CZYM JEST BESS

Systemy bateryjne do magazynowania energii (BESS): Przegląd techniczny i analiza

Niniejszy raport zawiera kompleksowy przegląd systemów bateryjnych do magazynowania energii (BESS), koncentrując się na systemach o pojemności co najmniej 2 MW i 4 MWh. Raport zagłębia się w specyfikacje techniczne, komponenty, zastosowania i aspekty ekonomiczne BESS, ze szczególnym uwzględnieniem czynników istotnych dla właścicieli farm wiatrowych i fotowoltaicznych.

Wprowadzenie

Systemy bateryjne do magazynowania energii (BESS) stają się coraz ważniejsze w nowoczesnym sektorze energetycznym, umożliwiając integrację odnawialnych źródeł energii i zwiększając stabilność sieci. Niniejszy raport analizuje kluczowe aspekty technologii BESS, w tym ich specyfikacje techniczne, komponenty, zastosowania i aspekty ekonomiczne.

Ważne. Zrozum to i zapamiętaj! Różnica między MW a MWh polega na tym, że MW mierzy moc znamionową, a MWh mierzy pojemność energetyczną. MW reprezentuje szybkość, z jaką energia może być dostarczana, podczas gdy MWh reprezentuje całkowitą ilość energii, która może być zmagazynowana.

Komponenty BESS

Typowy BESS składa się z kilku kluczowych komponentów oprócz samych ogniw bateryjnych:

System/moduły bateryjne: Zawierają one pojedyncze ogniwa bateryjne ułożone w stelażach w module lub kontenerze. Ogniwa bateryjne przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną.
Obudowa magazynu: Mieści system bateryjny, zapewniając ochronę i zarządzanie termiczne. Może to być moduł zewnętrzny lub rozwiązanie kontenerowe.
System zarządzania baterią (BMS): Ten system zapewnia bezpieczną i wydajną pracę ogniw bateryjnych poprzez monitorowanie ich napięcia, prądu i temperatury. Szacuje również stan naładowania (SOC) i stan zdrowia (SOH), aby zapobiec zagrożeniom bezpieczeństwa i zoptymalizować wydajność.
Falownik/system konwersji mocy (PCS): Przekształca on prąd stały (DC) wytwarzany przez ogniwa bateryjne w prąd przemienny (AC) wykorzystywany przez sieć lub inne zastosowania. Falowniki dwukierunkowe umożliwiają zarówno ładowanie, jak i rozładowywanie baterii.
System zarządzania energią (EMS): Ten system kontroluje i monitoruje przepływ energii w BESS i podłączonych systemach. Koordynuje BMS, falowniki i inne komponenty w celu optymalizacji ogólnej wydajności systemu.
Systemy bezpieczeństwa: Obejmują one systemy gaszenia pożaru, wykrywania dymu, kontroli temperatury i chłodzenia/ogrzewania, aby zapewnić bezpieczną pracę i zapobiec zagrożeniom.

Zastosowania BESS

BESS mają szeroki zakres zastosowań w sektorze energetycznym, w tym:

Integracja odnawialnych źródeł energii: BESS mogą być wykorzystywane do magazynowania nadwyżek energii wytwarzanej z odnawialnych źródeł, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, które często mają charakter przerywany. Zmagazynowana energia może być następnie rozładowywana, gdy wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych jest niskie, zapewniając stabilne i niezawodne zasilanie.
Świadczenie usług stabilizacji sieci: BESS mogą świadczyć usługi pomocnicze dla sieci, takie jak regulacja częstotliwości i wsparcie napięcia, które pomagają utrzymać stabilność sieci i zapobiegają blackoutom.
Umożliwienie redukcji szczytów i przesunięcia obciążenia: BESS mogą być wykorzystywane do redukcji szczytowego zapotrzebowania poprzez rozładowywanie zmagazynowanej energii w okresach wysokiego zużycia energii elektrycznej. Może to pomóc obniżyć koszty energii elektrycznej i zmniejszyć obciążenie sieci.
Służenie jako zasilanie awaryjne dla infrastruktury krytycznej: BESS mogą zapewnić zasilanie awaryjne podczas przerw w dostawie prądu, zapewniając ciągłość działania krytycznych obiektów, takich jak szpitale, centra danych i sieci komunikacyjne.
Zwiększenie efektywności energetycznej w obiektach przemysłowych i komercyjnych: BESS mogą być wykorzystywane do optymalizacji zużycia energii w obiektach przemysłowych i komercyjnych poprzez magazynowanie energii w godzinach poza szczytem i wykorzystywanie jej w godzinach szczytu, co zmniejsza koszty energii i poprawia efektywność.

Jednym z godnych uwagi przykładów projektu BESS na dużą skalę jest instalacja Trina Storage o mocy 50 MW/56,2 MWh w Burwell w Anglii. Projekt ten pokazuje rosnące wykorzystanie BESS do magazynowania energii na skalę sieci i integracji odnawialnych źródeł energii.

BESS dla farm wiatrowych i fotowoltaicznych

BESS oferują szereg korzyści dla właścicieli farm wiatrowych i fotowoltaicznych:

Wygładzanie nieciągłości wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych: Wytwarzanie energii wiatrowej i słonecznej może się wahać w zależności od warunków pogodowych. BESS mogą magazynować nadmiar energii wytwarzanej w okresach silnego wiatru lub nasłonecznienia i rozładowywać ją, gdy wytwarzanie jest niskie, zapewniając stałą i niezawodną moc wyjściową.
Maksymalizacja autokonsumpcji wytwarzanej energii elektrycznej: BESS pozwalają właścicielom farm na magazynowanie wytwarzanej przez nich energii elektrycznej i wykorzystywanie jej później, zmniejszając ich zależność od sieci i potencjalnie obniżając rachunki za prąd.
Zmniejszenie zależności od sieci i kosztów przyłączenia do sieci: Magazynując i wykorzystując własną wytwarzaną energię elektryczną, właściciele farm mogą zmniejszyć swoją zależność od sieci, potencjalnie unikając kosztownych modernizacji lub opłat za przyłączenie do sieci.
Poprawa ogólnej efektywności i rentowności projektów w zakresie energii odnawialnej: BESS mogą zwiększyć opłacalność ekonomiczną farm wiatrowych i fotowoltaicznych, umożliwiając udział w rynkach energii, świadczenie usług sieciowych i optymalizację zużycia energii.

Rodzaje baterii stosowanych w BESS

W BESS stosuje się kilka rodzajów baterii, z których każdy ma swoje zalety i wady:

Litowo-jonowe (Li-Ion): Baterie te są szeroko stosowane ze względu na wysoką gęstość energii, długą żywotność i niskie wymagania konserwacyjne. Oferują szybkie możliwości ładowania i niski współczynnik samorozładowania, co czyni je odpowiednimi do różnych zastosowań BESS.
Ołowiowo-kwasowe (PbA): Jest to dojrzała i opłacalna technologia o sprawdzonej niezawodności w różnych zastosowaniach, w tym w magazynowaniu energii na skalę sieci. Mają jednak niższą gęstość energii i krótszą żywotność w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi.
Sodowo-siarkowe (Na-S): Baterie te oferują wysoką gęstość energii i mocy, długą żywotność i niezawodną pracę w wysokich temperaturach. Nadają się jednak głównie do zastosowań stacjonarnych na dużą skalę ze względu na temperaturę pracy i wrażliwość na korozję.
Baterie przepływowe: Baterie te magazynują energię w ciekłych roztworach elektrolitów, oferując długi czas trwania i wydłużoną żywotność. Chociaż mają niższą gęstość energii i szybkości ładowania/rozładowania w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi, zapewniają szybki czas reakcji i zmniejszone ryzyko pożaru, co czyni je odpowiednimi do niektórych zastosowań sieciowych.

Konkretnym przykładem nowoczesnego produktu BESS jest Elementa 2 BESS firmy Trina Storage, który ma moc wyjściową 2 MW i pojemność 4 MWh, zapakowany w 20-stopowym kontenerze z oczekiwaną żywotnością 12 000 cykli. Podkreśla to ciągły rozwój kompaktowych i wydajnych rozwiązań BESS.

Wybór odpowiedniego typu baterii do BESS zależy od różnych czynników, w tym od konkretnego zastosowania, wymaganej pojemności energetycznej i czasu trwania magazynowania, względów kosztowych i wpływu na środowisko.

Oprogramowanie systemu zarządzania energią (EMS)

Oprogramowanie EMS odgrywa kluczową rolę w optymalizacji wydajności BESS. Monitoruje i kontroluje przepływ energii w BESS, koordynując działanie różnych komponentów, takich jak BMS, falowniki i systemy bezpieczeństwa. EMS zbiera i analizuje dane w celu zarządzania i optymalizacji ogólnej wydajności systemu, zapewniając wydajną i niezawodną pracę.

Kluczowe funkcje oprogramowania EMS obejmują:

Monitorowanie i sterowanie w czasie rzeczywistym: EMS stale monitoruje wydajność BESS, w tym SOC baterii, napięcie, prąd i temperaturę. Dostosowuje szybkości ładowania i rozładowywania w oparciu o warunki w czasie rzeczywistym i wymagania sieci.
Optymalizacja energii: EMS optymalizuje zużycie energii w oparciu o takie czynniki, jak ceny energii elektrycznej, opłaty za zapotrzebowanie i wymagania dotyczące stabilności sieci. Może planować ładowanie i rozładowywanie, aby zminimalizować koszty energii i zmaksymalizować generowanie przychodów.
Prognozowanie i analiza predykcyjna: EMS może wykorzystywać dane historyczne i prognozy pogody do przewidywania przyszłego zapotrzebowania na energię i odpowiedniej optymalizacji działania BESS.
Usługi sieciowe: EMS może umożliwić BESS świadczenie usług sieciowych, takich jak regulacja częstotliwości, wsparcie napięcia i redukcja szczytów, przyczyniając się do stabilności i niezawodności sieci.
Zdalne monitorowanie i sterowanie: EMS umożliwia zdalne monitorowanie i sterowanie BESS, umożliwiając operatorom dostęp do danych systemowych i dostosowywanie ustawień z centralnej lokalizacji.

Funkcje te w znacznym stopniu przyczyniają się do ogólnej wartości BESS poprzez optymalizację zużycia energii, redukcję kosztów, zwiększenie stabilności sieci i maksymalizację zwrotu z inwestycji dla właścicieli BESS. EMS umożliwia również udział w rynkach usług sieciowych, tworząc dodatkowe źródła przychodów.

Rentowność BESS

Chociaż materiały badawcze nie dostarczyły szczegółowych informacji na temat rentowności BESS, na opłacalność ekonomiczną instalacji BESS, zwłaszcza dla właścicieli farm wiatrowych lub fotowoltaicznych, może wpływać kilka czynników:

Arbitraż energetyczny: BESS mogą być wykorzystywane do magazynowania nadwyżek energii wytwarzanej w okresach niskiego zapotrzebowania i wysokiej generacji energii odnawialnej, a następnie rozładowywania jej w okresach wysokiego zapotrzebowania i wyższych cen energii elektrycznej. Może to generować przychody poprzez wykorzystanie różnic cenowych na rynku energii elektrycznej.
Redukcja opłat za zapotrzebowanie: BESS mogą zmniejszyć szczytowe opłaty za zapotrzebowanie poprzez rozładowywanie zmagazynowanej energii w okresach szczytowego zapotrzebowania, obniżając koszty energii elektrycznej dla firm i obiektów przemysłowych.
Usługi sieciowe: BESS mogą świadczyć usługi pomocnicze dla sieci, takie jak regulacja częstotliwości i wsparcie napięcia, które mogą generować przychody poprzez rynki usług sieciowych.
Integracja energii odnawialnej: BESS mogą ułatwić integrację odnawialnych źródeł energii poprzez wygładzanie zmienności energii wiatrowej i słonecznej, czyniąc ją bardziej niezawodną i dyspozycyjną.
Zasilanie awaryjne: BESS mogą zapewnić zasilanie awaryjne podczas przerw w dostawie prądu, zapewniając ciągłość działania krytycznych obciążeń.

Wnioski

BESS stają się kluczową technologią w nowoczesnym sektorze energetycznym, oferując szereg korzyści dla stabilności sieci, integracji odnawialnych źródeł energii i optymalizacji kosztów. Niniejszy raport zawierał przegląd techniczny BESS, podkreślając kluczowe specyfikacje, komponenty i zastosowania.

Dostępne są różne technologie BESS, z których każda ma swoje mocne i słabe strony. Baterie litowo-jonowe są szeroko stosowane ze względu na wysoką gęstość energii i długą żywotność, podczas gdy baterie przepływowe nadają się do magazynowania o dłuższym czasie trwania. Wybór technologii baterii zależy od konkretnego zastosowania i wymagań projektu.

Dla właścicieli farm wiatrowych i fotowoltaicznych BESS oferują znaczny potencjał w zakresie zwiększania rentowności i efektywności ich projektów w zakresie energii odnawialnej. Poprzez wygładzanie nieciągłości wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych, maksymalizację autokonsumpcji i zmniejszenie zależności od sieci, BESS mogą zwiększyć opłacalność ekonomiczną tych projektów.

W miarę jak technologia będzie się rozwijać, a koszty będą spadać, oczekuje się, że BESS będą odgrywać coraz ważniejszą rolę w przechodzeniu na czystszą i bardziej zrównoważoną energetycznie przyszłość. Ich zdolność do integracji odnawialnych źródeł energii, zwiększania stabilności sieci i optymalizacji zużycia energii czyni je kluczowym elementem nowoczesnego systemu energetycznego. „