Integracija mreža komercijalnih i industrijskih sustava za pohranu energije (C&I ESS)

Dokument se bavi razvojem automobilske industrije, gdje se nove izvore energije poput solarnog, vjetra i plimskog tijeka sve više integrišu u naplatne stanice za vozila. Balansiranje neusklađenosti u ponudi i potražnji struje u različitim vremenskim periodima te premoćivanje ograničenja mjesta za velike sustave pohrane energije dovelo je do toga da su komercijalni i industrijski (C&I) sustavi pohrane energije postali fokus primjene u električnim mrežama.

Ovaj rad dublje proučava njihove različite primjene u električnim mrežama, pokrivajući tehničke značajke, operativna načela itd. Također analizira tehničke i ekonomske izazove s kojima se suočavaju C&I sustavi pohrane energije i prognozira buduće trendove razvoja.

1. Pozadina

U sklopu globalne energetske tranzicije i pogoršavanja ekološkog pritiska, sustavi snabdijevanja strujom suočavaju se s rastućim izazovima: intermitencija/volatilnost novih izvora energije, kontinuiran rast potražnje za strujom i porast zahtjeva za kvalitetom struje. Naplatne stanice za električna vozila i C&I sustavi pohrane energije često se nalaze blizu urbanih područja, suočavajući se s strogim ograničenjima mjestima. C&I pohrana energije nudi fleksibilno i učinkovito rješenje problemima stabilnosti snabdijevanja strujom, omiljujući pri tome prepreke za izgradnju velikih sustava pohrane zbog ograničenja prostora, otvarajući novi put za pouzdanost i dostupnost mreže.

2 Pregled komercijalnih i industrijskih sustava pohrane energije
2.1 Načelo rada

Komercijalni i industrijski sustav pohrane energije pohranjuje električnu energiju u specifičnim medijima, kao što su baterije i superkondenzatori, putem Sustava pretvorbe struje (PCS). Kada je potrebno, oslobađa pohranjenu energiju, omogućujući planiranje električne energije i regulaciju struje. Obično se sustav pohrane sastoji od baterija, Sustava upravljanja baterijama (BMS), Sustava upravljanja energijom (EMS), DC kombinatorskog modula, PCS-a i izlaznog sustava. Shematski dijagram sustava pohrane energije prikazan je na slici 1.

2.2 Vrste i značajke

(1) Sve-u-jednom kabinetnom načinu. Izgleda poput distribucijskog ormara, zauzima relativno malo prostora, pa je prikladan za instalaciju u situacijama s ograničenim prostorom. S visokim stupnjem modularizacije, lako se prevozi, proširuje i održava.

(2) Razdvojeni kabinetski način

Zbog ograničenja veličine ormara, njegova kapacitet je relativno mala (obično 200 kWh), prikladna za scenarije s niskom kapacitetom. Više ormarâ može se asamblirati za veće potrebe pohrane energije.

Razdvojeni kabinetski način kombinira baterijski ormar i sistemski kontrolni ormar (obično ≤2 baterijska ormarâ, npr. 1 + 1/1 + 2 konfiguracije). Iako zauzima više prostora (u usporedbi s sve-u-jednom), prikladan je scenarima s ruškim prostornim ograničenjima.

Jedinstvene funkcije su modularizirane: baterijski ormar posebno se bavi pohranom/uređivanjem energije, s neovisnim hlađenjem (zračnim/tječnim), protupožarnim i eksplozivnim dizajnima. Kontrolni ormar upravlja koordinacijom sistema, konverzacijom baterija i pretvorbu struje.

To unapređuje pouzdanost i održivost — greške u jednom modulu ne smetaju drugima, a količina baterijskih ormarâ fleksibilno se prilagođava različitim potrebama. Oba načina ilustrirana su na slici 2.

3 Primjena komercijalnih i industrijskih sustava pohrane energije
3.1 Smanjenje vrha snage

Komercijalni i industrijski korisnici imaju razlike u opterećenju strujom. Naljeđivanjem tijekom perioda slabe potražnje i ispuštanjem tijekom vrhunskih vremena, sustavi pohrane energije pomažu u balansiranju opterećenja, smanjuju troškove struje i olakšavaju pritisak na snabdijevanje mreže tijekom vrhunskih vremena, time unapređujući efikasnost rada mreže.

3.2 Unapređenje kvalitete struje

Sustavi pohrane energije mogu brzo reagirati na probleme s kvalitetom struje u mreži. Oni unapređuju kvalitetu struje tako što pružaju ili apsorbiraju reaktivnu snagu, stabiliziraju fluktuacije napona i umanjuju harmonike.

3.3 Rezervna snabdijevanja strujom

Kada dođe do propusta mreže ili ispadanja, sustavi pohrane energije služe kao rezervni izvori struje, pružajući kratkoročnu struju komercijalnim i industrijskim korisnicima. To minimalizira gubitke i unapređuje pouzdanost snabdijevanja strujom.

3.4 Integracija obnovljivih izvora energije

Za komercijalne i industrijske korisnike s distribuiranim obnovljivim izvorima energije (npr. solarna, vjetar, plimski tijek), sustavi pohrane energije pohranjuju izravno proizvedenu energiju. Isipaju pohranjenu energiju tijekom perioda niske proizvodnje obnovljive energije (npr. bez sunca ili slaba vjetrenja), povećavajući iskorištavanje obnovljive energije u mreži i ubrzavajući energetsku tranziciju. Uspješan primjer je integrirana solarno-pohrana-naplata stanica, koja optimizira karakteristike fotovoltaične struje.

4 Izazovi u primjeni
4.1 Tehnički izazovi

(1) U pogledu vijeka trajanja, performansi i učinkovitosti punjenja-ispuscanja baterija: Dok neki trenutni proizvodi dosegu nultu kapacitetsku degradaciju tijekom 5 godina i učinkovitost pretvorbe PCS-a preko 95%, tehnički prekretni tekovi ostaju teški. Optimizacija strategija upravljanja baterijama i poboljšanje učinkovitosti pretvorbe postali ključni faktori konkurentnosti proizvoda.

(2) U pogledu stabilnosti baterija i sigurnosti sustava: U usporedbi s velikim sustavima pohrane, komercijalni i industrijski sustavi pohrane bliži su stambenim područjima. Stoga su sistemi termalnog upravljanja baterijama, protuexplozivni sistemi i protupožarni sistemi ključni za osiguranje stabilnosti baterija i sigurnosti sustava.

4.2 Ekonomska izazova

(1) Visoki početni investicijski troškovi i dugi periodi povratka ulaganja.

(2) Trenutno, prihodi od komercijalnih i industrijskih sustava pohrane uglavnom dolaze od arbitraže vrhunskih cijena, a održivost i stabilnost prihoda trebaju poboljšanje.

5 Zaključak

Komercijalni i industrijski sustavi pohrane energije imaju široke perspektive i značajan primjenski potencijal u električnim mrežama, odvajajući različite uloge. Ne samo da pomažu u unapređenju stabilnosti i pouzdanosti mreže, nego donose i ekonomske prednosti korisnicima, promičući učinkovitu upotrebu energije i održivi razvoj. Međutim, postoji mnogo tehničkih i ekonomskih izazova. Potrebno je dodatno naporiti na jačanju tehnoloških inovacija, poboljšanju tržišnih mehanizama i politika, kako bi se potaknuo širok spektar primjene i zdrav razvoj komercijalnih i industrijskih sustava pohrane energije.