Prije rasprave o arhitekturi sustava za pohranu baterije (BESS) i tipovima baterija, prvo se moramo usredotočiti na najčešću terminologiju koja se koristi u ovom području. Nekoliko važnih parametara opisuje ponašanje sustava za pohranu baterije.
Kapacitet [Ah]: Maksimalni električni naboj koji sustav može pružiti priključenom opterećenju pri razumnom naponu. Tehnologija baterije ima značajan utjecaj na ovaj parametar, čija se vrijednost postavlja za određenu struju pražnjenja i temperaturu.
Nazivna energija [Wh]:Ovo je ukupna energija proizvedena između stanja potpunog punjenja i potpunog pražnjenja. To je ekvivalentno naponu baterije pomnoženom s kapacitetom. Temperatura i struja također imaju utjecaja, budući da to određuje kapacitet.
Snaga [W]:Definiranje izlazne snage BESS-a je teško jer se oslanja na priključeno opterećenje. Unatoč tome, nazivna snaga predstavlja snagu u najtipičnijem scenariju pražnjenja.
Specifična energija [Wh/kg]:Ovo označava kapacitet pohrane energije baterije u odnosu na masu.
Ljestvica koja se koristi za određivanje trajanja punjenja i pražnjenja naziva seC Ocijenite. Struja pražnjenja će potpuno isprazniti bateriju za sat vremena na 1C.
Punjenje/pražnjenje/punjenje jeciklus. Ne postoji usuglašena definicija o tome što je ciklus.
Baterijaživotni ciklusje ukupan broj ciklusa koje može proizvesti.
Dod: Dubina pražnjenja. Potpuno pražnjenje je 100%;
Stanje napunjenosti (SoC,%):Ovaj broj označava razinu napunjenosti baterije.
Uvjet "kulonova učinkovitost" odnosi se na sposobnost baterije da učinkovito prenosi napunjenost. To je udio napunjenosti koji je potreban da se vrati u prvobitno stanje napunjenosti u odnosu na količinu napunjenosti (Ah) oslobođenu tijekom faze pražnjenja. S izuzetkom tehnologije olovne kiseline, većina običnih baterije imaju učinkovitost koja je usporediva s ovom.
Glavni tipovi elektrokemijskih sustava za pohranu energije
Postoje brojni baterijski sustavi, od kojih se svaki temelji na jedinstvenoj kombinaciji kemijskih komponenti i procesa. Olovne i litij-ionske baterije trenutno su najčešće korištene vrste, ali protočne, nikalne i sumporne baterije također imaju svoje mjesto na ovom tržištu. Kratko ćemo pregledati ključne prednosti najpopularnijih baterijskih tehnologija.
Ove baterije koristimo redovito. Osnovna ćelija ove baterije sastoji se od bioksidne ili olovne pozitivne elektrode i negativne olovne elektrode. Elektrolit je otopina sumporne kiseline u vodi.
Primarne prednosti ovih baterija su njihova pristupačnost i napredno tehnološko stanje.
Nikal-kadmijeve (Ni-Cd) baterije
Prije nego što je tehnologija litijskih baterija počela široko korištena, ova vrsta baterije je godinama služila kao primarni izvor napajanja za prijenosne uređaje.
Ove baterije pružaju veliku izlaznu snagu i brzo se pune.
Poboljšanje ovih baterija predstavlja nikal-metal-hidrid (NiMH) tehnologija, koja može dati oko 40% veću specifičnu energiju od standardne NiCd.
Litij-ionske (Li-Ion) baterije
Od svih metala litij ima najveću specifičnu energiju i najlakši je. Litij metalne anodne punjive baterije imaju kapacitet za pružanje nevjerojatno visoke gustoće energije.
Postoje i druga ograničenja. Na primjer, razvoj dendrita na anodi tijekom ciklusa relevantno je ograničenje. To može dovesti do nestanka struje, što može povećati temperaturu i oštetiti bateriju.
Sastav BESS-a
Različite "razine", i logičke i fizičke, čine BESS. Svaki jedinstveni fizički dio treba vlastiti sustav upravljanja.
Evo kratkog pregleda ovih ključnih faza:
Sustav baterija sastoji se od različitih paketa baterija i brojnih baterija koje su međusobno povezane kako bi se postigla željena razina napona i struje.
Sustav upravljanja baterijom regulira odgovarajuće funkcioniranje svake ćelije kako bi omogućio sustavu da funkcionira unutar raspona napona, struje i temperature koji je siguran za odlično zdravlje baterija, a ne za sustav u cjelini. Dodatno, status napunjenosti u svakoj ćeliji se time prilagođava i uravnotežuje.
Za pretvaranje struje u izmjeničnu struju, pretvarači su spojeni na baterijski sustav. Specijalizirana elektronika snage poznata kao PCS (power conversion system) prisutna je u svakom BESS-u. Obično je grupiran u jedinici za pretvorbu zajedno sa svim pomoćnim uslugama potrebnim za odgovarajuće praćenje.
Sustav i praćenje i upravljanje protokom energije (sustav upravljanja energijom) su sljedeći koraci. Sustav nadzornog upravljanja i prikupljanja podataka ili SCADA sustav često uključuje opće funkcije nadzora i upravljanja. S druge strane, sustav upravljanja energijom posebno je dizajniran za praćenje protoka snage u skladu sa zahtjevima aplikacije.
Srednjenaponski/niskonaponski transformatorski priključak i, ovisno o veličini sustava, visokonaponski/srednjenaponski transformator na namjenskoj trafostanici su posljednji spojevi.
PV modul i BESS integracija
Obnovljivi izvori energije spremni su imati značajan utjecaj na električne sustave u budućnosti, kao što je objašnjeno u prvom dijelu ove serije. I električni sustav i elektrana na obnovljive izvore energije mogu imati koristi od integracije BESS-a s obnovljivim izvorom energije.
Sljedeće objašnjava različite načine na koje BESS može pomoći elektrani:
Kako bi se postigla stabilnija i predvidljivija krivulja proizvodnje, to bi nadoknadilo "nestalnost" profila proizvodnje pod naoblakom ili naglim skokovima snage. Kontrast između krivulje proizvodnje fotonaponske elektrane na oblačan dan i one s vedrim nebom prikazan je na slici 4. Generacija bi pokazala manje "treperenja" s integracijom BESS-a, što bi dalo pravilniju krivulju.
Krivulja generacije će se "izgladiti" kao rezultat brijanja vršne vrijednosti (za više informacija o brijanju vršne vrijednosti pročitajte prethodni članak).
S obzirom na podršku mreži i pomoćne usluge, BESS može odigrati značajnu ulogu u integraciji elektrane u električnu mrežu nudeći regulaciju frekvencije i upravljanje naponom (zajedno s kompenzacijom jalove snage) sa znatno manjim utjecajem na električni sustav.
Osim gore navedenih usluga, postoji više potencijalnih suradnji između fotonaponskih modula i baterijskih sustava za pohranu energije, počevši od razmjene točke povezivanja (POC). Budući da se BESS često instalira kao "dopuna" PV modulu, njegova prisutnost ne može zahtijevati dodatnu snagu na POC-u.
Dodatne potencijalne suradnje proizlaze iz odluka donesenih u arhitekturi o tome kako se PV moduli povezuju s BESS-om. Postoje najmanje tri primarne opcije:
DC spojnica: U ovoj se opciji koristi određeni DC/DC pretvarač za povezivanje BESS i PV na DC strani baterija i PV modula kako bi se stabilizirao napon. S ovom metodom, sva izmjenična strana postrojenja dijelit će pretvarače između PV modula i BESS-a (pretvarač u ovom scenariju moći će raditi u sva 4 kvadranta PQ dijagrama). Ovaj izbor prilično je uobičajen za stambene jedinice primjene, ili u slučaju malog postrojenja (kW). U slučaju velikih postrojenja, BESS će biti raspoređen duž polja. Međutim, bit će potrebna posebna i skupa logika za kontrolu istosmjernog napona i napunjenosti svake baterije.
AC spojka nakon pretvarača: Ova metoda je usporediva s prethodnom, ali postavlja točku spajanja BESS i PV modula nakon pretvarača. U ovom slučaju, BESS i PV modul imat će svaki svoj namjenski pretvarač. Budući da nema potrebe za dodatnom upravljačkom logikom za DC spojnicu, ova je metoda također popularna za stambene primjene i može se koristiti u velikim postrojenjima za stvaranje distribuiranog BESS-a.
AC spoj na POC:U ovom rješenju, PV modul i BESS dijele samo objekt međusobnog povezivanja, dok imaju potpuno odvojene dijelove na razini postrojenja.