Интеграция систем хранения энергии коммерческого и промышленного назначения (C&I ESS) в электрическую сеть

По мере развития автомобильной промышленности новые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и приливная, все чаще интегрируются в зарядные станции для транспортных средств. Балансировка несоответствий между предложением и спросом на электроэнергию в разные периоды времени и преодоление ограничений, связанных с местоположением, для крупномасштабных систем хранения энергии делают системы хранения энергии коммерческого и промышленного (C&I) назначения ключевым элементом в применении электросетей.

В данной статье рассматриваются различные случаи использования таких систем в электросетях, включая технические характеристики, принципы работы и т.д. Также анализируются технические и экономические вызовы, с которыми сталкиваются C&I системы хранения энергии, и прогнозируются будущие тенденции развития.

1. Введение

На фоне глобального перехода к новым источникам энергии и ухудшения экологической ситуации, системы электропередачи сталкиваются с возрастающими вызовами: непостоянство/волатильность новых источников энергии, непрерывный рост потребления электроэнергии и повышение требований к качеству электроэнергии. Зарядные станции для электромобилей и C&I системы хранения энергии часто располагаются вблизи городских районов, сталкиваясь со строгими ограничениями по размеру участка. C&I системы хранения энергии предлагают гибкое и эффективное решение для обеспечения стабильности энергоснабжения, обходя барьеры, связанные с ограниченным пространством для крупномасштабного строительства, открывая новый путь для надежности и доступности сетей.

2 Обзор коммерческих и промышленных систем хранения энергии
2.1 Принцип работы

Коммерческая и промышленная система хранения энергии сохраняет электрическую энергию в определенных носителях, таких как аккумуляторы и суперконденсаторы, через систему преобразования мощности (PCS). Когда это необходимо, она выпускает накопленную энергию, что позволяет планировать использование электрической энергии и регулировать мощность. Как правило, система хранения энергии состоит из аккумуляторов, системы управления батареями (BMS), системы управления энергией (EMS), модуля объединения постоянного тока, PCS и выходной системы. Схематическое изображение системы хранения энергии показано на рисунке 1.

2.2 Типы и особенности

(1) Моноблочный режим. Он по внешнему виду напоминает распределительный шкаф, занимает относительно мало места, поэтому подходит для установки в условиях ограниченного пространства. Высокая степень модульности облегчает транспортировку, расширение и обслуживание.

(2) Раздельный режим

Учитывая ограничение по размеру шкафа, его емкость относительно мала (обычно 200 кВт·ч), что подходит для сценариев с низкой емкостью. Несколько шкафов можно собрать для больших потребностей в хранении энергии.

Раздельный режим объединяет шкаф аккумуляторов и системный шкаф управления (обычно ≤2 шкафа аккумуляторов, например, конфигурации 1 + 1/1 + 2). Хотя он занимает больше места (по сравнению с моноблочным), он подходит для сценариев с менее жесткими ограничениями по пространству.

Основные функции модуляризованы: шкаф аккумуляторов специализируется на хранении и управлении энергией, имеет независимые системы охлаждения (воздушное/жидкостное), пожаротушения и взрывозащиты. Шкаф управления отвечает за координацию системы, объединение аккумуляторов и преобразование мощности.

Это повышает надежность и ремонтопригодность — отказ одного модуля не влияет на другие, а количество шкафов аккумуляторов может гибко адаптироваться к различным требованиям. Оба режима показаны на рисунке 2.

3 Применение коммерческих и промышленных систем хранения энергии
3.1 Снижение пиковых нагрузок

Коммерческие и промышленные пользователи демонстрируют разницу в нагрузке на электроэнергию в пиковые и низкопиковые периоды. Заряжаясь во время низкопиковых периодов и разряжаясь в пиковые, системы хранения энергии помогают сбалансировать нагрузки, снизить затраты на электроэнергию и смягчить давление на сеть во время пиковых часов, тем самым повышая эффективность работы сети.

3.2 Улучшение качества электроэнергии

Системы хранения энергии могут быстро реагировать на проблемы качества электроэнергии в сети. Они улучшают качество электроэнергии, поставляя или поглощая реактивную мощность, стабилизируя колебания напряжения и снижая гармоники.

3.3 Резервное питание

При сбоях или отключениях в сети системы хранения энергии выступают в качестве резервных источников питания, предоставляя краткосрочное электропитание для коммерческих и промышленных пользователей. Это минимизирует потери и повышает надежность энергоснабжения.

3.4 Интеграция возобновляемых источников энергии

Для коммерческих и промышленных пользователей с распределенными возобновляемыми источниками энергии (например, солнечной, ветровой, приливной), системы хранения энергии сохраняют избыток генерируемой возобновляемой энергии. Они выпускают накопленную энергию в периоды низкой генерации (например, без солнечного света или слабого ветра), повышая использование возобновляемой энергии в сети и ускоряя переход к новым источникам энергии. Успешным примером является интегрированная солнечно-аккумуляторная зарядная станция, которая оптимизирует характеристики фотоэлектрической энергии.

4 Вызовы в применении
4.1 Технические вызовы

(1) В отношении срока службы, производительности и эффективности заряда-разряда аккумуляторов: хотя некоторые современные продукты достигают нулевого уменьшения емкости за 5 лет и эффективности преобразования PCS более 95%, технические прорывы остаются сложными. Оптимизация стратегий управления аккумуляторами и улучшение эффективности преобразования стали ключевыми факторами конкурентоспособности продуктов.

(2) В отношении стабильности аккумуляторов и безопасности системы: по сравнению с крупномасштабными системами хранения энергии, коммерческие и промышленные системы хранения находятся ближе к жилым районам. Поэтому системы термального управления аккумуляторами, взрывозащиты и пожаротушения являются критически важными для обеспечения стабильности аккумуляторов и безопасности системы.

4.2 Экономические вызовы

(1) Высокие первоначальные инвестиционные затраты и длительные сроки окупаемости.

(2) В настоящее время доходы от коммерческих и промышленных систем хранения энергии в основном поступают от арбитража цен в пиковые и низкопиковые периоды, и устойчивость и стабильность этих доходов нуждаются в улучшении.

5 Заключение

Коммерческие и промышленные системы хранения энергии имеют широкие перспективы и значительную ценность применения в электросетях, выполняя разнообразные роли. Они не только помогают повысить стабильность и надежность сетей, но и приносят экономическую выгоду пользователям, способствуя эффективному использованию энергии и устойчивому развитию. Однако существуют многочисленные технические и экономические вызовы. Необходимы дальнейшие усилия для укрепления технологических инноваций, улучшения рыночных механизмов и политики, чтобы содействовать широкому применению и здоровому развитию коммерческих и промышленных систем хранения энергии.