Integracija omrežja komercialnih in industrijskih sistemov za shranjevanje energije (C&I ESS)

S čim se avtomobilska industrija razvija, so nove vire energije, kot so sončna, veterna in morska energija, vse bolj integrirane v napajalne stanice za vozila. Ustvarjanje ravnotežja med neravnovesji ponudbe in povpraševanja po energiji v različnih obdobjih ter premočenje krajevnih omejitev za velikoploskovne shranjevalne napajalne stanice je C&I (komercialne in industrijske) sisteme shranjevanja energije postavilo na središče uporab v električnih omrežjih.

Ta članek globoko analizira njihove različne uporabne primeri v električnih omrežjih, pokriva tehnične značilnosti, operativne načela itd. Prav tako obravnava tehnične in ekonomske izzive, s katerimi se soočajo implementacije C&I shranjevanja energije, in napoveduje prihodnje razvojne trende.

1. Ozadje

V globalnem prehodu na energijo in naraščajočem ekološkem pritisku se električna omrežja soočajo s številnimi izzivi: intermitentnost/nestabilnost novih virov energije, zvezno rast povpraševanja po električni energiji in povečana zahteva po kakovosti električne energije. Napajalne stanice za električna vozila in C&I sistemi shranjevanja energije so pogosto postavljeni blizu mestnih območij, kjer so omejitve glede velikosti lokacije strog. C&I shranjevanje energije ponuja prožno in učinkovito rešitev za stabilnost oskrbe z energijo, izogiba pa se tudi oviram pri gradnji velikih shranjevalnih objektov zaradi omejitev prostora, kar odpira novo pot za zanesljivost in dostopnost omrežja.

2 Pregled komercialnih in industrijskih sistemov shranjevanja energije
2.1 Delovanje

Kомерцијални и индустријски систем за чување енергије чува електричну енергију у одређеним медијима, попут батерија и суперкапацитора, преко система за претварање енергије (PCS). Када је потребно, ослобађа складиштену енергију, омогућавајући планирање електричне енергије и регулацију снаге. Типични систем за чување енергије се састоји од батерија, система за управљање батеријама (BMS), система за управљање енергијом (EMS), DC комбинованог модула, PCS-а и излазног система. Шематски дијаграм система за чување енергије приказан је на Слици 1.

2.2 Vrste in značilnosti

(1) Sistem v enem kabinetu. Podoben je distribucijskemu kabinetu, zaseda relativno malo prostora, zato je primeren za nameščanje v situacijah z omejenim prostorom. Z visokim stopnjem modularnosti je priročen za prevoz, razširitev in vzdrževanje.

(2) Razdeljen kabinet

Zaradi omejitev velikosti kabineta je njegova kapaciteta relativno majhna (tipično 200 kWh), zato je primerna za scenarije z nizko kapaciteto. Za večjo potrebo po shranjevanju energije lahko združimo več kabinetov.

Razdeljen kabinet kombinira baterijski kabinet in sistemski nadzorni kabinet (običajno ≤2 baterijska kabineta, npr. 1 + 1/1 + 2 konfiguracije). Čeprav je prostorsko zahteven (v primerjavi z vsem-v-enem), je primeren za situacije z manj strogo omejenim prostorom.

Osnovne funkcije so modularizirane: baterijski kabinet se specializira za shranjevanje/ustvarjanje energije, z neodvisnim hladilskim (zračnim/tekočinskim), protipožarnim in eksplozivno varnim dizajnom. Nadzorni kabinet se ukvarja z koordinacijo sistema, združevanjem baterij in pretvorbo energije.

To povečuje zanesljivost in vzdržljivost - težave v enem modulu ne motijo drugih, in količina baterijskih kabinetov lahko fleksibilno prilagaja različnim potrebam. Obsta oba načina so prikazana na Slici 2.

3 Uporaba komercialnih in industrijskih sistemov shranjevanja energije
3.1 Izravnavanje vrha moči

Komerčni in industrijski uporabniki kažejo razlike v obremenitvi električne energije med vrhovi in dolinami. Z nalaganjem v obdobjih z nizko povpraševanjem in razlaganjem v obdobjih z visokim povpraševanjem pomagajo sistemi shranjevanja energije izravnati obremenitve, zmanjšati stroške električne energije in olajšati pritisk na oskrbo z energijo v omrežju med vrhovima, s tem pa izboljšajo učinkovitost delovanja omrežja.

3.2 Izboljšanje kakovosti energije

Sistemi shranjevanja energije lahko hitro odzivajo na težave z kakovostjo energije v omrežju. Izboljšujejo kakovost energije s posredovanjem ali absorpcijo reaktivne moči, stabilizacijo nihanja napetosti in zmanjševanjem harmonik.

3.3 Rezervni vir energije

Ob propadu ali izpadku omrežja sistemi shranjevanja energije delujejo kot rezervni vir energije, ki zagotavlja kratkoročno oskrbo z energijo za komercialne in industrijske uporabnike. To zmanjša izgube in izboljša zanesljivost oskrbe z energijo.

3.4 Integracija obnovljivih virov energije

Za komercialne in industrijske uporabnike z razpršenimi obnovljivimi viri energije (npr. sončna, veter, morska energija) sistemi shranjevanja energije shranjujejo presežek obnovljive proizvodnje. Skladno s to izpuščajo shranjeno energijo v obdobjih nizke obnovljive proizvodnje (npr. brez sončnega svetlobe ali slabe vetrove), kar povečuje izkoriščenost obnovljive energije v omrežju in pospešuje prehod na energijo. Uspesna primer je integriran solarni-skladiščni-napajalni center, ki optimizira lastnosti fotovoltaične energije.

4 Izzivi pri uporabi
4.1 Tehnični izzivi

(1) Glede življenjske dobe, zmogljivosti in učinkovitosti nalaganja in razlaganja baterij: Medtem ko nekatere trenutne izdelke dosežejo ničelno zmanjšanje kapacitete v 5 letih in učinkovitost pretvorbe PCS preko 95 %, ostajajo tehnični skoki težki. Optimizacija strategij upravljanja baterij in izboljšanje učinkovitosti pretvorbe sta postal ključna za konkurenčnost izdelkov.

(2) Glede stabilnosti baterij in varnosti sistema: V primerjavi z velikimi shranjevalnimi sistemi so komercialni in industrijski sistemi shranjevanja bližje prebivalniškim območjem. Zato so kritični sistemi termalnega upravljanja baterij, protipožarna oprema in sistemi za preprečevanje eksplozij za zagotavljanje stabilnosti baterij in varnosti sistema.

4.2 Ekonomska izzivi

(1) Visoke prvotne investicijske stroški in dolgi roki vračanja naložbe.

(2) Trenutno so glavni prihodki iz komercialnih in industrijskih sistemov shranjevanja energije izvedeni iz arbitraže cen vrh-val, pri čemer je potrebno izboljšati trajnost in stabilnost prihodkov.

5 Zaključek

Kомерцијални и индустријски системи за чување енергије имају широк спектар перспектива и значајну примену у електропреводним мрежама, играјући разноврсне улоге. Не само да помажу у повећању стабилности и pouzdanosti mreže, već donose i ekonomske prednosti korisnicima, potiču efikasnu upotrebu energije i održivi razvoj. Međutim, postoji mnogo tehničkih i ekonomskih izazova. Potrebno je dalje unapređenje tehnoloških inovacija, poboljšanje tržišnih mehanizama i politika kako bi se ubrzala široka primena i zdravo razvijanje komercijalnih i industrijskih sistema za čuvanje energije.