Akkuenergian varastointijärjestelmä, joka tunnetaan yleisesti nimellä BESS, käyttää ladattavien akkujen pankkeja varastoidakseen ylimääräistä sähköä verkosta tai uusiutuvista lähteistä myöhempää käyttöä varten. Uusiutuvan energian ja älykkäiden sähköverkkojen teknologioiden kehittyessä BESS-järjestelmillä on yhä tärkeämpi rooli virransyötön vakauttamisessa ja vihreän energian arvon maksimoinnissa. Miten nämä järjestelmät sitten tarkalleen ottaen toimivat?
Vaihe 1: Akkupankki
Minkä tahansa BESS-järjestelmän perusta on energian varastointiväline – akut. Useat akkumoduulit eli "kennot" on kytketty yhteen muodostaen "akkupankin", joka tarjoaa tarvittavan varastointikapasiteetin. Yleisimmin käytetyt kennot ovat litiumioniakkuja niiden suuren tehotiheyden, pitkän käyttöiän ja nopean latauskyvyn vuoksi. Joissakin sovelluksissa käytetään myös muita kemikaaleja, kuten lyijyhappo- ja virtausakkuja.
Vaihe 2: Virranmuunnosjärjestelmä
Akkupankki kytketään sähköverkkoon tehonmuunnosjärjestelmän eli PCS:n kautta. PCS koostuu tehoelektroniikkakomponenteista, kuten invertteristä, konvertterista ja suodattimista, jotka mahdollistavat tehon virtaamisen molempiin suuntiin akun ja verkon välillä. Invertteri muuntaa akun tasavirran (DC) vaihtovirraksi (AC), jota verkko käyttää, ja konvertteri tekee päinvastoin akun lataamiseksi.
Vaihe 3: Akun hallintajärjestelmä
Akun hallintajärjestelmä eli BMS valvoo ja ohjaa jokaista yksittäistä akkukennoa akkupankissa. BMS tasapainottaa kennoja, säätelee jännitettä ja virtaa latauksen ja purkauksen aikana ja suojaa akut ylilatauksen, ylivirtojen tai syväpurkauksen aiheuttamilta vaurioilta. Se valvoo tärkeimpiä parametreja, kuten jännitettä, virtaa ja lämpötilaa, optimoidakseen akun suorituskyvyn ja käyttöiän.
Vaihe 4: Jäähdytysjärjestelmä
Jäähdytysjärjestelmä poistaa ylimääräisen lämmön akuista käytön aikana. Tämä on ratkaisevan tärkeää kennojen pitämiseksi optimaalisella lämpötila-alueella ja syklin käyttöiän maksimoimiseksi. Yleisimmät jäähdytystyypit ovat nestejäähdytys (jäähdytysnesteen kierrättäminen akkujen kanssa kosketuksissa olevien levyjen läpi) ja ilmajäähdytys (tuulettimien käyttö ilman puhaltamiseen akkukoteloiden läpi).
Vaihe 5: Käyttö
Sähkön kysynnän ollessa vähäistä tai uusiutuvan energian tuotannon ollessa suurta, BESS-järjestelmä absorboi ylimääräistä energiaa muuntojärjestelmän kautta ja varastoi sen akkupankkiin. Kun kysyntä on suurta tai uusiutuvaa energiaa ei ole saatavilla, varastoitu energia puretaan takaisin verkkoon invertterin kautta. Tämä mahdollistaa BESS-järjestelmän ajoittaisen uusiutuvan energian tuotannon, verkon taajuuden ja jännitteen vakauttamisen sekä varavirran tarjoamisen katkosten aikana.
Akun hallintajärjestelmä valvoo kunkin kennon varaustilaa ja ohjaa lataus- ja purkausnopeutta estääkseen akkujen ylilatautumisen, ylikuumenemisen ja syväpurkautumisen – mikä pidentää niiden käyttöikää. Jäähdytysjärjestelmä puolestaan pitää akun kokonaislämpötilan turvallisella käyttöalueella.
Yhteenvetona voidaan todeta, että akkuenergian varastointijärjestelmä hyödyntää akkuja, tehoelektroniikan komponentteja, älykkäitä ohjaimia ja lämmönhallintaa integroidulla tavalla ylimääräisen sähkön varastoimiseksi ja purkamiseksi tarvittaessa. Tämä mahdollistaa BESS-teknologian maksimoida uusiutuvien energialähteiden arvon, tehdä sähköverkoista tehokkaampia ja kestävämpiä sekä tukea siirtymistä vähähiiliseen energiatulevaisuuteen.
Uusiutuvien energialähteiden, kuten aurinko- ja tuulivoiman, yleistyessä laajamittaiset akkukäyttöiset energian varastointijärjestelmät (BESS) ovat yhä tärkeämmässä roolissa sähköverkkojen vakauttamisessa. Akkukäyttöinen energian varastointijärjestelmä käyttää ladattavia akkuja varastoidakseen ylimääräistä sähköä verkosta tai uusiutuvista energialähteistä ja toimittaakseen tämän energian takaisin tarvittaessa. BESS-teknologia auttaa maksimoimaan ajoittaisen uusiutuvan energian hyödyntämisen ja parantaa verkon yleistä luotettavuutta, tehokkuutta ja kestävyyttä.
BESS koostuu tyypillisesti useista osista:
1) Useista akkumoduuleista tai kennoista koostuvat akkupankit, jotka tarjoavat tarvittavan energian varastointikapasiteetin. Litiumioniakkuja käytetään yleisimmin niiden suuren tehotiheyden, pitkän käyttöiän ja nopean latauskyvyn vuoksi. Käytetään myös muita kemikaaleja, kuten lyijyhappo- ja virtausakkuja.
2) Tehonmuunnosjärjestelmä (PCS), joka yhdistää akkupankin sähköverkkoon. PCS koostuu invertteristä, konvertterista ja muista ohjauslaitteista, jotka mahdollistavat tehon virtaamisen molempiin suuntiin akun ja verkon välillä.
3) Akun hallintajärjestelmä (BMS), joka valvoo ja ohjaa yksittäisten akkukennojen tilaa ja suorituskykyä. BMS tasapainottaa kennoja, suojaa niitä ylilataukselta tai syväpurkaukselta ja valvoo parametreja, kuten jännitettä, virtaa ja lämpötilaa.
4) Jäähdytysjärjestelmä, joka poistaa ylimääräistä lämpöä akuista. Neste- tai ilmapohjaista jäähdytystä käytetään pitämään akut optimaalisella käyttölämpötila-alueella ja maksimoimaan niiden käyttöikä.
5) Kotelo tai säiliö, joka suojaa ja kiinnittää koko akkujärjestelmän. Ulkona olevien akkukoteloiden on oltava säänkestäviä ja kestettävä äärimmäisiä lämpötiloja.
BESS:n päätoiminnot ovat:
• Ota ylimääräinen sähkö verkosta alhaisen kysynnän aikana ja vapauta se, kun kysyntä on korkea. Tämä auttaa vakauttamaan jännite- ja taajuusvaihteluita.
• Varastoi uusiutuvaa energiaa lähteistä, kuten aurinkosähköstä ja tuulipuistoista, joiden teho vaihtelee ja on ajoittainen, ja toimita sitten varastoitu energia, kun aurinko ei paista tai tuuli ei puhalla. Tämä siirtää uusiutuvan energian tuotantoa silloin, kun sitä eniten tarvitaan.
• Tarjoa varavirtaa verkkovikojen tai -katkosten aikana kriittisen infrastruktuurin toiminnan varmistamiseksi joko saarekkeessa tai verkkoon kytkettynä.
• Osallistu kysyntäjoustoon ja oheispalveluohjelmiin nostamalla tai laskemalla tehoa kysynnän mukaan, tarjoamalla taajuuden säätöä ja muita verkkopalveluita.
Yhteenvetona voidaan todeta, että uusiutuvan energian osuuden kasvaessa maailmanlaajuisesti sähköverkoissa laajamittaiset akkukäyttöiset energian varastointijärjestelmät ovat korvaamattomia, jotta puhdas energia olisi luotettavaa ja saatavilla kellon ympäri. BESS-teknologia auttaa maksimoimaan uusiutuvan energian arvon, vakauttamaan sähköverkkoja ja tukemaan siirtymistä kestävämpään ja vähähiilisempään energiatulevaisuuteen.
Julkaisun aika: 07.07.2023
