Integrazione nella rete di sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale (C&I ESS)

Con l'evoluzione dell'industria automobilistica, nuove fonti di energia come solare, eolica e maremotrice sono sempre più integrate nelle stazioni di ricarica per veicoli. L'equilibrio tra offerta e domanda di energia in diversi periodi e la superazione dei vincoli legati al sito per le stazioni di ricarica su larga scala hanno reso i sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale (C&I) un punto focale nelle applicazioni della rete elettrica.

Questo documento approfondisce i loro diversi casi d'uso nelle reti elettriche, coprendo caratteristiche tecniche, principi operativi, ecc. Esamina anche le sfide tecniche ed economiche affrontate dalle implementazioni di accumulo energetico C&I e prevede le tendenze di sviluppo future.

1. Contesto

In mezzo alla transizione energetica globale e alle crescenti pressioni ecologiche, i sistemi elettrici si confrontano con sfide crescenti: intermittenza/volatilità delle nuove fonti di energia, crescita continua della domanda di elettricità e requisiti di qualità dell'energia in aumento. Le stazioni di ricarica per veicoli elettrici e le strutture di accumulo energetico C&I sono spesso situate vicino alle aree urbane, affrontando severe limitazioni di dimensioni del sito. L'accumulo energetico C&I offre una soluzione flessibile ed efficiente per la stabilità dell'offerta di energia, evitando gli ostacoli costruttivi di grandi impianti di accumulo a causa delle limitazioni spaziali, aprendo una nuova strada per la affidabilità e l'accessibilità della rete.

2 Panoramica sui Sistemi di Accumulo Energetico Commerciale e Industriale
2.1 Principio di Funzionamento

Un sistema di accumulo energetico commerciale e industriale memorizza l'energia elettrica in specifici media, come batterie e supercondensatori, tramite un Sistema di Conversione di Potenza (PCS). Quando necessario, rilascia l'energia immagazzinata, consentendo la pianificazione dell'energia elettrica e la regolazione del potere. Tipicamente, il sistema di accumulo è composto da batterie, un Sistema di Gestione delle Batterie (BMS), un Sistema di Gestione dell'Energia (EMS), un modulo combiner DC, un PCS e un sistema di uscita. Lo schema del sistema di accumulo è mostrato nella Figura 1.

2.2 Tipi e Caratteristiche

(1) Modalità armadio all-in-one. Ha un aspetto simile a un armadio di distribuzione, occupando relativamente poco spazio, quindi è adatto per l'installazione in scenari a spazio limitato. Con un alto grado di modularità, è comodo per il trasporto, l'espansione e la manutenzione.

(2) Modalità armadio separato

Data la limitazione delle dimensioni dell'armadio, la sua capacità è relativamente piccola (tipicamente 200 kWh), adatta a scenari a bassa capacità. Più armadi possono essere assemblati per esigenze di accumulo energetico maggiori.

La modalità armadio separato combina un armadio batteria e un armadio di controllo del sistema (solitamente ≤2 armadi batteria, ad esempio configurazioni 1 + 1/1 + 2). Sebbene consumi più spazio (rispetto all'all-in-one), si adatta a scenari con limitazioni spaziali meno rigide.

Le funzioni chiave sono modularizzate: l'armadio batteria si specializza in accumulo e gestione dell'energia, con raffreddamento indipendente (aria/liquido), sistemi antincendio e anti-deflagrazione. L'armadio di controllo gestisce la coordinazione del sistema, la convergenza delle batterie e la conversione del potere.

Ciò migliora l'affidabilità e la manutenibilità — i guasti in un modulo non interrompono gli altri, e la quantità di armadi batteria si adatta flessibilmente a diverse esigenze. Entrambe le modalità sono illustrate nella Figura 2.

3 Applicazione dei Sistemi di Accumulo Energetico Commerciale e Industriale
3.1 Smussamento dei Picchi di Potenza

Gli utenti commerciali e industriali presentano differenze di carico elettrico tra picchi e valli. Ricaricandosi durante i periodi fuori picco e scaricandosi nei periodi di picco, i sistemi di accumulo energetico aiutano a bilanciare i carichi, ridurre i costi dell'elettricità e alleviare la pressione sull'offerta della rete durante i periodi di picco, migliorando così l'efficienza operativa della rete.

3.2 Miglioramento della Qualità dell'Energia

I sistemi di accumulo energetico possono rispondere rapidamente ai problemi di qualità dell'energia nella rete. Migliorano la qualità dell'energia fornendo o assorbendo potenza reattiva, stabilizzando le fluttuazioni di tensione e mitigando gli armonici.

3.3 Fornitura di Energia di Emergenza

In caso di guasti o interruzioni della rete, i sistemi di accumulo energetico agiscono come fonti di energia di emergenza, fornendo elettricità a breve termine per gli utenti commerciali e industriali. Ciò minimizza le perdite e migliora l'affidabilità dell'offerta di energia.

3.4 Integrazione di Fonti Rinnovabili

Per gli utenti commerciali e industriali con energie rinnovabili distribuite (ad esempio, solare, eolica, maremotrice), i sistemi di accumulo energetico memorizzano l'eccesso di generazione rinnovabile. Rilasciano l'energia immagazzinata durante i periodi di bassa produzione rinnovabile (ad esempio, assenza di sole o vento debole), aumentando l'utilizzo delle energie rinnovabili nella rete e accelerando la transizione energetica. Un esempio di successo è la stazione integrata solare-accumulo-ricarica, che ottimizza le caratteristiche della fotovoltaica.

4 Sfide nell'Applicazione
4.1 Sfide Tecniche

(1) Riguardo alla durata, prestazioni e efficienza di carica-scarica delle batterie: sebbene alcuni prodotti attuali raggiungano uno zero decadimento della capacità in 5 anni e un'efficienza di conversione del PCS superiore al 95%, i progressi tecnologici rimangono difficili. L'ottimizzazione delle strategie di gestione delle batterie e l'incremento dell'efficienza di conversione sono diventati chiavi per la concorrenza dei prodotti.

(2) Riguardo alla stabilità delle batterie e alla sicurezza del sistema: rispetto all'accumulo energetico su larga scala, l'accumulo energetico commerciale e industriale è più vicino alle aree residenziali. Pertanto, i sistemi di gestione termica delle batterie, i sistemi anti-deflagrazione e antincendio sono critici per garantire la stabilità delle batterie e la sicurezza del sistema.

4.2 Sfide Economiche

(1) Costi iniziali elevati e lunghi periodi di ammortamento.

(2) Attualmente, i ricavi degli accumuli energetici commerciali e industriali provengono principalmente dall'arbitraggio di prezzi tra picchi e valli, e la sostenibilità e la stabilità dei ricavi richiedono miglioramenti.

5 Conclusione

I sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale hanno ampie prospettive e un significativo valore applicativo nelle reti elettriche, svolgendo ruoli diversi. Non solo aiutano a migliorare la stabilità e l'affidabilità della rete, ma portano anche benefici economici agli utenti, promuovendo un utilizzo efficiente dell'energia e uno sviluppo sostenibile. Tuttavia, esistono ancora numerose sfide tecniche ed economiche. Ulteriori sforzi sono necessari per rafforzare l'innovazione tecnologica, migliorare i meccanismi di mercato e le politiche, e promuovere l'applicazione diffusa e lo sviluppo sano dei sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale.