O sistema de armazenamento de energia eletroquímica consiste em duas partes, o lado CC e o lado CA.O lado CC é o armazém de baterias, incluindo baterias, controle de temperatura, proteção contra incêndio, gabinetes de confluência, contêineres e outros equipamentos, e o lado CA é o armazém elétrico, incluindo conversores de armazenamento de energia, transformadores, contêineres, etc. o sistema de armazenamento de energia e a rede são realizados através da conversão AC-DC do conversor PCS.
1. Classificação dos sistemas de armazenamento de energia
De acordo com a estrutura elétrica, os sistemas de armazenamento de energia em grande escala podem ser divididos em:
(1) Centralizado: Sistema de armazenamento de energia centralizado conectado à rede, de baixa tensão e alta potência.Vários clusters de baterias são conectados em paralelo e depois conectados ao PCS.PCS busca alta potência e alta eficiência.Atualmente, está sendo promovida a solução 1500V.
(2) Distribuído: sistema de armazenamento de energia conectado à rede de reforço distribuído de baixa tensão e baixa potência, cada conjunto de baterias é conectado a uma unidade PCS, e o PCS adota um arranjo distribuído de baixa potência.
(3) Tipo de string inteligente: Com base na arquitetura do sistema de armazenamento de energia distribuída, tecnologias inovadoras, como otimização de energia em nível de módulo de bateria, controle de energia de cluster único de bateria, gerenciamento inteligente digital e design modular completo são adotadas para obter uma aplicação mais eficiente de armazenamento de energia sistemas.
(4) Sistema de armazenamento de energia de alta potência em cascata de alta tensão: inversor de bateria de cluster único, conectado diretamente à rede elétrica com nível de tensão acima de 6/10/35kv sem transformador.A capacidade de uma única unidade pode chegar a 5MW/10MWh.
(5) Tipo distribuído: Múltiplas ramificações no lado CC são conectadas em paralelo, um conversor CC/CC é adicionado na saída do conjunto de baterias para isolar o conjunto de baterias e os conversores CC/CC são conectados ao lado CC centralizado do PCS após coleção.
2. A iteração da rota da tecnologia de armazenamento de energia gira em torno de segurança, custo e eficiência
Segurança, custo e eficiência são as principais questões que precisam ser abordadas no desenvolvimento do armazenamento de energia.O núcleo da iteração da tecnologia de armazenamento de energia é melhorar a segurança, reduzir custos e melhorar a eficiência.
(1) Segurança
A segurança das centrais de armazenamento de energia é a questão mais preocupante na indústria.Os potenciais riscos potenciais de segurança das centrais eléctricas de armazenamento de energia electroquímica incluem incêndios causados por electricidade, incêndios causados por baterias, explosões de hidrogénio em caso de incêndio, anomalias do sistema, etc. à fuga térmica da bateria.As causas da fuga térmica incluem abuso mecânico, abuso elétrico e abuso térmico.Para evitar problemas de segurança, é necessário monitorar rigorosamente o estado da bateria para evitar a ocorrência de incentivos de fuga térmica.
(2) Alta eficiência
A consistência celular é um fator chave que afeta a eficiência do sistema.A consistência da bateria depende da qualidade da bateria, da solução tecnológica de armazenamento de energia e do ambiente de trabalho da bateria.À medida que o número de ciclos da bateria aumenta, as diferenças entre as baterias são refletidas gradualmente.As diferenças no ambiente de trabalho real durante a operação sobreposta levarão a diferenças agravadas entre múltiplas baterias, e o problema de consistência é proeminente, o que coloca desafios à gestão do BMS e até enfrenta desafios.Risco de segurança.No esquema de projeto e operação da usina de armazenamento de energia, a consistência da bateria deve ser melhorada tanto quanto possível para melhorar a eficiência do sistema.
(3) Baixo custo
O custo de um sistema de armazenamento de energia está relacionado ao investimento inicial e ao ciclo de vida.O envelhecimento e declínio dos materiais da bateria, do sistema de carga e descarga, da temperatura operacional da bateria e da consistência dos monômeros afetarão o ciclo de vida da bateria.Quando a diferença de temperatura da bateria no recipiente for superior a 10 graus, a vida útil da bateria será reduzida em mais de 15%.As diferenças no aumento de temperatura entre os módulos também podem reduzir a vida útil geral do sistema.O sistema de armazenamento de energia deve melhorar o ciclo de vida do sistema, otimizando o método de carga e descarga, reduzindo a diferença de temperatura entre os sistemas e melhorando a consistência da bateria.
3. Rota da tecnologia de integração de armazenamento de energia: os esquemas de topologia são gradualmente iterados
(1) Solução centralizada: 1500V em vez de 1000V tornou-se uma tendência
Com o desenvolvimento de centrais eólicas centralizadas e armazenamento de energia para maior capacidade, a alta tensão DC tornou-se a principal solução técnica para reduzir custos e aumentar a eficiência, e o sistema de armazenamento de energia com tensão lateral DC aumentada para 1500V tornou-se gradualmente uma tendência.Comparado com o sistema tradicional de 1000V, o sistema de 1500V aumenta a tensão suportável de cabos, módulos de hardware BMS, PCS e outros componentes de não mais que 1000V para não mais que 1500V.A solução técnica 1500V do sistema de armazenamento de energia vem do sistema fotovoltaico.De acordo com as estatísticas da CPIA, em 2021, a quota de mercado do sistema fotovoltaico doméstico com um nível de tensão DC de 1500V é de cerca de 49,4%, prevendo-se que aumente gradualmente para quase 80% no futuro.O sistema de armazenamento de energia de 1500V ajudará a melhorar a compatibilidade com o sistema fotovoltaico.
O desempenho da solução do sistema de armazenamento de energia de 1.500 V também foi melhorado em comparação com a solução de 1.000 V.Tomando a solução da Sungrow como exemplo, em comparação com o sistema de 1000V, a densidade de energia e a densidade de potência do sistema de bateria aumentaram mais de 35%.A estação de energia com a mesma capacidade requer menos equipamento e o custo do sistema de bateria, PCS, BMS, cabos e outros equipamentos é bastante reduzido., os custos de investimento em infra-estruturas e terrenos também são reduzidos simultaneamente.Segundo estimativas, em comparação com a solução tradicional, o custo de investimento inicial do sistema de armazenamento de energia de 1500V é reduzido em mais de 10%.Mas, ao mesmo tempo, após o aumento da tensão do sistema de armazenamento de energia de 1500 V, o número de baterias conectadas em série aumenta, tornando seu controle de consistência mais difícil, e os requisitos para prevenção e proteção de risco de arco CC e projeto de isolamento elétrico também são maiores. .
(2) Solução distribuída: alta eficiência e solução madura
A solução distribuída também é chamada de conexão paralela multiramal no lado CA.Em comparação com a solução técnica centralizada, a solução distribuída converte a conexão paralela do lado CC do conjunto de baterias na conexão paralela do lado CA através do inversor de string distribuído, o que evita os riscos de circulação paralela, perda de capacidade e arco CC causado pela conexão paralela do lado DC e melhora a operação.Segurança.Ao mesmo tempo, a precisão do controle é alterada de vários conjuntos de baterias para um único conjunto de baterias, e a eficiência do controle é maior.
A Central Elétrica de Armazenamento de Energia Shandong Huaneng Huangtai é a primeira usina de armazenamento de energia de 100 megawatts do mundo com controle descentralizado.A usina de armazenamento de energia de Huangtai usa baterias CATL + sistema PCS da Sineng Electric.Segundo estimativas, após a entrada em operação da central de armazenamento de energia, a taxa de utilização da capacidade da bateria de toda a estação pode atingir cerca de 92%, o que é 7 pontos percentuais superior à média atual da indústria.Além disso, através do controle descentralizado dos conjuntos de baterias, pode ser realizada a calibração automática do estado de carga da bateria (SOC), o que reduz significativamente a carga de trabalho de operação e manutenção.A eficiência do teste conectado à rede é de até 87,8%.A julgar pelas cotações atuais do projeto, o sistema descentralizado não é mais caro que o sistema centralizado.
(3) Solução de cluster inteligente: um pacote, uma otimização, um cluster, um gerenciamento
A solução de string inteligente proposta pela Huawei resolve três problemas principais na solução centralizada: (1) Atenuação de capacidade.Na solução tradicional, o uso de baterias tem um óbvio “efeito pranchinha”.Os módulos de bateria estão conectados em paralelo.Durante o carregamento, uma célula da bateria fica cheia e o carregamento é interrompido.Ao descarregar, uma célula da bateria fica vazia e a descarga é interrompida.A vida geral do sistema depende da vida.bateria mais curta.(2) Consistência.Na operação e aplicação do sistema de armazenamento de energia, devido aos diferentes ambientes específicos, ocorre um desvio na consistência da bateria, o que leva a uma queda exponencial da capacidade do sistema.(3) Incompatibilidade de capacidade.A conexão paralela de baterias provavelmente causará incompatibilidade de capacidade e a capacidade real da bateria será muito inferior à capacidade padrão.
A solução de string inteligente resolve os três problemas acima da solução centralizada por meio do string, design inteligente e modular: (1) string.O otimizador de energia é usado para realizar o gerenciamento em nível de módulo de bateria, o controlador de cluster de bateria é usado para alcançar o equilíbrio entre clusters e o ar condicionado distribuído reduz a diferença de temperatura entre os clusters.(2) Inteligência.Aplique tecnologias avançadas de TIC, como IA e BMS em nuvem, a cenários internos de detecção de curto-circuito, aplique IA para prever o status da bateria e adote estratégias inteligentes de controle de temperatura de ligação multimodelo para garantir o status ideal de carga e descarga.(3) Modularização.O design modular do sistema de bateria pode separar o módulo defeituoso separadamente sem afetar a operação normal de outros módulos no cluster.Design modular do PCS, quando um único PCS falha, outro PCS pode continuar funcionando e, quando vários PCS falham, o sistema ainda pode continuar funcionando.
(4) Esquema em cascata de alta tensão: esquema de alta eficiência sem estrutura paralela
A solução de armazenamento de energia em cascata de alta tensão foi projetada por meio de eletrônica de potência para atingir uma tensão conectada à rede de 6 a 35 kv sem transformador.Tomando como exemplo a solução de 35 kv da Xinfengfeng, o sistema único de armazenamento de energia é um sistema de 12,5 MW/25 MWh.A estrutura elétrica do sistema é semelhante à do SVG de alta tensão, consistindo em três fases A, B e C. Cada fase contém 42 unidades de energia de ponte H que suportam 42 conjuntos de baterias.Um total de 126 unidades de energia ponte H em três fases possuem um total de 126 conjuntos de baterias, armazenando um total de 25.288 MWh de eletricidade.Cada cluster de bateria consiste em 224 células conectadas em série.
As vantagens do esquema em cascata de alta tensão refletem-se em: (1) Segurança.Não há células conectadas em paralelo no sistema, algumas baterias estão danificadas, o intervalo de substituição é estreito, o alcance de influência é pequeno e o custo de manutenção é baixo.(2) Consistência.As baterias não são conectadas diretamente, mas conectadas após AC/DC, portanto, todas as baterias podem ser controladas pelo equilíbrio SOC através de AC/DC.Há apenas um único conjunto de baterias dentro da bateria, não há conexão paralela de conjuntos de baterias e não haverá problema de compartilhamento de corrente.O controle de equilíbrio entre as células é realizado através do BMS dentro do cluster de baterias.Portanto, esta solução pode maximizar o uso da capacidade da bateria e, no caso da mesma energia conectada à rede no lado CA, menos baterias podem ser instaladas para reduzir o investimento inicial.(3) Alta eficiência.Como o sistema não possui células/grupos de baterias funcionando em paralelo, não há efeito de placa curta e a vida útil do sistema é aproximadamente igual à vida de uma única célula, o que pode maximizar a economia operacional do dispositivo de armazenamento de energia.O sistema não precisa de transformador elevador e a eficiência real do ciclo do sistema no local chega a 90%.
(5) Solução distribuída: isolamento DC + inversor centralizado
O esquema distribuído também é chamado de conexão paralela multi-ramal no lado DC.Com base no esquema centralizado tradicional, um conversor DC/DC é adicionado na saída do conjunto de baterias para isolar o conjunto de baterias, e o conversor DC/DC é conectado ao PCS centralizado DC Na lateral, 2 a 4 PCSs são conectados em paralelo a um transformador local e conectados à rede após serem potencializados pelo transformador.Ao aumentar o isolamento CC/CC no sistema, evitam-se o arco CC, a corrente circulante e a perda de capacidade causada pela conexão paralela CC, o que melhora muito a segurança do sistema e, portanto, melhora a eficiência do sistema.Porém, como o sistema precisa passar por dois estágios de inversão, isso tem um impacto negativo na eficiência do sistema.
Horário da postagem: 22 de setembro de 2023