Інтеграція систем зберігання енергії для комерційних та промислових об'єктів (C&I ESS)

З появою нових джерел енергії, таких як сонячна, вітрова та припливна енергія, автомобільна галузь все більше інтегрує їх у станції зарядки. Збалансування розбіжностей між поставкою та споживанням електроенергії в різні періоди часу та подолання обмежень, пов'язаних з місцем, для великомасштабних систем накопичення енергії роблять комерційні та промислові (C&I) системи накопичення енергії ключовим елементом в застосуваннях електромереж.

Ця стаття розглядає різноманітні випадки використання C&I систем накопичення енергії в електромережах, охоплюючи технічні характеристики, принципи функціонування тощо. Вона також аналізує технічні та економічні проблеми, з якими стикаються C&I системи накопичення енергії, та прогнозує майбутні тенденції розвитку.

1. Фон

У рамках глобального переходу на енергетику та погіршення екологічного тиску, електромережі стикаються з наростаючими проблемами: непостійність/відхилення нового джерела енергії, постійний ріст потреби в електроенергії та зростання вимог до якості електроенергії. Станції зарядки електромобілів та C&I системи накопичення енергії часто розташовані поблизу міських районів, де є строгі обмеження щодо площі. C&I системи накопичення енергії надають гнучке, ефективне рішення для стабілізації поставок електроенергії, уникнення бар'єрів великого масштабу будівництва через обмеження простору, відкриваючи новий шлях для надійності та доступності електромереж.

2. Огляд комерційних та промислових систем накопичення енергії
2.1 Принцип роботи

Комерційна та промислова система накопичення енергії зберігає електричну енергію у специфічних середовищах, таких як акумулятори та суперконденсатори, за допомогою системи перетворення енергії (PCS). Коли це потрібно, вона виділяє збережену енергію, забезпечуючи планування електричної енергії та регулювання потужності. Зазвичай система накопичення енергії складається з акумуляторів, системи управління акумуляторами (BMS), системи управління енергією (EMS), модуля суміщення постійного струму, PCS та вивідної системи. Схематичне зображення системи накопичення енергії показано на рисунку 1.

2.2 Типи та характеристики

(1) Режим однієї шафи. Цей режим нагадує розподільчу шафу зовні, займає відносно мало місця, тому він підходить для встановлення в обмежених просторах. Із високою ступенем модульності, він зручний для транспортування, розширення та обслуговування.

(2) Розділений режим шафи

З урахуванням обмежень розміру шафи, його місткість відносно невелика (зазвичай 200 кВт·год), що підходить для низької місткості. Для більших потреб накопичення енергії можна збираювати кілька шаф.

Розділений режим шафи поєднує шафу з акумуляторами та шафу системного контролю (зазвичай ≤2 шафи з акумуляторами, наприклад, конфігурації 1 + 1/1 + 2). Хоча він займає більше простору (порівняно з однією шафою), він підходить для сценаріїв з менш строгими обмеженнями простору.

Основні функції модульовані: шафа з акумуляторами спеціалізується на зберіганні та управлінні енергією, з незалежними системами охолодження (повітря/рідина), протипожежними та вибухостійкими конструкціями. Шафа контролю забезпечує координацію системи, збірку акумуляторів та перетворення енергії.

Це підвищує надійність та ремонтопридатність — аварії в одному модулі не завдають шкоди іншим, а кількість шаф з акумуляторами гнучко адаптується до різноманітних потреб. Обидва режими показані на рисунку 2.

3. Застосування комерційних та промислових систем накопичення енергії
3.1 Зниження пікових нагрузок

Комерційні та промислові користувачі мають відмінності в електроенергетичних нагрузках між піками та долинами. Навантажуючи системи під час піків та розряджуючи під час долин, системи накопичення енергії допомагають балансувати нагрузки, зменшують витрати на електроенергію та зменшують тиск на мережу під час піків, таким чином підвищуючи ефективність роботи мережі.

3.2 Покращення якості електроенергії

Системи накопичення енергії можуть швидко реагувати на проблеми якості електроенергії в мережі. Вони покращують якість електроенергії, надаючи або поглинаючи реактивну потужність, стабілізуючи коливання напруги та зменшуючи гармоніки.

3.3 Резервне живлення

При виникненні аварій або відключень мережі, системи накопичення енергії виступають як резервні джерела живлення, надаючи короткострокову електроенергію для комерційних та промислових користувачів. Це мінімізує втрати та підвищує надійність поставок електроенергії.

3.4 Інтеграція відновлювальної енергії

Для комерційних та промислових користувачів з розподіленою відновлюваною енергією (наприклад, сонячною, вітровою, припливною), системи накопичення енергії зберігають надлишки виробленої відновлюваної енергії. Вони віддають збережену енергію під час періодів низької продуктивності відновлюваної енергії (наприклад, без сонячного світла або слабкого вітру), підвищуючи використання відновлюваної енергії в мережі та прискорюючи енергетичний перехід. Успішний приклад — інтегрована сонячна-накопичувальна-зарядна станція, яка оптимізує характеристики фотоелектричної енергії.

4. Виклики в застосуванні
4.1 Технічні виклики

(1) Щодо строку служби, продуктивності та ефективності заряджання-розряджання акумуляторів: хоча деякі сучасні продукти досягають нульового зниження ємності протягом 5 років та ефективності перетворення PCS понад 95%, технічні прориви залишаються складними. Оптимізація стратегій управління акумуляторами та покращення ефективності перетворення стали ключовими факторами конкурентоспроможності продуктів.

(2) Щодо стабільності акумуляторів та безпеки систем: порівняно з великими масштабами накопичення, комерційні та промислові системи накопичення знаходяться ближче до житлових районів. Тому системи термального управління акумуляторами, протипожежні системи та вибухостійкі системи є важливими для забезпечення стабільності акумуляторів та безпеки систем.

4.2 Економічні виклики

(1) Високі початкові витрати та довгі строки окупності.

(2) Наразі основні доходи від комерційних та промислових систем накопичення енергії походять від арбітражу піково-долинних цін, і стабільність та тривалість цих доходів потребують покращення.

5. Висновки

Комерційні та промислові системи накопичення енергії мають широкі перспективи та значну цінність у застосуванні до електромереж, відіграваючи різноманітні ролі. Вони не лише допомагають підвищити стабільність та надійність мереж, але й приносять економічні переваги користувачам, сприяючи ефективному використанню енергії та сталому розвитку. Однак, існує багато технічних та економічних викликів. Необхідні додаткові зусилля для підсилення технологічних інновацій, покращення ринкових механізмів та політик, що сприятиме широкої застосовності та здоровому розвитку комерційних та промислових систем накопичення енергії.