Mielőtt az akkumulátor-energiatároló rendszer (BESS) architektúrájáról és akkumulátortípusairól beszélnénk, először az ezen a területen használt leggyakoribb terminológiára kell összpontosítanunk. Számos fontos paraméter írja le az akkumulátoros energiatároló rendszerek viselkedését.
Kapacitás [Ah]: Az a maximális elektromos töltés, amelyet a rendszer képes biztosítani a csatlakoztatott terhelésnek ésszerű feszültség mellett. Az akkumulátor technológiája jelentős hatással van erre a paraméterre, amelynek értéke egy adott kisülési áramhoz és hőmérséklethez van beállítva.
Névleges energia [Wh]:Ez a teljes töltés és a teljes kisütés között termelt teljes energia. Ez megegyezik az akkumulátor feszültségének szorzatával a kapacitással. A hőmérséklet és az áramerősség is hatással van, hiszen a kapacitás határozza meg.
Teljesítmény [W]:A BESS kimeneti teljesítményének meghatározása nehéz, mert a csatlakoztatott terheléstől függ. Mindazonáltal a névleges teljesítmény a legjellemzőbb kisütési forgatókönyv szerinti teljesítményt jelenti.
Fajlagos energia [Wh/kg]:Ez jelzi az akkumulátor energiatároló kapacitását a tömeghez viszonyítva.
A töltés és kisütés időtartamának meghatározására szolgáló skálát az únC Ráta. A kisütési áram 1 C-on egy óra alatt teljesen lemeríti az akkumulátort.
A töltés/kisütés/töltés aciklus. Nincs elfogadott definíciója annak, hogy mi a ciklus.
Egy akkumulátorciklus élettartamaaz általa előidézhető ciklusok teljes száma.
Dod: Kibocsátási mélység. A teljes kisülés 100%;
Töltési állapot (SoC,%):Az akkumulátor töltöttségi szintjét ez a szám jelzi.
A " kifejezéscoulombos hatásfok" az akkumulátor hatékony töltésátviteli képességére utal. Ez az a töltés aránya, amely az eredeti töltöttségi állapotba való visszatéréshez szükséges a kisütési fázisban felszabaduló töltési mennyiséghez (Ah). Az ólom-sav technológia kivételével a legtöbb szokásos az akkumulátorok hatékonysága ehhez hasonló.
Az elektrokémiai energiatároló rendszerek fő típusai
Számos akkumulátorrendszer létezik, amelyek mindegyike kémiai összetevők és folyamatok egyedi kombinációján alapul. Jelenleg az ólom-savas és Li-ion akkumulátorok a legszélesebb körben használt típusok, de az áramlási, nikkel- és kénalapú akkumulátoroknak is helyük van ezen a piacon. Gyorsan áttekintjük a legnépszerűbb akkumulátortechnológiák legfontosabb előnyeit.
Ezeket az akkumulátorokat rendszeresen használjuk. Ennek az akkumulátornak az alapeleme egy bioxid vagy ólom pozitív elektródából és egy negatív ólomelektródából áll. Az elektrolit kénsav vizes oldata.
Ezen akkumulátorok elsődleges előnyei a megfizethetőségük és a fejlett technológiai állapotuk.
Nikkel-kadmium (Ni-Cd) akkumulátorok
Mielőtt a lítium akkumulátor technológiát széles körben alkalmazták volna, ez az akkumulátortípus évekig a hordozható eszközök elsődleges áramforrásaként szolgált.
Ezek az akkumulátorok nagy teljesítményt és gyors újratöltési időt biztosítanak.
Ezen akkumulátorok fejlesztését a nikkel-metál-hidrid (NiMH) technológia jelenti, amely körülbelül 40%-kal magasabb fajlagos energiát tud biztosítani, mint a szabványos NiCd.
Lítium-ion (Li-Ion) akkumulátorok
Az összes fém közül a lítium rendelkezik a legnagyobb fajlagos energiával, és a legkönnyebb. Az újratölthető lítium fém anód akkumulátorok hihetetlenül nagy energiasűrűséget biztosítanak.
Vannak más korlátozások is. Például a dendritek kialakulása az anódon a kerékpározás során releváns korlátozás. Ez áramkimaradást okozhat, ami megemelheti a hőmérsékletet és károsíthatja az akkumulátort.
A BESS összetétele
Különböző logikai és fizikai szintek alkotják a BESS-t. Minden egyedi fizikai alkatrésznek saját vezérlőrendszerre van szüksége.
Íme a kulcsfontosságú szakaszok összefoglalása:
Az akkumulátorrendszer különböző akkumulátorcsomagokból és számos akkumulátorból áll, amelyek a kívánt feszültség- és áramszintek elérése érdekében egymáshoz vannak csatlakoztatva.
Az akkumulátor-kezelő rendszer szabályozza az egyes cellák megfelelő működését, hogy a rendszer olyan feszültség-, áram- és hőmérséklet-tartományban működjön, amely az akkumulátorok kiváló egészsége szempontjából biztonságos, nem pedig a rendszer egésze szempontjából. Ezen túlmenően az egyes cellák töltöttségi állapota ezzel beállítható és kiegyensúlyozott.
A tápfeszültség váltakozó árammá alakításához az invertereket az akkumulátorrendszerhez kell csatlakoztatni. Minden BESS-ben megtalálható a PCS (teljesítmény-átalakító rendszer) néven ismert speciális teljesítményelektronikai szint. Jellemzően egy konverziós egységbe van csoportosítva a megfelelő felügyelethez szükséges összes kiegészítő szolgáltatással együtt.
A rendszer és az energiaáramlás felügyelete és vezérlése (energiagazdálkodási rendszer) a következő lépések. A felügyeleti vezérlő és adatgyűjtő rendszer vagy SCADA rendszer gyakran tartalmaz általános felügyeleti és vezérlési funkciókat. Másrészt az energiagazdálkodási rendszert kifejezetten az energiaáramlás figyelésére tervezték, az alkalmazási követelményeknek megfelelően.
A középfeszültségű/kisfeszültségű transzformátor csatlakozása és a rendszer méretétől függően a nagyfeszültségű/középfeszültségű transzformátor egy dedikált alállomáson az utolsó bekötés.
PV modul és BESS integráció
A megújuló energiaforrások várhatóan jelentős hatással lesznek az elektromos rendszerekre a jövőben, amint azt a sorozat első részében tárgyaltuk. Mind az elektromos rendszer, mind a megújuló erőmű számára előnyös lehet a BESS és a megújuló energiaforrás integrálása.
Az alábbiakban bemutatjuk, hogy a BESS milyen módon segítheti az erőművet:
Egy egyenletesebb és kiszámíthatóbb generációs görbe elérése érdekében ez ellensúlyozná a generációs profil "volatilitását" a felhőtakaró alatt vagy a hirtelen megugrott teljesítményben. A 4. ábrán látható a kontraszt a fotovillamos erőmű felhős napon és tiszta égbolt alatti generálási görbéje között. A BESS integrálásával a generáció kevésbé "villogna", így szabályosabb görbét eredményezne.
A generációs görbe a csúcsborotválkozás hatására "kisimul" (a csúcsborotválkozásról bővebben az előző cikkben olvashat).
A hálózattámogatás és a járulékos szolgáltatások tekintetében a BESS jelentős szerepet tölthet be az erőmű elektromos hálózatba történő integrálásában azáltal, hogy frekvenciaszabályozást és feszültségkezelést kínál (a meddőteljesítmény kompenzációval együtt), lényegesen kisebb hatással az elektromos rendszerre.
A fent említett szolgáltatásokon kívül a fotovoltaikus modulok és az akkumulátoros energiatároló rendszerek között több lehetséges együttműködés is létezik, kezdve a kapcsolódási pont cseréjével (POC). Mivel a BESS-t gyakran telepítik a PV-modul "kiegészítésére", jelenléte nem tehet szükségessé extra teljesítményt a POC-nál.
A további lehetséges együttműködések a PV-modulok BESS-hez való csatlakozásának architektúrájában meghozott döntésekből fakadnak. Legalább három elsődleges lehetőség létezik:
DC csatolás: Ebben az opcióban egy adott DC/DC átalakítót használnak a BESS és a PV összekapcsolására az akkumulátorok és a PV modulok DC oldalán a feszültség stabilizálása érdekében. Ezzel a módszerrel az erőmű teljes váltakozó áramú oldala megosztja az invertereket a PV modul és a BESS között (az inverter ebben a forgatókönyvben képes lesz a PQ diagram mind a 4 kvadránsában működni). Ez a választás meglehetősen gyakori a lakossági környezetben. alkalmazások, vagy kis üzem esetén (kW). Nagyüzem esetén a BESS a tábla mentén kerül kiosztásra. Azonban speciális és költséges logikát igényel az egyenfeszültség és az egyes akkumulátorok töltésének szabályozása.
AC csatolás az inverter után: Ez a módszer az előzőhöz hasonlítható, de a BESS és a PV modul csatolási pontját az inverterek mögé helyezi. Ebben az esetben a BESS és a PV modul külön-külön dedikált inverterrel rendelkezik. Mivel nincs szükség további vezérlőlogikára az egyenáramú csatoláshoz, ez a módszer a lakossági alkalmazásokban is népszerű, és nagy üzemekben is használható elosztott BESS létrehozására.
AC csatolás a POC-nál:Ebben a megoldásban a PV modul és a BESS csak az összekapcsolási lehetőséget osztja meg, míg üzemi szinten teljesen elválasztott szakaszaik vannak.