Убрзани развој интегрисаних соларних-складишта-система за пуњење: интеграција система за складиштење енергије и више-апликација у сценаријима улазе у фазу продубљене имплементације

Вођен растућом потражњом за пуњењем електричних возила (ЕВ), све већим продором дистрибуираних фотонапонских уређаја (ПВ) и континуираном експанзијом индустријских и комерцијалних апликација за складиштење енергије, јача се синергија између фотонапонских, складиштења енергије и инфраструктуре за пуњење. Последњих година, ПВ-системи{2}}складишта су еволуирали од једноставних комбинација појединачних уређаја у интегрисане енергетске системе; њихови сценарији примене су се проширили изван традиционалних станица за пуњење и укључили индустријске паркове, комерцијалне комплексе, транспортна чворишта, логистичке центре и-области ван мреже.

 

Технолошки, срж ПВ-складишта-система за пуњење не лежи само у -лоцирању фотонапонских модула, батерија за складиштење енергије и опреме за пуњење на једном месту, већ и у постизању координисаног рада између ових различитих енергетских средстава преко ДЦ магистрала, претварача за складиштење енергије, система за управљање енергијом и система за контролу енергије.

 

Систем динамички прилагођава токове енергије на основу фактора као што су излазна снага ПВ производње, стање{0}}напуњености-акумулације енергије (СоЦ), оптерећење при пуњењу, капацитет мреже и цене електричне енергије-у реалном времену. Ово оптимизује коришћење обновљиве енергије и ублажава тренутни утицај-пуњавања велике снаге на систем дистрибуције електричне енергије.

 

 

 

Рана инфраструктура за пуњење електричних возила ослањала се првенствено на директну струју из мреже, са опремом за пуњење која је радила независно од фотонапонских и система за складиштење енергије. Како су нивои снаге пуњења расли, традиционални модели дистрибуције енергије суочили су се са ограничењима везаним за капацитет трансформатора, дистрибутивне линије и захтеве за вршно оптерећење. Сходно томе, интегрисање складиштења енергије у баферну снагу-у комбинацији са ПВ производњом за снабдевање зеленом електричном енергијом-појавило се као витална архитектура система, посебно у сценаријима са ограниченим постојећим капацитетом дистрибуције.

 

У овој поставци, систем за складиштење енергије делује као енергетски бафер и регулатор снаге. Може да задовољи тренутне потребе за снагом када оптерећење нарасте и складишти вишак енергије током периода ниског оптерећења или високе ПВ производње. У регионима са временским-употребом-цена електричне енергије (ТоУ), системи за складиштење енергије такође могу да координирају распореде пуњења и пражњења на основу стратегија управљања енергијом.

 

Што се тиче структуре производа, ПВ-системи за{1}}пуњење који су тренутно на тржишту углавном спадају у две категорије: високо интегрисани производи „све-у-једном“ и решења која се састоје од одвојених, модуларних компоненти. Интегрисана решења обично карактеришу висок ниво интеграције између батерија за складиштење енергије, јединица за конверзију енергије, дистрибуције енергије, инфраструктуре за пуњење и контролних модула, чиме се смањује број-компоненти и тачака повезивања на локацији.

 

Насупрот томе, сплит{0}}системска решења подразумевају конфигурисање фотонапонске опреме, опреме за складиштење енергије, пуњење и дистрибуцију енергије одвојено на основу обима пројекта и услова локације, ослањајући се на платформу за управљање енергијом за координацију рада система.

 

Ова еволуција у облику производа довела је до развоја помоћних компоненти-као што су ормари за складиштење, конектори за напајање, системи сабирница, изолационе структуре и склопови за управљање топлотом-у правцу модуларности, стандардизације и веће интеграције.

 

Системи за складиштење енергије служе као кључна основа за координиран рад соларних-плус-складишта-плус{3}}система за пуњење.

 

У соларним-плус-складиштем-плус-системима за пуњење, опрема за складиштење енергије не само да складишти електричну енергију већ и директно утиче на способност реаговања на снагу система и стабилност рада. Како се капацитет складиштења енергије и називне снаге повећавају, ови системи се развијају од једноставних ормарића за батерије у свеобухватне јединице које координирају више подсистема, укључујући батерије, ПЦС (системе за конверзију енергије), дистрибуцију енергије, сузбијање пожара, управљање топлотом и ЕМС (системе за управљање енергијом).

 

Типични ЛиФеПО4 системи за складиштење енергије батерија користе модуларне батеријске јединице, повезујући више модула у серију и паралелно како би се постигао потребан напон и капацитет система. Ова модуларна структура олакшава транспорт, инсталацију и одржавање, истовремено омогућавајући проширење капацитета система на основу захтева пројекта.

 

За примену у просторијама са опремом, индустријским парковима и индустријским објектима, модуларни системи за складиштење енергије батерија могу се флексибилно конфигурисати тако да одговарају захтевима расположивог простора и оптерећења. Дизајн система мора узети у обзир факторе као што су капацитет батерије, вршна снага пуњења/пражњења, животни век циклуса, температура околине и простор за одржавање, уместо да одређује спецификације опреме засноване само на капацитету батерије.

 

Са даљим напретком у системској интеграцији, неке јединице садрже батерије, ПЦС, системе за дистрибуцију енергије, управљање топлотом и системе за сузбијање пожара унутар једног ормарића. Ови интегрисани комерцијални и индустријски ормари за складиштење енергије су погодни за индустријске паркове, комерцијалне зграде и мале-до-средње-нове енергетске локације, јер смањују-инсталационе радове на локацији и скраћују временске рокове примене.

 

 

Како се повећавају снага и капацитет система за складиштење енергије, ормарић за складиштење је еволуирао од једноставне монтажне структуре за батерије у свеобухватан склоп који подржава електричне везе, управљање топлотом и функције безбедности.

 

Унутрашњост ормара за складиштење енергије обично садржи батеријске модуле, сабирнице, прекидаче, осигураче, контакторе, системе за прикупљање података и високо/ниско{0}}напонске компоненте за повезивање. Између различитих електричних модула морају се одржавати адекватна изолација и пузна стаза; поред тога, морају се узети у обзир фактори као што су сноп каблова, размак за одржавање и путеви преноса топлоте.

 

За спољне примене, кућиште мора да издржи факторе околине као што су киша, прашина, слани спреј, сунчево зрачење и температурне флуктуације. Сходно томе, системи за складиштење енергије у орману{1}} на отвореном обично захтевају дизајн који укључује заптивне структуре, третмане против корозије, системе за управљање топлотом и специфичне оцене заштите од уласка (ИП).

 

У приобалним, високо-влажним или јако загађеним индустријским срединама, избор материјала за кућиште и површинске обраде је од кључног значаја.

 

Кућишта за складиштење енергије на отвореном од нерђајућег челика користе инхерентну отпорност материјала на корозију за ублажавање структуралних ризика повезаних са-дуготрајном изложеношћу животне средине; међутим, избор специфичног материјала и даље захтева свеобухватну процену засновану на чврстоћи, цени, тежини, производним процесима и условима на локацији.

 

 

 

Током рада система за складиштење енергије, топлоту генеришу ћелије батерије, систем за конверзију енергије (ПЦС) и друге компоненте напајања. Како се густина енергије система повећава, управљање топлотом је постало кључни фактор који утиче на дугорочни-рад опреме за складиштење енергије.

 

Мале-до-средње-јединице за складиштење енергије често користе решења за ваздушно{3}}хлађење, расипајући топлоту преко ваздушних канала, вентилатора и структура за размену топлоте. Овај приступ нуди релативно једноставну структуру и лакоћу одржавања, што га чини -погодним за одређене комерцијалне и индустријске апликације за складиштење енергије. На пример, прилагођени 215 кВх интегрисани ваздушно хлађени{8}}орман за складиштење енергије омогућава интегрисани дизајн батеријских модула, ваздушних канала и компоненти за дистрибуцију електричне енергије прилагођене специфичним капацитетима пројекта и ограничењима локације.

 

За системе за складиштење енергије велике -енергетске-густине и велике{2}}снаге, решења за течно хлађење нуде предности у уједначености температуре и ефикасности управљања топлотом коришћењем расхладне течности за директно уклањање топлоте коју производе ћелије батерије и компоненте напајања. Производи као што су течно{4}}хлађени интегрисани ормари за складиштење енергије за апликације енергије ветра првенствено су дизајнирани за ветар, соларну енергију и велике-нове сценарије складиштења енергије.

 

Без обзира да ли се користи ваздушно или течно хлађење, дизајн управљања топлотом се мора узети у обзир у вези са распоредом батерија, електричним прикључцима и структуром кућишта. Локализоване вруће тачке могу умањити перформансе батерије и убрзати деградацију материјала; стога, надзор температуре, термичко балансирање и механизми упозорења на квар морају бити интегрисани у целокупни дизајн система.

 

 

Још један значајан тренд у развоју соларних-складишта{1}}система за пуњење је ДЦ-бочно спајање. У традиционалним системима, фотонапонска (ПВ) енергија мора проћи кроз инвертер да би се спојила на мрежу наизменичне струје пре него што се подвргне даљој конверзији енергије преко опреме за пуњење или система за складиштење енергије; овај процес често подразумева више фаза конверзије снаге.

 

Насупрот томе, ДЦ-спојене архитектуре омогућавају координацију енергије између ПВ производње, складиштења енергије и пуњења директно на страни једносмерне струје, чиме се елиминишу одређени кораци конверзије. За-прилике за пуњење једносмерном струјом велике снаге и апликације за складиштење енергије, ова архитектура помаже да се скрате путеви преноса енергије и побољшава укупна ефикасност система управљања енергијом.

 

Ормари са системом за пуњење-у-једном“ ПВ-складиштем- обично имају интегрисани дизајн који комбинује ПВ улазе, јединице за складиштење енергије, конверзију енергије и функције управљања енергијом, омогућавајући опреми да динамички дистрибуира енергију између различитих извора на основу-захтева локације.

 

У исто време, везе за напајање између ПВ и стране за складиштење енергије постављају веће захтеве за компоненте као што су сабирнице, конектори и изолациони материјали. Под високим{1}}тренутним радним условима, фактори као што су површина попречног пресека-проводника, отпор контакта, пораст температуре и изолациони зазор директно утичу на дугорочну-радну стабилност система.

 

 

Како се системи за складиштење енергије шире од просторија са опремом у затвореном простору на спољашње локације, прилагодљивост животне средине је постала критична метрика у дизајну производа. Опрема за складиштење енергије на отвореном мора да издржи-дуготрајно излагање факторима као што су високе и ниске температуре, влажност, киша, прашина, слани спреј и ултраљубичасто (УВ) зрачење.

 

Структурни дизајн ормара за складиштење енергије на отвореном захтева свеобухватан приступ који балансира степен заштите од уласка, могућности одвођења топлоте, електричну сигурност и захтеве одржавања. Ормар не само да мора да штити унутрашњу батерију и електричне компоненте, већ и да обезбеди адекватан простор за системе за гашење пожара, управљање топлотом и одржавање.

 

За пројекте упарене са енергијом ветра или сунца, опрема за складиштење енергије се често инсталира у удаљеним областима далеко од урбане инфраструктуре, што чини поузданост опреме и могућности даљинског управљања и одржавања (О&М) посебно важним. Системи морају да користе сензоре, системе за управљање батеријом (БМС) и системе за управљање енергијом (ЕМС) за континуирано праћење статуса батерије, температуре, напона, струје и оперативних аномалија, док преносе оперативне податке на централну платформу за надзор преко комуникационих система.

 

Ова еволуција трансформише опрему за складиштење енергије из једноставних „батеријских ормарића“ у интелигентне енергетске чворове способне за детекцију, контролу, комуникацију и управљање енергијом.

 

 

Како обим система за складиштење енергије расте, значај стратегија контроле система наставља да расте. Док се традиционални системи за складиштење енергије првенствено пуне и празне на основу фиксних распореда или унапред подешених нивоа снаге, системи за управљање енергијом следеће{1}}генерације морају истовремено да узимају у обзир временске прогнозе, фотонапонски (ПВ) излаз, профиле оптерећења, флуктуације цене електричне енергије и статус батерије.

 

Када је потражња за пуњењем мала, а ПВ излазна снага висока, систем може дати приоритет коришћењу соларне енергије док складишти вишак; када наплаћује потражњу, систем за складиштење може да обезбеди додатну снагу да смањи тренутно оптерећење на мрежи; а током периода ниских цена електричне енергије, систем се може допунити на основу оперативних стратегија.

 

Овај приступ динамичког планирања означава да је вредност система за складиштење енергије еволуирала од једноставног складиштења електричне енергије до обухвата управљања енергијом и оптимизације енергије.

 

Истовремено, интерна архитектура интерконекције енергије опреме за складиштење енергије мора бити усклађена са овим динамичким режимима рада. Високо{1}}циклуси пуњења/пражњења и рад велике-струје повећавају термички циклус на сабирницама, конекторима и терминалима; према томе, конструкцијски дизајн не само да мора да испуни захтеве за номиналну струју, већ и да узме у обзир дуготрајне-термалне циклусе, механичке вибрације и поузданост везе.

 

 

Пројекти складиштења енергије значајно се разликују у зависности од сценарија примене, при чему различити купци имају различите захтеве у погледу капацитета, снаге, нивоа напона, простора за инсталацију и метода хлађења. Сходно томе, модуларни дизајн постаје кључни правац за развој производа у овом сектору.

 

Модуларни системи батерија омогућавају скалирање батеријских јединица на основу капацитета пројекта; модуларни системи за конверзију снаге (ПЦС) могу се конфигурисати у складу са захтевима за снагом оптерећења; и модуларни дизајн ормара смањује сложеност производње и инсталације кроз стандардизоване структуре.

 

За велике{0}}системе за складиштење енергије, модуларни дизајн такође олакшава транспорт опреме и-одржавање на локацији. Ако одређени модул батерије или електрична јединица не функционишу, сервис-на нивоу модула може да минимизира утицај на укупан рад система.

 

Из структуралне перспективе, модуларни дизајн захтева високу конзистентност интерфејса између ормара, сабирница, снопова ожичења, конектора и изолационих компоненти. Стандардизовани интерфејси смањују толеранције монтаже између модула и поједностављују оперативне процедуре током накнадног одржавања.

 

 

Примена интегрисаних ПВ-складишта-система за пуњење се тренутно шири изван традиционалних јавних станица за пуњење у шири спектар сценарија. У комерцијалним комплексима, системи могу да користе соларну енергију на крову у комбинацији са складиштењем енергије да би смањили оптерећење мреже током вршних сати; у индустријским парковима, складиштење енергије може да уравнотежи вршну и ван{3}}вршну потражњу у односу на производна оптерећења; и у логистичким парковима и-станицама за пуњење камиона за тешке услове{5}}где-пуњење велике снаге поставља велике захтеве за капацитет дистрибуције-складиштење енергије служи као бафер енергије.

 

У удаљеним областима или регионима са недовољном покривеношћу мрежом, складиштење енергије се може комбиновати са обновљивим изворима попут сунца и ветра да би се формирали релативно независни енергетски системи. Ормари за складиштење фотонапонске енергије су-погодни за такве интегрисане апликације, користећи јединице за складиштење да уједначе излаз соларне енергије и побољшају флексибилност коришћења обновљиве енергије.

 

У међувремену, технологија високог{0}}напона повезивања у електричним системима нових енергетских возила (НЕВ) такође се развија. Како напони платформе електричних возила расту и снага пуњења расте, високо-системи за дистрибуцију електричне енергије захтевају више стандарде за сабирнице, изолационе структуре, терминале и прикључне компоненте. Сходно томе, технолошке границе између складиштења енергије и НЕВ-а се замагљују, што омогућава да се одређене-технологије за електрично повезивање примењују на различите типове енергетске опреме.
 

 

 

Гледајући недавну еволуцију производа за пуњење соларних{0}}складишта-, тржишна конкуренција више није ограничена на метрике као што су капацитет складиштења, снага пуњења или појединачне спецификације опреме; уместо тога, фокус се померио ка могућностима интеграције система, управљању енергијом, оперативној поузданости и укупним трошковима животног циклуса.

 

Интегрисани производи смањују-захтеве за инсталацију на локацији, али повећавају сложеност унутрашњег дизајна система; сплит системи нуде већу флексибилност, али захтевају софистицираније управљање енергијом и-координацију на нивоу система. Дакле, не постоји јединствен „најбољи“ приступ; избор зависи од фактора као што су обим пројекта, услови дистрибуције енергије, окружење локације и начини рада.

 

У будућности, системи за пуњење соларних{0}}складишта{1}}могу се даље интегрисати са виртуелним електранама, механизмима{2}}реаговања на страни потражње, микромрежама и тржиштима за трговину електричном енергијом. Ова трансформација ће еволуирати јединице за складиштење енергије од једноставних уређаја за складиштење у дистрибуиране енергетске чворове који ће моћи да учествују у регулацији мреже.

 

Истовремено, унутрашње компоненте ормара за складиштење енергије-укључујући високонапонску{1}}дистрибуцију, системе сабирница, изолацију, структуре за управљање топлотом и сигурносне заштите-наставиће да се надограђују. За јединице за складиштење енергије великог{4}}капацитета, густина снаге балансирања, топлотне перформансе, електрична безбедност, лакоћа одржавања и конзистентност производње у оквиру ограниченог простора кабинета биће кључни фокус пројектовања конструкција.

 

 

Све у свему, индустрија пуњења соларних{0}}акумулација{1}}развија се од једноставних комбинација опреме ка интегрисаним системима, од операција са једном-функцијом до интелигентног диспечерства, и од апликација-везаних за мрежу до координисаних операција на{4}}мрежу и ван{5}}мреже. Системи за складиштење енергије играју више улога-укључујући баферовање напајања, регулацију енергије и обезбеђивање безбедности система-док се ормарићи за складиштење енергије претварају из једноставних кућишта за батерије у свеобухватне јединице које интегришу електричне системе, управљање топлотом, заштиту од пожара, контролне механизме и комуникационе могућности.

 

Будући пројекти пуњења соларних{0}}складишта{1}}требаће више од само фокусирања на капацитет батерије и снагу пуњења; захтеваће колаборативни дизајн у више димензија-као што су архитектура система, структура ормара, електрични прикључци, управљање топлотом, изолација, стратегије управљања и О&М системи-како би испунили све-веће захтеве за густином снаге и оперативном поузданошћу у различитим сценаријима примене.

 

Што се тиче набавке инжењеринга, избор одормари за складиштење енергијеи њихове унутрашње електричне компоненте треба да буду засноване на свеобухватној процени нивоа напона, називне струје, капацитета, метода хлађења, услова околине, инсталационих структура и захтева за одржавање, са приоритетом да се провери компатибилност интерфејса између кључних компоненти и целокупног система.