På baggrund af aktivt at fremme energitransformation og kraftigt udvikle vedvarende energi globalt, spiller Battery Energy Storage System (BESS) som en nøgleteknologi til at afbalancere energiforsyning og efterspørgsel og forbedre energiforholdelseseffektiviteten, en stadig vigtigere rolle. En dyb forståelse af de grundlæggende principper og kernekomponenter i Bess er afgørende for at gribe dens anvendelser og udviklingstendenser inden for energifeltet.
Grundlæggende principper for Bess
Arbejdsprincippet for Bess er baseret på opladnings- og afladningsegenskaberne for batteriet. Kort sagt, når der er et overskud af elforsyning, såsom i spidsbelastede perioder med vedvarende energi -generation eller fra spidsbelastede perioder med gitterelektricitetsforbrug, opbevarer systemet den overskydende energi i batterier; Når efterspørgslen efter elektricitet overstiger udbuddet, f.eks. I spidselektricitetsperioder, eller når vedvarende energi -produktion er utilstrækkelig, frigiver batterier lagret elektricitet til at yde strømstøtte til nettet eller brugerne. Denne proces ligner en 'elektricitetsbank', der opnår fleksibel tildeling af elektricitet i tid og rum.
Ved at tage det almindelige lithium-ion-batteri som et eksempel involverer dets opladnings- og afladningsproces bevægelse af lithiumioner mellem de positive og negative elektroder. Under opladningsprocessen frigøres lithiumioner fra den positive elektrode og indlejres i den negative elektrode gennem elektrolytten; Under udledning frigøres lithiumioner fra den negative elektrode og vender tilbage til den positive elektrode gennem elektrolytten, mens den danner en strøm i det ydre kredsløb for at levere effekt til belastningen. Denne reversible kemiske reaktion gør det muligt for lithium-ion-batterier gentagne gange at blive ladet og udledt og derved opnå opbevaring og frigivelse af elektrisk energi. Forskellige typer batterier har forskellige kemiske reaktionsmekanismer, men de grundlæggende opladnings- og udledningsprincipper er ens, som begge opnår energilagringsfunktion gennem den gensidige omdannelse mellem kemisk energi og elektrisk energi.
Kernekomponenter i Bess
Batteripakke: Kernebæreren for energilagring
Batteripakken er kernekomponenten i Bess, og dens ydelse bestemmer direkte nøgleindikatorer såsom energilagringskapacitet, opladning og udledningseffektivitet og cykluslivet i systemet. På nuværende tidspunkt er den mest anvendte batteritype på markedet lithium-ion-batterier, inklusive ternære lithiumbatterier, lithiumjernfosfatbatterier osv. Ternære lithiumbatterier har høj energitæthed og kan opbevare mere elektrisk energi i et mindre volumen og vægt, hvilket gør dem egnede til applikationer, der kræver høj plads og vægt, såsom elektriske køretøjer og nogle distribuerede energilagre. Lithium Iron Phosphate-batterier er blevet vidt brugt i storskala energilagringsstyrkeværker, netto på nettet af energilagring og andre felter på grund af deres gode sikkerhed, lange cyklusliv og relativt lave omkostninger.
Foruden lithium-ion-batterier bruges også andre typer batterier i BESS-systemet, såsom bly-syrebatterier, nikkelcadmiumbatterier osv. Ledningssyrebatterier har fordelene ved lave omkostninger og moden teknologi, men deres energitæthed er lav, og deres cyklusliv er kort. De bruges hovedsageligt i scenarier, hvor ydelseskravene ikke er høje, og omkostningerne er følsomme. Nikkelcadmiumbatterier var engang almindelige i små energilagringsenheder, men de har problemer som hukommelseseffekt og relativt lav energitæthed, og deres anvendelsesomfang er gradvist krympet. Med den kontinuerlige udvikling af teknologi dukker nye batteriteknologier såsom faststofbatterier og natriumionbatterier også op, som forventes at bringe højere ydelse og lavere omkostninger til BESS-systemer i fremtiden.
Batteristyringssystem (BMS): Intelligent steward for batterier
Batterisadministrationssystemet (BMS) er en uundværlig del af Bess, der tjener som "smart manager" af batteriet, der er ansvarlig for realtidsovervågning og styring af forskellige parametre for at sikre batteriets sikre og effektive drift. Hovedfunktionerne ved BMS inkluderer batteristatusovervågning, opladning og decharge kontrol, balancehåndtering og fejldiagnose.
Med hensyn til overvågning af batteristatus indsamler BMS realtidsparametre såsom spænding, strøm og temperatur på batteriet gennem forskellige sensorer og overfører disse data til kontrolsystemet til analyse og behandling. Ved at overvåge disse parametre kan BMS nøjagtigt evaluere nøgleindikatorer såsom batteri resterende opladning (SOC) og sundhedstilstand (SOH), hvilket giver et grundlag for opladning og udladningskontrol. Med hensyn til opladning og decharge kontrollerer BMS nøjagtigt opladnings- og afladningsprocessen for batteriet baseret på dets status- og systemkrav, undgår situationer som overopladning, overdischarging og overophedning og beskyttelse af batteriets sikkerhed og levetid. For eksempel, når batterispændingen når den indstillede opladningsafskæringsspænding, afskærer BMS automatisk opladningskredsløbet for at forhindre overopladning af batteriet; Når batterietemperaturen er for høj, aktiverer BMS kølesystemet eller justerer opladnings- og udledningsstrategien for at reducere batterietemperaturen.
Afbalanceret ledelse er en anden vigtig funktion af BMS. På grund af forskelle i produktionsprocesser og brugsmiljøer blandt individuelle celler i en batteripakke, kan der forekomme uoverensstemmelser under opladnings- og afladningsprocessen, såsom variationer i parametre såsom spænding, kapacitet og intern modstand. Denne inkonsekvens kan føre til et fald i den samlede ydelse af batteripakken og en forkortet cyklusliv. BMS bruger afbalanceret styringsfunktion til jævnt at oplade og aflade de enkelte celler i batteripakken, hvilket gør staterne for hver celle har en tendens til at være ensartede og forbedre den samlede ydelse og levetid for batteripakken. Derudover har BMS også fejldiagnosefunktion, som rettidigt kan registrere fejl i batterisystemet og træffe tilsvarende foranstaltninger til alarm og håndtere dem, hvilket sikrer den stabile drift af systemet.
Power Conversion System (PCS): En bro til energikonvertering
Power Conversion System (PCS) spiller en afgørende rolle i omdannelsen af elektrisk energi i Bess. Det fungerer som en "bro", der forbinder batteriet til gitteret eller belastningen, opnå tovejs -konvertering mellem jævnstrøm (DC) og vekselstrøm (AC). Under opladningsprocessen konverterer PCS vekselstrøm fra nettet eller en tilknyttet energiproduktionsudstyr til DC -strøm til at oplade batteriet; Under udladningsprocessen konverterer PCS den jævnstrømsudgang fra batteriet til skiftevis strøm og leverer strøm til gitteret eller belastningen.
PCS vedtager normalt tovejs inverterteknologi, som kan opnå effektiv og stabil energikonvertering. Dens præstationsindikatorer inkluderer konverteringseffektivitet, effektfaktor, harmonisk forvrængning osv. Høj konverteringseffektivitet betyder, at der er mindre energitab under processen med at konvertere elektrisk energi, hvilket kan forbedre systemets samlede effektivitet; En god effektfaktor kan reducere virkningen af reaktiv effekt på strømnettet og forbedre kvaliteten af strømforsyningen; Lav harmonisk forvrængning kan reducere interferensen til elnettet og andet elektrisk udstyr. For at imødekomme behovene i forskellige applikationsscenarier varierer pc'ernes effektniveau også, der spænder fra lav effekt kilowatt til højeffekt megawatt. I store energilagringskraftværker bruges normalt flere PCS -moduler parallelt for at opnå højere effekt og systemkapacitet.
Energy Management System (EMS): Kommandør for systemoperationer
Energy Management System (EMS) er "Commander" for Bess, der er ansvarlig for overvågning, kontrol og optimering af energiflowet i hele systemet. EMS kommunikerer med BMS, PCS og andre relaterede enheder for at opnå realtidssystemets driftsstatus og data, såsom batteriniveau, opladning og udledningsstatus, netspænding, frekvens, strøm og anden information. I henhold til den forudindstillede kontrolstrategi og optimeringsalgoritme koordinerer og kontrollerer EMS Systemets opladnings- og afladningsproces for at opnå optimal drift af systemet.
For eksempel, i spidsbelastningsperioder i strømnettet, vil EMS for eksempel kontrollere BESS -systemet for at udskrive til gitteret baseret på gitterets belastningssituation og den resterende batterikapacitet og lindre strømforsyningstrykket på gitteret; I perioder med lavt elforbrug vil EMS kontrollere pc'er for at oplade batteriet og opbevare overskydende energi. På samme tid kan EMS optimere den koordinerede operation mellem BESS -system og udstyr til vedvarende energi baseret på kraftproduktionssituationen for vedvarende energi og forbedre forbrugseffektiviteten af vedvarende energi. Derudover har EMS også fjernovervågnings- og styringsfunktioner. Brugere kan overvåge, betjene og styre Bess -systemet fjernt via internettet eller andre kommunikationsmetoder, så de hurtigt kan mestre driften af systemet og rettidigt justere systemets driftsstrategi.
Andre hjælpekomponenter
Foruden de kernekomponenter, der er nævnt ovenfor, inkluderer BESS -systemet også nogle hjælpekomponenter, såsom batteri termisk styringssystem (BTMS), brandbeskyttelsessystem, overvågningssystem osv., Der tilsammen sikrer den sikre og stabile drift af systemet.
