisen ja voiman säätelyn. Yleensä energiavarastojärjestelmä koostuu akkuista, Akkujen hallintajärjestelmästä (BMS), Energiavalvonnan järjestelmästä (EMS), DC-yhdistämismoduulista, PCS:stä ja ulosjohdosta. Energivarastojärjestelmän piirikaavio on näkyvissä kuvassa 1.

2.2 Tyypit ja ominaisuudet

(1) Kaikki-sisällä oleva kaappi. Se näyttää ulkopuolelta jakeluasemalta, ja se vie suhteellisen vähän tilaa, joten se sopii rajallisilla tiloilla tapahtuvaan asennukseen. Korkean modulaarisuuden ansiosta sen kuljetus, laajentaminen ja huolto ovat helpompia.

(2) Jakautunut kaappimuoto

Kaappikoon rajoitteen vuoksi sen kapasiteetti on suhteellisen pieni (yleensä 200 kWh), mikä sopii alhaiseen kapasiteettiin. Monia kaappeja voidaan yhdistää suurempiin energiavaraustarpeisiin.

Jakautunut kaappimuoto yhdistää akku-kaappin ja järjestelmän hallintakaapin (yleensä ≤2 akku-kaappia, esimerkiksi 1 + 1/1 + 2 -asettelut). Vaikka se vie enemmän tilaa (kaikki-sisällä olevaa verrattuna), se sopii tapauksiin, joissa tilavaatimukset ovat löyhämmät.

Ytimfunktiot on modulaarisia: akku-kaappi erikoistuu energiavaraan/hallintaan, riippumattomalla jähdyttelyllä (ilma/vesi), palovaroitus- ja räjähdysvarusteilla. Hallintakaappi hoitaa järjestelmän koordinoinnin, akkujen yhdistämisen ja voiman muuntamisen.

Tämä parantaa luotettavuutta ja huollon helppousta — yhden moduulin virhetilanteet eivät häiritse muita, ja akku-kaappien määrä mukautuu monipuolisesti eri tarpeisiin. Molempien muotojen havainnollistus on kuvassa 2.

3 Kaupallisten ja teollisten energiavarausten soveltaminen
3.1 Voiman huippujen tasaus

Kaupalliset ja teolliset käyttäjät näyttävät huippu-alakierreeroituksen erotuksen sähköntarpeessa. Lataamalla huippuajoista ja purkamalla huippuajoissa energiavarastojärjestelmät auttavat tasamaan kuormituksen, vähentävät sähkönkustannuksia ja lievittävät verkon tarjontapaineita huippuajoissa, mikä parantaa verkon toiminnan tehokkuutta.

3.2 Voiman laadun parantaminen

Energivarastojärjestelmät voivat nopeasti reagoida voimanlaatuongelmiin verkossa. Ne parantavat voimanlaatua tarjoamalla tai absorboimalla reaktiivivoimaa, stabilisoimalla jännitevaihteluja ja lievittämällä harmonioita.

3.3 Varmuussähkölähdetehtävä

Kun verkkohäiriöt tai katkokset tapahtuvat, energivarastojärjestelmät toimivat varmuussähkölähteinä, tarjoten lyhytaikaisen sähköntarpeen kaupallisille ja teollisille käyttäjille. Tämä minimoi tappiot ja parantaa sähköntarjonnan luotettavuutta.

3.4 Uusiutuvan energian integrointi

Kaupallisille ja teollisille käyttäjille, joilla on hajautettua uusiutuvaa energiaa (esimerkiksi aurinko-, tuuli- ja aaltoenergiaa), energivarastojärjestelmät tallentavat ylijäämäistä uusiutuvaa tuotantoa. Ne purkavat tallennettua energiaa aikoina, jolloin uusiutuva tuotanto on heikkoa (esimerkiksi ilman päivävaloa tai heikolla tuulella), mikä parantaa uusiutuvan energian käyttöä verkossa ja kiihdyttää energiamuutosta. Onnistunut esimerkki on integroitu aurinko-varasto-latauspiste, joka optimoi fotovoltaisten voimaloiden ominaisuudet.

4 Sovelluksen haasteet
4.1 Tekniset haasteet

(1) Akun käyttöikä, suorituskyky ja lataus-purkusuorituskyky: Vaikka jotkin nykyiset tuotteet saavuttavat nollan kapasiteettihäviön viiden vuoden aikana ja PCS-muuntamistehon yli 95 %, tekniset läpimurrot ovat edelleen vaikeita. Akun hallintastrategioiden optimointi ja muuntamistehon parantaminen ovat tärkeitä tuotteen kilpailukyvylle.

(2) Akun vakauden ja järjestelmän turvallisuuden suhteen: Vertailtaessa suuriin energiavarastoihin, kaupalliset ja teolliset energiavarastot sijaitsevat lähempänä asuinalueita. Siksi akun lämpöhallintajärjestelmät, räjähdysvarusteet ja palovaroitusjärjestelmät ovat olennaisia akun vakauden ja järjestelmän turvallisuuden takaamiseksi.

4.2 Taloudelliset haasteet

(1) Korkea alkuperäisinvestointikustannukset ja pitkä takaisinmaksuajanjakso.

(2) Nykyisin kaupalliset ja teolliset energiavarastotulot tulevat pääasiassa huippu-alakierreeroinnin hinta-arbitraazista, ja tulosten kestävyys ja vakaus tarvitsevat parantamista.

5 Johtopäätös

Kaupalliset ja teolliset energiavarastojärjestelmät ovat laajat mahdollisuudet ja merkittävä sovellusarvo voimaverkoissa, täyttävät monipuolisia rooleja. Ne auttavat paitsi parantamaan verkon vakautta ja luotettavuutta, mutta myös tuovat käyttäjille taloudellista hyötyä, edistävät tehokasta energian käyttöä ja kestävää kehitystä. Kuitenkin monia tekniikka- ja taloushaasteita vielä on. Lisäeffekteja tarvitaan teknologian innovaation vahvistamiseen, markkinamekanismien ja -politiikkojen parantamiseen, ja kaupallisten ja teollisten energiavarastojärjestelmien laajan soveltamisen ja terveen kehityksen edistämiseen.