Mot bakgrund av aktivt främjande av energifria transformation och kraftfullt utveckla förnybar energi globalt spelar Battery Energy Storage System (BES), som en nyckelteknologi för att balansera energiförsörjning och efterfrågan och förbättra energianvändningseffektiviteten, en allt viktigare roll. En djup förståelse av de grundläggande principerna och kärnkomponenterna i Bess är avgörande för att ta tag i sina tillämpningar och utvecklingstrender inom energifältet.
BASIC PRINCIPER AV BESS
Arbetsprincipen för BESS är baserad på batteriets laddning och urladdning. Enkelt uttryckt, när det finns ett överskott av elförsörjning, till exempel under toppperioder med förnybar energiproduktion eller utanför toppperioder med elförbrukning av nätet, lagrar systemet överskottsenergin i batterier; När efterfrågan på el överskrider utbudet, till exempel under högsta elektricitetsperioder eller när förnybar energiproduktion är otillräcklig, släpper batterier el för att ge kraftstöd till nätet eller användarna. Denna process liknar en "elbank" som uppnår flexibel fördelning av el i tid och rum.
Med det vanliga litiumjonbatteriet som ett exempel innebär dess laddnings- och urladdningsprocess rörelse av litiumjoner mellan de positiva och negativa elektroderna. Under laddningsprocessen frisätts litiumjoner från den positiva elektroden och inbäddas i den negativa elektroden genom elektrolyten; Under urladdning frisätts litiumjoner från den negativa elektroden och återgår till den positiva elektroden genom elektrolyten, medan de bildar en ström i den yttre kretsen för att leverera kraft till lasten. Denna reversibla kemiska reaktion gör det möjligt för litiumjonbatterier att laddas upp upprepade gånger och därmed uppnå lagring och frisättning av elektrisk energi. Olika typer av batterier har olika kemiska reaktionsmekanismer, men de grundläggande laddnings- och urladdningsprinciperna är liknande, som båda uppnår energilagringsfunktion genom den ömsesidiga omvandlingen mellan kemisk energi och elektrisk energi.
Kärnkomponenter i Bess
Batteripaket: kärnbäraren av energilagring
Batteripaketet är kärnkomponenten i BESS, och dess prestanda bestämmer direkt viktiga indikatorer som energilagringskapacitet, laddning och urladdningseffektivitet och cykellivslängd för systemet. För närvarande är den mest använda batteritypen på marknaden litiumjonbatterier, inklusive ternära litiumbatterier, litiumjärnfosfatbatterier, etc. Ternära litiumbatterier har hög energitäthet och kan lagra mer elektrisk energi i en mindre volym och vikt, vilket gör dem lämpliga för applikationer som kräver högt utrymme och vikt, såsom elektriska fordon och vissa fördelar. Litiumjärnfosfatbatterier har använts i stor utsträckning i storskaliga energilagringsverk, lagring av nätsidan och andra fält på grund av deras goda säkerhet, långa cykellivslängd och relativt låga kostnader.
Förutom litiumjonbatterier används också andra typer av batterier i BESS-systemet, såsom bly-syrabatterier, nickelkadmiumbatterier, etc. Blivsyrabatterier har fördelarna med låg kostnad och mogen teknik, men deras energitäthet är låg och deras cykelliv är kort. De används främst i scenarier där prestandakraven inte är höga och kostnaden är känsliga. Nickelkadmiumbatterier var en gång vanliga i små energilagringsenheter, men de har problem som minneseffekt och relativt låg energitäthet, och deras applikationsomfång krymper gradvis. Med den kontinuerliga utvecklingen av teknik växer också nya batteriteknologier som solid-state-batterier och natriumjonbatterier, vilket förväntas ge högre prestanda och lägre kostnader för BESS-system i framtiden.
Battery Management System (BMS): Intelligent Steward of Batteries
Battery Management System (BMS) är en oumbärlig del av BESS, som fungerar som "smarthanteraren" för batteriet, ansvarig för realtidsövervakning och hantering av olika parametrar för att säkerställa en säker och effektiv drift av batteriet. Huvudfunktionerna för BMS inkluderar batteristatusövervakning, laddning och urladdningskontroll, balanshantering och feldiagnos.
När det gäller övervakning av batteristatus samlar BMS i realtidsparametrar såsom spänning, ström och temperatur på batteriet genom olika sensorer och överför dessa data till styrsystemet för analys och bearbetning. Genom att övervaka dessa parametrar kan BMS exakt utvärdera nyckelindikatorer som batteri kvarvarande laddning (SOC) och hälsotillstånd (SOH), vilket ger en grund för laddnings- och urladdningskontroll. När det gäller laddnings- och urladdningskontroll kontrollerar BMS exakt laddnings- och urladdningsprocessen för batteriet baserat på dess status- och systemkrav, undviker situationer som överladdning, överdischering och överhettning och skydd av batteriets säkerhet och livslängd. Till exempel, när batterispänningen når setladdningsspänningen, kommer BMS automatiskt att klippa av laddningskretsen för att förhindra överladdning av batteriet; När batteritemperaturen är för hög aktiverar BMS kylsystemet eller justerar laddnings- och urladdningsstrategin för att minska batteritemperaturen.
Balanserad hantering är en annan viktig funktion av BMS. På grund av skillnader i produktionsprocesser och användningsmiljöer mellan enskilda celler i ett batteripaket kan inkonsekvenser uppstå under laddnings- och urladdningsprocessen, såsom variationer i parametrar såsom spänning, kapacitet och internt motstånd. Denna inkonsekvens kan leda till en minskning av batteripaketets totala prestanda och en förkortad cykellivslängd. BMS använder balanserad hanteringsfunktion för att jämnt ladda och ladda ut de enskilda cellerna i batteripaketet, vilket gör att tillståndet för varje cell tenderar att vara konsekvent och förbättra batteripaketets totala prestanda och livslängd. Dessutom har BMS också feldiagnosfunktion, som i rätt tid kan upptäcka fel i batterisystemet och vidta motsvarande åtgärder för att larm och hantera dem, vilket säkerställer den stabila driften av systemet.
Power Conversion System (PCS): En bro för energikonvertering
Power Conversion System (PCS) spelar en avgörande roll i omvandlingen av elektrisk energi i BES. Det fungerar som en "bro" som ansluter batteriet till nätet eller belastningen, uppnår dubbelriktad omvandling mellan likström (DC) och växelström (AC). Under laddningsprocessen konverterar PCS AC Power från nätet eller förnybar energiproduktionsutrustning till DC -kraft för att ladda batteriet; Under urladdningsprocessen konverterar PC: erna den likströmsströmmen från batteriet till växelström och levererar ström till nätet eller lasten.
PCS antar vanligtvis dubbelriktad inverterteknologi, som kan uppnå effektiv och stabil energikonvertering. Dess resultatindikatorer inkluderar konverteringseffektivitet, effektfaktor, harmonisk distorsion etc. Hög omvandlingseffektivitet innebär att det är mindre energiförlust under processen att konvertera elektrisk energi, vilket kan förbättra systemets totala effektivitet; En god effektfaktor kan minska påverkan av reaktiv effekt på kraftnätet och förbättra kvaliteten på kraftförsörjningen; Låg harmonisk distorsion kan minska störningar i kraftnätet och annan elektrisk utrustning. För att tillgodose behoven i olika applikationsscenarier varierar också effektnivån för datorer, allt från kilowatt med låg effekt till högeffekt megawatt. I stora energilagringskraftverk används vanligtvis flera PCS -moduler parallellt för att uppnå högre effekt- och systemkapacitet.
Energy Management System (EMS): Befälhavare för systemverksamheten
Energihanteringssystemet (EMS) är "befälhavaren" för BESS, ansvarig för att övervaka, kontrollera och optimera energiflödet i hela systemet. EMS kommunicerar med BMS, datorer och andra relaterade enheter för att erhålla realtidssystemets driftsstatus och data, såsom batterinivå, laddning och urladdningsstatus, nätspänning, frekvens, kraft och annan information. Sedan, enligt den förinställda kontrollstrategin och optimeringsalgoritmen, koordinerar EMS och kontrollerar EMS laddning och urladdningsprocess för att uppnå optimal drift av systemet.
Under högsta elförbrukningsperioder i elnätet kommer EMS till exempel att kontrollera BESS -systemet för att ladda till nätet baserat på lastsituationen för nätet och den återstående batterikapaciteten, vilket lindrar strömförsörjningstrycket på nätet; Under perioder med låg elförbrukning kommer EMS att kontrollera datorer för att ladda batteriet och lagra överskott av energi. Samtidigt kan EMS optimera den samordnade operationen mellan BESS -systemet och utrustningen för förnybar energi baserad på kraftproduktionssituationen för förnybar energi och förbättra konsumtionseffektiviteten för förnybar energi. Dessutom har EMS också fjärrövervakning och hanteringsfunktioner. Användare kan övervaka, använda och hantera BESS -systemet på distans via Internet eller andra kommunikationsmetoder, så att de snabbt kan behärska systemets drift och i rätt tid justera systemets operationstrategi.
Andra hjälpkomponenter
Förutom de kärnkomponenterna som nämns ovan innehåller BESS -systemet också några hjälpkomponenter, såsom batteritermiskhanteringssystem (BTMS), brandskyddssystem, övervakningssystem etc. som tillsammans säkerställer en säker och stabil drift av systemet.
