Integracja z siecią systemów magazynowania energii dla sektora komercyjnego i przemysłowego (C&I ESS)

W miarę jak rozwija się przemysł motoryzacyjny, nowe źródła energii, takie jak energia słoneczna, wiatrowa i pływowa, są coraz częściej integrowane z stacjami ładowania pojazdów. Wyrównywanie niezgodności między podażą a popytem na energię w różnych okresach oraz pokonywanie ograniczeń związanych z lokalizacją dla dużych stacji magazynowania energii sprawiły, że systemy magazynowania energii komercyjne i przemysłowe (C&I) stały się punktem centralnym w zastosowaniach sieci energetycznych.

Ten artykuł zagłębia się w ich różnorodne przypadki użycia w sieciach energetycznych, obejmując cechy techniczne, zasady działania itp. Przedstawia również wyzwania techniczne i ekonomiczne, z którymi borykają się wdrożenia systemów C&I, oraz prognozuje trendy rozwojowe.

1. Tło

W obliczu globalnej transformacji energetycznej i narastającego nacisku ekologicznego, systemy energetyczne stają przed rosnącymi wyzwaniami: niestabilność/nieregularność nowych źródeł energii, ciągły wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną i rosnące wymagania dotyczące jakości energii. Stacje ładowania pojazdów elektrycznych i obiekty magazynowania energii C&I często znajdują się w pobliżu obszarów miejskich, gdzie występują ścisłe ograniczenia dotyczące wielkości terenu. Systemy magazynowania energii C&I oferują elastyczne i efektywne rozwiązanie problemów stabilności podaży energii, omijając barierę konstrukcji dużych obiektów magazynujących energię ze względu na ograniczenia przestrzenne, co otwiera nowe możliwości dla niezawodności i dostępności sieci.

2. Przegląd systemów magazynowania energii komercyjnych i przemysłowych
2.1 Zasada działania

System magazynowania energii komercyjnej i przemysłowej przechowuje energię elektryczną w określonych nośnikach, takich jak baterie i superkondensatory, za pomocą systemu konwersji mocy (PCS). Gdy jest to potrzebne, system ten uwalnia przechowywaną energię, umożliwiając planowanie dostaw energii elektrycznej i regulację mocy. Typowo, system magazynowania energii składa się z baterii, systemu zarządzania baterią (BMS), systemu zarządzania energią (EMS), modułu łączenia DC, PCS i systemu wyjściowego. Schematyczny diagram systemu magazynowania energii przedstawiono na rysunku 1.

2.2 Rodzaje i cechy

(1) Tryb jednego szafy. Wyglądający zewnętrznie jak szafa dystrybucyjna, zajmuje stosunkowo mało miejsca, co czyni go odpowiednim do instalacji w scenariuszach o ograniczonej przestrzeni. Dzięki wysokiej stopniu modularności jest łatwy do transportu, rozszerzania i konserwacji.

(2) Tryb podzielonej szafy

Z uwagi na ograniczenie wielkości szafy, jego pojemność jest stosunkowo mała (zwykle 200 kWh), co odpowiada scenariuszom o niskiej pojemności. Dla większych potrzeb magazynowania energii można skonfigurować wiele szaf.

Tryb podzielonej szafy łączy szafę baterii i szafę kontrolną systemu (zwykle ≤2 szafy baterii, np. konfiguracje 1 + 1/1 + 2). Mimo że zajmuje więcej miejsca (w porównaniu do jednej szafy), pasuje do scenariuszy z luźniejszymi ograniczeniami przestrzennymi.

Podstawowe funkcje są modularne: szafa baterii specjalizuje się w magazynowaniu i zarządzaniu energią, z niezależnym chłodzeniem (powietrzem/cieczą), systemami przeciwpożarowymi i wybuchobezpiecznymi. Szafa kontrolna obsługuje koordynację systemu, agregację baterii i konwersję mocy.

To zwiększa niezawodność i łatwość konserwacji – awaria jednego modułu nie zakłóca innych, a liczba szaf baterii może elastycznie dostosować się do różnych potrzeb. Oba tryby przedstawiono na rysunku 2.

3. Zastosowanie systemów magazynowania energii komercyjnych i przemysłowych
3.1 Redukcja szczytów mocy

Użytkownicy komercyjni i przemysłowi mają różnice w obciążeniu energii elektrycznej pomiędzy szczytami a dolinami. Poprzez ładowanie w godzinach poza szczytem i rozładowanie w godzinach szczytu, systemy magazynowania energii pomagają wyrównać obciążenia, zmniejszyć koszty energii elektrycznej i złagodzić ciśnienie na podaż sieci w godzinach szczytu, co zwiększa efektywność działania sieci.

3.2 Poprawa jakości energii

Systemy magazynowania energii mogą szybko reagować na problemy z jakością energii w sieci. Poprawiają one jakość energii, dostarczając lub absorbuując moc bierną, stabilizując wahania napięcia i redukując harmoniki.

3.3 Zasilanie awaryjne

Gdy wystąpią awarie lub przerwy w dostawie energii, systemy magazynowania energii działają jako źródła zasilania awaryjnego, dostarczając krótkoterminową energię elektryczną użytkownikom komercyjnym i przemysłowym. To minimalizuje straty i poprawia niezawodność dostaw energii.

3.4 Integracja odnawialnych źródeł energii

Dla użytkowników komercyjnych i przemysłowych z rozproszonymi źródłami energii odnawialnej (np. słonecznej, wiatrowej, pływowej), systemy magazynowania energii przechowują nadwyżki generowanej energii. Rozładowują przechowaną energię w okresach niskiej produktywności źródeł odnawialnych (np. brak światła słonecznego lub słaby wiatr), zwiększając wykorzystanie energii odnawialnej w sieci i przyspieszając transformację energetyczną. Pomyślnym przykładem jest integracja stacji ładowania z panelem słonecznym i systemem magazynowania, która optymalizuje charakterystykę fotowoltaiczną.

4. Wyzwania związane z zastosowaniem
4.1 Wyzwania techniczne

(1) W kwestii żywotności, wydajności i efektywności ładowania baterii: Хотя некоторые из текущих продуктов достигают нулевого снижения емкости в течение 5 лет и эффективность преобразования PCS превышает 95%, технические прорывы остаются сложными. Оптимизация стратегий управления батареями и повышение эффективности преобразования стали ключевыми факторами конкурентоспособности продукции. (Przepraszam, ta część została błędnie przetłumaczona. Poprawiona wersja poniżej.)
(1) W kwestii żywotności, wydajności i efektywności ładowania baterii: Chociaż niektóre obecne produkty osiągają zerowe spadki pojemności przez 5 lat i efektywność konwersji PCS przekracza 95%, przełamywanie barier technicznych pozostaje trudne. Optymalizacja strategii zarządzania bateriami i poprawa efektywności konwersji stały się kluczowe dla konkurencyjności produktów.

(2) W kwestii stabilności baterii i bezpieczeństwa systemu: W porównaniu do dużych systemów magazynowania, systemy magazynowania energii komercyjnej i przemysłowej są bliżej obszarów mieszkalnych. Dlatego systemy termoregulacji baterii, systemy przeciwpożarowe i wybuchobezpieczne są kluczowe dla zapewnienia stabilności baterii i bezpieczeństwa systemu.

4.2 Wyzwania ekonomiczne

(1) Wysokie początkowe koszty inwestycyjne i długie okresy zwrotu z inwestycji.

(2) Obecnie przychody z systemów magazynowania energii komercyjnej i przemysłowej pochodzą głównie z arbitrażu cen szczytowo-dolinowego, a zrównoważoność i stabilność tych przychodów wymaga usprawnienia.

5. Podsumowanie

Systemy magazynowania energii komercyjnej i przemysłowej mają szerokie perspektywy i duże znaczenie w zastosowaniach w sieciach energetycznych, pełniąc różnorodne role. Nie tylko pomagają zwiększyć stabilność i niezawodność sieci, ale także przynoszą użytkownikom korzyści ekonomiczne, wspierając efektywne wykorzystanie energii i zrównoważony rozwój. Niemniej jednak istnieje wiele wyzwań technicznych i ekonomicznych. Konieczne są dalsze wysiłki, aby wzmocnić innowacje technologiczne, poprawić mechanizmy rynkowe i polityki, a także przyspieszyć szerokie zastosowanie i zdrowy rozwój systemów magazynowania energii komercyjnej i przemysłowej.