ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ทำงานอย่างไร?

ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า BESS (Battery Energy Storage System) ใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้จำนวนมากในการกักเก็บไฟฟ้าส่วนเกินจากสายส่งหรือแหล่งพลังงานหมุนเวียนเพื่อใช้ในภายหลัง เนื่องจากเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนและสมาร์ทกริดมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ระบบ BESS จึงมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการรักษาเสถียรภาพของแหล่งจ่ายไฟฟ้าและเพิ่มมูลค่าของพลังงานสีเขียวให้สูงสุด แล้วระบบเหล่านี้ทำงานอย่างไรกันแน่?
ขั้นตอนที่ 1: แบตเตอรี่สำรอง
หัวใจสำคัญของระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) คือตัวกลางในการกักเก็บพลังงาน นั่นก็คือแบตเตอรี่ โมดูลแบตเตอรี่หรือ "เซลล์" หลายๆ เซลล์จะถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้าง "ชุดแบตเตอรี่" ที่ให้ความจุในการกักเก็บพลังงานตามที่ต้องการ เซลล์ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และความสามารถในการชาร์จเร็ว สารเคมีอื่นๆ เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและแบตเตอรี่แบบไหลเวียนก็ถูกนำมาใช้ในบางแอปพลิเคชันเช่นกัน
ขั้นตอนที่ 2: ระบบแปลงพลังงาน
ชุดแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าผ่านระบบแปลงพลังงาน (Power Conversion System หรือ PCS) PCS ประกอบด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เช่น อินเวอร์เตอร์ คอนเวอร์เตอร์ และตัวกรอง ซึ่งช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ทั้งสองทิศทางระหว่างแบตเตอรี่และโครงข่ายไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์จะแปลงกระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่เป็นกระแสสลับ (AC) ที่โครงข่ายไฟฟ้าใช้ และคอนเวอร์เตอร์จะแปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับเพื่อชาร์จแบตเตอรี่
ขั้นตอนที่ 3: ระบบจัดการแบตเตอรี่
ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ทำหน้าที่ตรวจสอบและควบคุมเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ภายในชุดแบตเตอรี่ BMS จะปรับสมดุลเซลล์ ควบคุมแรงดันและกระแสไฟฟ้าในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ และป้องกันความเสียหายจากการชาร์จเกิน กระแสไฟเกิน หรือการคายประจุจนหมด นอกจากนี้ยังตรวจสอบพารามิเตอร์สำคัญ เช่น แรงดัน กระแส และอุณหภูมิ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ให้เหมาะสมที่สุด
ขั้นตอนที่ 4: ระบบระบายความร้อน
ระบบระบายความร้อนจะกำจัดความร้อนส่วนเกินออกจากแบตเตอรี่ในระหว่างการใช้งาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาระดับอุณหภูมิของเซลล์ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมและยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานที่สุด ประเภทของการระบายความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยของเหลว (โดยการหมุนเวียนสารหล่อเย็นผ่านแผ่นที่สัมผัสกับแบตเตอรี่) และการระบายความร้อนด้วยอากาศ (โดยใช้พัดลมเป่าอากาศผ่านช่องใส่แบตเตอรี่)
ขั้นตอนที่ 5: การดำเนินการ
ในช่วงที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำหรือมีการผลิตพลังงานหมุนเวียนสูง ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) จะดูดซับพลังงานส่วนเกินผ่านระบบแปลงพลังงานและเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงหรือพลังงานหมุนเวียนไม่พร้อมใช้งาน พลังงานที่เก็บไว้จะถูกปล่อยกลับคืนสู่โครงข่ายไฟฟ้าผ่านอินเวอร์เตอร์ これにより BESS สามารถ "ปรับเวลา" พลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอ รักษาเสถียรภาพความถี่และแรงดันไฟฟ้าของโครงข่ายไฟฟ้า และให้พลังงานสำรองในระหว่างที่ไฟฟ้าดับได้
ระบบจัดการแบตเตอรี่จะตรวจสอบสถานะการชาร์จของแต่ละเซลล์และควบคุมอัตราการชาร์จและการคายประจุเพื่อป้องกันการชาร์จเกิน ความร้อนสูงเกิน และการคายประจุจนหมดของแบตเตอรี่ ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ และระบบระบายความร้อนจะทำงานเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิโดยรวมของแบตเตอรี่ให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย
โดยสรุป ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ใช้ประโยชน์จากแบตเตอรี่ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ระบบควบคุมอัจฉริยะ และการจัดการความร้อนร่วมกันอย่างเป็นระบบ เพื่อกักเก็บไฟฟ้าส่วนเกินและจ่ายพลังงานเมื่อต้องการ เทคโนโลยี BESS จึงสามารถเพิ่มมูลค่าของแหล่งพลังงานหมุนเวียน ทำให้โครงข่ายไฟฟ้ามีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้น และสนับสนุนการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานคาร์บอนต่ำในอนาคต

ด้วยการเพิ่มขึ้นของแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ (BESS) จึงมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จได้เพื่อกักเก็บไฟฟ้าส่วนเกินจากโครงข่ายหรือจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน และจ่ายพลังงานนั้นกลับมาเมื่อจำเป็น เทคโนโลยี BESS ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอให้สูงสุด และปรับปรุงความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และความยั่งยืนของโครงข่ายไฟฟ้าโดยรวม
ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) โดยทั่วไปประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง:
1) ชุดแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยโมดูลหรือเซลล์แบตเตอรี่หลายชุด เพื่อให้ได้ความจุในการเก็บพลังงานที่ต้องการ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นที่นิยมใช้มากที่สุด เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และชาร์จเร็ว นอกจากนี้ยังมีการใช้แบตเตอรี่ชนิดอื่นๆ เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและแบตเตอรี่แบบไหลเวียน
2) ระบบแปลงพลังงาน (PCS) ที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับโครงข่ายไฟฟ้า ระบบ PCS ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ คอนเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์ควบคุมอื่นๆ ที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ทั้งสองทิศทางระหว่างแบตเตอรี่และโครงข่ายไฟฟ้า
3) ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่คอยตรวจสอบและควบคุมสถานะและประสิทธิภาพของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ BMS จะปรับสมดุลเซลล์ ป้องกันความเสียหายจากการชาร์จไฟเกินหรือการคายประจุจนหมด และตรวจสอบพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น แรงดัน กระแส และอุณหภูมิ