Nätintegrering av kommersiella och industriella energilagringsystem (C&I ESS)

Medan bilindustrin utvecklas integreras nya energikällor som sol-, vind- och tidvattenkraft alltmer i laddningsstationer för fordon. Att balansera energiförsörjning - efterfrågan missmatch över olika tidsperioder och övervinna platsrelaterade begränsningar för storskalig energilagring i laddningsstationer har gjort kommersiella och industriella (C&I) energilagringsystem till en fokuspunkt i nätapplikationer.

Denna artikel går djupare in på deras mångsidiga användningsområden i elnät, inklusive tekniska egenskaper, driftsprinciper, etc. Den undersöker också de tekniska och ekonomiska utmaningar som C&I-energilagringsdistributioner står inför samt ger prognoser för framtida utvecklingstrender.

1. Bakgrund

I samband med den globala energiomställningen och ökande ekologiska tryck står elkraftsystem inför stigande utmaningar: intermittens/variabilitet av ny energi, kontinuerlig tillväxt i elförbrukningen och ökade krav på elkvalitet. Laddningsstationer för elektriska fordon och C&I-energilagringsanläggningar är ofta belägna nära urbana områden, med strikta begränsningar vad gäller platsstorlek. C&I-energilagring erbjuder en flexibel, effektiv lösning för stabilitet i energiförsörjningen samtidigt som man undviker hinder för storlagringskonstruktioner på grund av platsbegränsningar, vilket banar väg för ett nytt sätt att garantera nätets tillförlitlighet och tillgänglighet.

2 Översikt över kommersiella och industriella energilagringsystem
2.1 Arbetssätt

Ett kommersiellt och industriellt energilagringsystem lagrar elektrisk energi i specifika medier, såsom batterier och superkondensatorer, via ett Power Conversion System (PCS). När det behövs släpper det ut den lagrade energin, vilket möjliggör schemaläggning av elektrisk energi och reglering av ström. I vanliga fall består energilagringsystemet av batterier, ett Battery Management System (BMS), ett Energy Management System (EMS), en DC-kombineringsmodul, ett PCS och ett utsystem. Schematisk illustration av energilagringsystemet visas i figur 1.

2.2 Typer och egenskaper

(1) All-in-one kabinettsläge. Det liknar en distributionskabine i utseende, tar relativt lite plats, vilket gör det lämpligt för installation i scenarier med begränsad plats. Med hög grad av modulering är det bekvämt för transport, expansion och underhåll.

(2) Split-kabinettsläge

Givet kabinettsstorleksbegränsningar är dess kapacitet relativt liten (vanligtvis 200 kWh), vilket passar lågkapacitativa scenarier. Flera kabinetter kan monteras ihop för större energilagringsbehov.

Split-kabinettsläget kombinerar ett batterikabine och ett systemkontrollkabine (vanligtvis ≤2 batterikabinetter, t.ex. 1 + 1/1 + 2 konfigurationer). Även om det tar mer plats (jämfört med all-in-one) passar det scenarier med mindre stränga platsbegränsningar.

Kärnegenskaper är modulariserade: batterikabinettet specialiserar sig på energilagring/hantering, med oberoende kylning (luft/vätska), brandbekämpning och explosionsskydd. Kontrollkabinettet hanterar systemkoordinering, batterisamverkan och energiomvandling.

Detta ökar tillförlitlighet och underhållbarhet — fel i en modul stör inte andra, och antalet batterikabinetter anpassas flexibelt till olika behov. Båda lägen illustreras i figur 2.

3 Användning av kommersiella och industriella energilagringsystem
3.1 Eltoppshuggning

Kommersiella och industriella användare visar topptill-dalgångsförhållanden i elförbrukningen. Genom laddning under dalperioder och lossning under toppperioder hjälper energilagringsystem till att balansera laster, minska elpriset och lätta på nätets försörjningstryck under toppperioder, vilket förbättrar nätets driftseffektivitet.

3.2 Förbättring av elkvaliteten

Energilagringsystem kan snabbt reagera på elkvalitetsproblem i nätet. De förbättrar elkvaliteten genom att leverera eller absorbera reaktiv effekt, stabilisera spänningsfluktuationer och mildra harmoniska.

3.3 Reservströmförsörjning

När nätavbrott eller -fel uppstår fungerar energilagringsystem som reservströmkällor, vilket ger korttidsel till kommersiella och industriella användare. Detta minimerar förluster och förbättrar tillförlitligheten i strömförsörjningen.

3.4 Integration av förnybar energi

För kommersiella och industriella användare med distribuerad förnybar energi (t.ex. sol-, vind- och tidvattenkraft) lagrar energilagringsystem överflödsgenerering. De lossar lagrad energi under perioder med låg förnybar produktion (t.ex. ingen sol eller svag vind), vilket ökar användningen av förnybar energi i nätet och accelererar energiomställningen. Ett framgångsrikt exempel är den integrerade sol-lagring-laddningsstationen, vilken optimerar fotovoltaiska effekters egenskaper.

4 Utmaningar i tillämpning
4.1 Tekniska utmaningar

(1) Gällande batteriets livslängd, prestanda och laddnings-effektivitet: Medan vissa nuvarande produkter uppnår noll kapacitetsförsämring över 5 år och PCS-omvandlingsverkningsgrad över 95%, är tekniska genombrott fortfarande svåra. Optimering av batterihanteringsstrategier och förbättring av omvandlingsverkningsgrad har blivit nyckel till produktkonkurrens.

(2) Gällande batteristabilitet och systemtrygghet: Jämfört med storskalig energilagring är kommersiell och industriell energilagring närmare bostadsområden. Därför är batteritemperaturhanteringssystem, explosionskyddssystem och brandsläckningssystem kritiska för att säkerställa batteristabilitet och systemtrygghet.

4.2 Ekonomiska utmaningar

(1) Hög initial investeringskostnad och lång amorteringstid.

(2) För närvarande kommer intäkterna från kommersiella och industriella energilagringsanläggningar huvudsakligen från topp-dalprisarbitrage, och hållbarheten och stabiliteten i intäkterna behöver förbättras.

5 Slutsats

Kommersiella och industriella energilagringsystem har breda perspektiv och betydande tillämpningsvärde i elkraftnät, spelar många olika roller. De bidrar inte bara till att förbättra nätets stabilitet och tillförlitlighet, utan ger också ekonomiska fördelar för användarna, främjar effektiv energianvändning och hållbar utveckling. Dock finns det fortfarande många tekniska och ekonomiska utmaningar. Ytterligare insatser behövs för att stärka teknisk innovation, förbättra marknadsmechanismer och politik, och driva vidare på den omfattande tillämpningen och den hälsosamma utvecklingen av kommersiella och industriella energilagringsystem.