Ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας από μπαταρίες, κοινώς γνωστό ως BESS, χρησιμοποιεί συστοιχίες επαναφορτιζόμενων μπαταριών για την αποθήκευση της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο ή τις ανανεώσιμες πηγές για μελλοντική χρήση. Καθώς οι τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και έξυπνων δικτύων εξελίσσονται, τα συστήματα BESS διαδραματίζουν ολοένα και πιο ζωτικό ρόλο στη σταθεροποίηση της παροχής ενέργειας και στη μεγιστοποίηση της αξίας της πράσινης ενέργειας. Πώς ακριβώς λειτουργούν λοιπόν αυτά τα συστήματα;
Βήμα 1: Τράπεζα μπαταριών
Η βάση κάθε BESS είναι το μέσο αποθήκευσης ενέργειας - οι μπαταρίες. Πολλαπλές μονάδες μπαταριών ή "στοιχεία" συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια "τράπεζα μπαταριών" που παρέχει την απαιτούμενη χωρητικότητα αποθήκευσης. Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι ιόντων λιθίου λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος, της μεγάλης διάρκειας ζωής και της ικανότητας γρήγορης φόρτισης. Άλλες χημικές ουσίες, όπως οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος και οι μπαταρίες ροής, χρησιμοποιούνται επίσης σε ορισμένες εφαρμογές.
Βήμα 2: Σύστημα μετατροπής ισχύος
Η συστοιχία μπαταριών συνδέεται στο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω ενός συστήματος μετατροπής ισχύος ή PCS. Το PCS αποτελείται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα ισχύος όπως έναν μετατροπέα, έναν μετατροπέα και φίλτρα που επιτρέπουν τη ροή ισχύος και προς τις δύο κατευθύνσεις μεταξύ της μπαταρίας και του δικτύου. Ο μετατροπέας μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC) από την μπαταρία σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) που χρησιμοποιεί το δίκτυο και ο μετατροπέας κάνει το αντίστροφο για να φορτίσει την μπαταρία.
Βήμα 3: Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας
Ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών, ή BMS, παρακολουθεί και ελέγχει κάθε μεμονωμένο στοιχείο μπαταρίας μέσα στην τράπεζα μπαταριών. Το BMS εξισορροπεί τα στοιχεία, ρυθμίζει την τάση και το ρεύμα κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση και προστατεύει από ζημιές από υπερφόρτιση, υπερρεύματα ή βαθιά εκφόρτιση. Παρακολουθεί βασικές παραμέτρους όπως η τάση, το ρεύμα και η θερμοκρασία για να βελτιστοποιήσει την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Βήμα 4: Σύστημα ψύξης
Ένα σύστημα ψύξης απομακρύνει την υπερβολική θερμότητα από τις μπαταρίες κατά τη λειτουργία. Αυτό είναι κρίσιμο για να διατηρούνται τα στοιχεία εντός του βέλτιστου εύρους θερμοκρασίας και να μεγιστοποιείται η διάρκεια ζωής του κύκλου. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι ψύξης που χρησιμοποιούνται είναι η υγρή ψύξη (με κυκλοφορία ψυκτικού μέσου μέσω πλακών που έρχονται σε επαφή με τις μπαταρίες) και η ψύξη με αέρα (χρησιμοποιώντας ανεμιστήρες για την προώθηση του αέρα μέσα από τα περιβλήματα των μπαταριών).
Βήμα 5: Λειτουργία
Σε περιόδους χαμηλής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας ή υψηλής παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας, το BESS απορροφά την πλεονάζουσα ενέργεια μέσω του συστήματος μετατροπής ισχύος και την αποθηκεύει στην τράπεζα μπαταριών. Όταν η ζήτηση είναι υψηλή ή οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν είναι διαθέσιμες, η αποθηκευμένη ενέργεια εκκενώνεται πίσω στο δίκτυο μέσω του μετατροπέα. Αυτό επιτρέπει στο BESS να «μετατοπίζει χρονικά» την διακοπτόμενη ανανεώσιμη ενέργεια, να σταθεροποιεί τη συχνότητα και την τάση του δικτύου και να παρέχει εφεδρική ισχύ κατά τη διάρκεια διακοπών.
Το σύστημα διαχείρισης μπαταριών παρακολουθεί την κατάσταση φόρτισης κάθε στοιχείου και ελέγχει τον ρυθμό φόρτισης και εκφόρτισης για να αποτρέψει την υπερφόρτιση, την υπερθέρμανση και τη βαθιά εκφόρτιση των μπαταριών - παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής τους. Και το σύστημα ψύξης λειτουργεί για να διατηρεί τη συνολική θερμοκρασία της μπαταρίας εντός ασφαλούς εύρους λειτουργίας.
Συνοπτικά, ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας από μπαταρίες αξιοποιεί τις μπαταρίες, τα ηλεκτρονικά ισχύος, τα έξυπνα χειριστήρια και τη θερμική διαχείριση μαζί με έναν ολοκληρωμένο τρόπο για την αποθήκευση της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας και την εκφόρτιση της ενέργειας κατ' απαίτηση. Αυτό επιτρέπει στην τεχνολογία BESS να μεγιστοποιήσει την αξία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, να καταστήσει τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας πιο αποτελεσματικά και βιώσιμα και να υποστηρίξει τη μετάβαση σε ένα ενεργειακό μέλλον χαμηλών εκπομπών άνθρακα.
Με την άνοδο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια, τα μεγάλης κλίμακας συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από μπαταρίες (BESS) παίζουν ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στη σταθεροποίηση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας από μπαταρίες χρησιμοποιεί επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για την αποθήκευση της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο ή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και την ανατροφοδότηση αυτής της ενέργειας όταν χρειάζεται. Η τεχνολογία BESS βοηθά στη μεγιστοποίηση της αξιοποίησης των διαλείπουσων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και βελτιώνει τη συνολική αξιοπιστία, την αποδοτικότητα και τη βιωσιμότητα του δικτύου.
Ένα BESS συνήθως αποτελείται από πολλά στοιχεία:
1) Συστοιχίες μπαταριών κατασκευασμένες από πολλαπλές μονάδες ή στοιχεία μπαταριών για την παροχή της απαιτούμενης χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται συχνότερα λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος, της μεγάλης διάρκειας ζωής και των δυνατοτήτων γρήγορης φόρτισης. Χρησιμοποιούνται επίσης και άλλες χημικές ουσίες, όπως μπαταρίες μολύβδου-οξέος και μπαταρίες ροής.
2) Σύστημα μετατροπής ισχύος (PCS) που συνδέει την τράπεζα μπαταριών με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Το PCS αποτελείται από έναν μετατροπέα, έναν μετατροπέα και άλλο εξοπλισμό ελέγχου που επιτρέπει τη ροή ισχύος και προς τις δύο κατευθύνσεις μεταξύ της μπαταρίας και του δικτύου.
3) Σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) που παρακολουθεί και ελέγχει την κατάσταση και την απόδοση των μεμονωμένων στοιχείων της μπαταρίας. Το BMS εξισορροπεί τα στοιχεία, προστατεύει από ζημιές από υπερφόρτιση ή βαθιά εκφόρτιση και παρακολουθεί παραμέτρους όπως η τάση, το ρεύμα και η θερμοκρασία.
4) Σύστημα ψύξης που απομακρύνει την υπερβολική θερμότητα από τις μπαταρίες. Χρησιμοποιείται ψύξη με υγρό ή αέρα για να διατηρούνται οι μπαταρίες εντός του βέλτιστου εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας τους και να μεγιστοποιείται η διάρκεια ζωής τους.
5) Περίβλημα ή δοχείο που προστατεύει και ασφαλίζει ολόκληρο το σύστημα μπαταριών. Τα εξωτερικά περιβλήματα μπαταριών πρέπει να είναι ανθεκτικά στις καιρικές συνθήκες και να αντέχουν σε ακραίες θερμοκρασίες.
Οι κύριες λειτουργίες ενός BESS είναι οι εξής:
• Απορροφήστε την πλεονάζουσα ενέργεια από το δίκτυο σε περιόδους χαμηλής ζήτησης και απελευθερώστε την όταν η ζήτηση είναι υψηλή. Αυτό βοηθά στη σταθεροποίηση των διακυμάνσεων τάσης και συχνότητας.
• Αποθηκεύστε ανανεώσιμη ενέργεια από πηγές όπως τα ηλιακά φωτοβολταϊκά και τα αιολικά πάρκα που έχουν μεταβλητή και διακοπτόμενη απόδοση και, στη συνέχεια, παραδώστε αυτήν την αποθηκευμένη ενέργεια όταν δεν λάμπει ο ήλιος ή δεν φυσάει ο άνεμος. Αυτό μετατοπίζει χρονικά την ανανεώσιμη ενέργεια σε όταν είναι περισσότερο απαραίτητη.
• Παροχή εφεδρικής ισχύος κατά τη διάρκεια βλαβών ή διακοπών ρεύματος στο δίκτυο, ώστε να διατηρείται η λειτουργία κρίσιμων υποδομών, είτε σε λειτουργία απομονωμένου δικτύου είτε σε λειτουργία σύνδεσης με το δίκτυο.
• Συμμετοχή σε προγράμματα απόκρισης ζήτησης και βοηθητικών υπηρεσιών αυξάνοντας ή μειώνοντας την ισχύ εξόδου ανάλογα με τη ζήτηση, παρέχοντας ρύθμιση συχνότητας και άλλες υπηρεσίες δικτύου.
Συμπερασματικά, καθώς οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας συνεχίζουν να αυξάνονται ως ποσοστό των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως, τα μεγάλης κλίμακας συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από μπαταρίες θα διαδραματίσουν απαραίτητο ρόλο στην αξιόπιστη και διαθέσιμη αυτή η καθαρή ενέργεια όλο το εικοσιτετράωρο. Η τεχνολογία BESS θα βοηθήσει στη μεγιστοποίηση της αξίας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, στη σταθεροποίηση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και στην υποστήριξη της μετάβασης σε ένα πιο βιώσιμο, ενεργειακό μέλλον χαμηλών εκπομπών άνθρακα.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Ιουλίου 2023
