Integratie van commerciële en industriële energieopslagsystemen (C&I ESS)

Naarmate de auto-industrie evolueert, worden hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-, wind- en getijdenenergie steeds meer geïntegreerd in laadstations voor voertuigen. Het evenwicht bewaren tussen aanbod en vraag naar elektriciteit over verschillende tijdsperiodes en het overwinnen van locatiegerelateerde beperkingen voor grootschalige energieopslagsystemen voor laadstations hebben commerciële en industriële (C&I) energieopslagsystemen tot een belangrijk punt gemaakt in toepassingen voor elektriciteitsnetwerken.

Dit artikel gaat diep in op hun diverse toepassingsmogelijkheden in elektriciteitsnetwerken, waaronder technische kenmerken, werking principes, enz. Het onderzoekt ook de technische en economische uitdagingen waarmee C&I-energieopslagimplementaties te maken hebben en voorspelt toekomstige ontwikkelingstrends.

1. Achtergrond

Tegen de achtergrond van de wereldwijde energietransitie en toenemende ecologische druk staan elektriciteitsnetwerken voor steeds grotere uitdagingen: de wisselvalligheid/volatiliteit van hernieuwbare energie, de continue groei van de elektriciteitsvraag en stijgende eisen aan kwaliteit van elektriciteit. Laadstations voor elektrische voertuigen en C&I-energieopslagfaciliteiten zijn vaak dicht bij stedelijke gebieden gelegen, waar ze strikte ruimtelijke beperkingen moeten respecteren. C&I-energieopslag biedt een flexibele, efficiënte oplossing voor problemen met de stabiliteit van de elektriciteitsvoorziening, terwijl het tegelijkertijd de barrières van grootschalige opslagconstructies door middel van ruimtelijke beperkingen omzeilt, wat een nieuw pad baant voor betrouwbaarheid en toegankelijkheid van het netwerk.

2 Overzicht van Commerciële en Industriële Energieopslagsystemen
2.1 Werking Principe

Een commercieel en industrieel energieopslagsysteem slaat elektrische energie op in specifieke media, zoals batterijen en supercondensatoren, via een Power Conversion System (PCS). Wanneer nodig, geeft het de opgeslagen energie vrij, waardoor elektrische energie kan worden gepland en reguleerd. Typisch bestaat het energieopslagsysteem uit batterijen, een Battery Management System (BMS), een Energy Management System (EMS), een DC combiner module, een PCS en een uitsysteem. De schematische weergave van het energieopslagsysteem is weergegeven in figuur 1.

2.2 Types en Kenmerken

(1) All-in-one kast modus. Het lijkt qua uiterlijk op een distributiekast, neemt relatief weinig ruimte in beslag, dus het is geschikt voor installatie in situaties met beperkte ruimte. Met een hoge mate van modularisering is het gemakkelijk te vervoeren, uit te breiden en te onderhouden.

(2) Split-kast Modus

Gezien de beperking van de kastgrootte, is de capaciteit relatief klein (typisch 200 kWh), passend voor lage-capaciteitsscenarios. Meerdere kasten kunnen worden samengesteld voor grotere energieopslagbehoeften.

De split-kast modus combineert een batterijkast en een systeemcontrolekast (meestal ≤2 batterijkasten, bijvoorbeeld 1 + 1/1 + 2 configuraties). Hoewel het meer ruimte inneemt (ten opzichte van all-in-one), past het bij scenario's met minder strikte ruimtelijke beperkingen.

Kernfuncties zijn gemoduleerd: de batterijkast specialiseert zich in energieopslag/beheer, met onafhankelijke koeling (lucht/vloeistof), brandbestrijding en explosievaste ontwerpen. De controlekast handelt de systeemcoördinatie, batterijconvergentie en energieomzetting af.

Dit verhoogt de betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid — storingen in één module storen de andere niet, en het aantal batterijkasten kan flexibel worden aangepast aan diverse behoeften. Beide modi worden geïllustreerd in figuur 2.

3 Toepassing van Commerciële en Industriële Energieopslagsystemen
3.1 Topafdemping

Commerciële en industriële gebruikers tonen piek-dalverschillen in elektriciteitsbelasting. Door tijdens off-peak periodes op te laden en tijdens piekuren af te leveren, helpen energieopslagsystemen bij het balanceren van belastingen, het verminderen van elektriciteitskosten en het verminderen van de druk op de elektriciteitsvoorziening tijdens piekuren, waardoor de efficiëntie van het netwerk wordt verbeterd.

3.2 Verbetering van Elektriciteitskwaliteit

Energieopslagsystemen kunnen snel reageren op kwesties met elektriciteitskwaliteit in het netwerk. Ze verbeteren de elektriciteitskwaliteit door reactieve energie te leveren of op te nemen, spanningsfluctuaties te stabiliseren en harmonischen te verminderen.

3.3 Reservekrachtvoorziening

Wanneer er fouten of storingen in het netwerk optreden, fungeren energieopslagsystemen als reservekrachtbron, waardoor ze kortetermijn elektriciteit leveren aan commerciële en industriële gebruikers. Dit minimaliseert verliezen en verbetert de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening.

3.4 Integratie van Hernieuwbare Energie

Voor commerciële en industriële gebruikers met gedistribueerde hernieuwbare energie (bijvoorbeeld zonne-, wind- en getijdenenergie), slaan energieopslagsystemen overtollige hernieuwbare productie op. Ze leveren opgeslagen energie tijdens perioden van lage hernieuwbare output (bijvoorbeeld geen zonlicht of zwakke wind), waardoor de gebruikmaking van hernieuwbare energie in het netwerk wordt verhoogd en de energietransitie wordt versneld. Een succesvol voorbeeld is het geïntegreerde zonne-energie-opslag-laadstation, dat de eigenschappen van fotovoltaïsche energie optimaliseert.

4 Uitdagingen bij Toepassing
4.1 Technische Uitdagingen

(1) Met betrekking tot de levensduur, prestaties en oplaad-ontlaadefficiëntie van batterijen: hoewel sommige huidige producten nulcapaciteitsafname over 5 jaar en een PCS-conversie-efficiëntie van meer dan 95% bereiken, blijven technische doorbraken moeilijk. Het optimaliseren van batterijbeheerstrategieën en het verbeteren van conversie-efficiëntie zijn cruciaal geworden voor productconcurrentie.

(2) Met betrekking tot batterijstabiliteit en systeembrenging: in vergelijking met grootschalige energieopslag, is commerciële en industriële energieopslag dichter bij woongebieden. Daarom zijn batterijthermische beheersystemen, explosievaste systemen en brandbestrijdingsystemen cruciaal voor het waarborgen van batterijstabiliteit en systeembrenging.

4.2 Economische Uitdagingen

(1) Hoge initiële investeringskosten en lange terugverdientijden.

(2) Momenteel komen de inkomsten van commerciële en industriële energieopslag voornamelijk uit piek-dalprijsarbitrage, en de duurzaamheid en stabiliteit van de inkomsten moeten worden verbeterd.

5 Conclusie

Commerciële en industriële energieopslagsystemen hebben brede vooruitzichten en aanzienlijke toepassingswaarde in elektriciteitsnetwerken, waar ze diverse rollen spelen. Ze helpen niet alleen bij het verbeteren van de stabiliteit en betrouwbaarheid van het netwerk, maar brengen ook economische voordelen voor gebruikers, bevorderen efficiënte energiegebruik en duurzame ontwikkeling. Er bestaan echter nog veel technische en economische uitdagingen. Verdere inspanningen zijn nodig om technologische innovatie te versterken, marktmechanismen en -beleid te verbeteren, en de wijdverspreide toepassing en gezonde ontwikkeling van commerciële en industriële energieopslagsystemen te stimuleren.