На фоне ускоренного строительства новых энергетических систем системы хранения энергии, как основной компонент для балансировки спроса и предложения энергии и повышения устойчивости энергосистемы, разрабатываются с учетом преобразования формы энергии, совместного управления системами, а также безопасной и экономичной эксплуатации. Цель состоит в том, чтобы добиться гибкого хранения и точного высвобождения электрической энергии с помощью научной архитектуры. Основная цель проектирования — не только удовлетворить требования к мощности и мощности в конкретных сценариях, но и достичь оптимального баланса между безопасностью, эффективностью, сроком службы и экономичностью.
Проектирование систем хранения энергии начинается с выбора базовой логики механизмов преобразования энергии. Электрохимическое накопление энергии основано на обратимой «электрохимической-электрохимической» реакции, обеспечивающей накопление энергии за счет окислительно-восстановительной реакции материалов положительного и отрицательного электрода: во время зарядки электрическая энергия заставляет носители заряда (например, ионы лития) мигрировать и внедряться в отрицательный электрод, преобразуя их в химическую энергию; при разряде носители заряда возвращаются к положительному электроду, а химическая энергия преобразуется обратно в электрическую. Хранение физической энергии основано на преобразовании макроскопических форм энергии. Например, в гидроаккумуляторах электричество используется для привода насоса и увеличения потенциальной энергии воды, а во время выработки электроэнергии падающая вода приводит в движение турбину для преобразования потенциальной энергии в электрическую. В хранилищах сжатого воздуха для сжатия газа и хранения энергии давления используется электричество; при высвобождении энергии газ под высоким-давлением расширяется и приводит в движение генератор. Различные механизмы преобразования определяют скорость отклика системы, плотность энергии и применимые сценарии. Проект должен сначала закрепить технологический маршрут на основе требований.
При проектировании архитектуры системы особое внимание уделяется координации и иерархическому управлению несколькими модулями. Полная система накопления энергии состоит из накопителей энергии, системы преобразования энергии (PCS), системы управления батареями (BMS), системы управления энергопотреблением (EMS) и вспомогательных систем (контроль температуры, противопожарная защита, мониторинг). Накопитель энергии является ядром накопителя энергии, и методы его последовательного и параллельного подключения необходимо оптимизировать с учетом целевого напряжения, емкости и требований к резервированию. PCS (система управления питанием) отвечает за преобразование переменного/постоянного тока и регулирование мощности, а ее топология (например, двух-уровневая или трех-уровневая) должна соответствовать уровню мощности и требованиям эффективности системы. BMS (система управления батареями), выступающая в роли «нервных окончаний», должна обеспечивать мониторинг-мониторинга в реальном времени и сбалансированное управление напряжением, температурой и внутренним сопротивлением отдельных ячеек, чтобы предотвратить каскадные сбои, вызванные локальной перезарядкой и чрезмерной-разрядкой. EMS (система управления электропитанием) — это «мозг», динамически оптимизирующий стратегии зарядки и разрядки и координирующий действия каждого модуля на основе нагрузки сети, выработки возобновляемой энергии и сигналов цен на электроэнергию. Вспомогательные системы обеспечивают защиту окружающей среды для выполнения вышеуказанных основных функций; например, система контроля температуры поддерживает работу ячеек в подходящем температурном диапазоне (обычно 25 ± 5 градусов), а система противопожарной защиты создает линию раннего предупреждения и подавления пожаров.
Проект должен глубоко интегрировать характеристики и ограничения сценария. Хранение энергии на стороне-сети требует быстрого реагирования и возможности крупномасштабного регулирования, что требует повышенных динамических характеристик системы выработки электроэнергии (PCS) и дружественности к сети-системы хранения энергии (EMS). Накопитель энергии на стороне источника-должен адаптироваться к колебаниям выработки возобновляемой энергии, оптимизируя устойчивость BMS к прерывистой зарядке и разрядке. При хранении энергии на стороне пользователя- приоритет отдается экономичности и использованию пространства, обеспечивая баланс между конфигурацией мощности и затратами на установку, а также может использовать модульную интеграцию для экономии места. Кроме того, в конструкции должны быть зарезервированы интерфейсы расширения для будущих обновлений мощности или технологических итераций.
Безопасность и экономическая эффективность имеют решающее значение на протяжении всего жизненного цикла. С точки зрения безопасности, много-система защиты должна быть построена с помощью конструкции электроизоляции, защиты от перенапряжения и сверхтока, а также механизмов раннего предупреждения о перегреве. С экономической точки зрения для увеличения преимуществ жизненного цикла необходимы повышенная эффективность преобразования энергии (например, эффективность PCS более или равная 95%), увеличенный срок службы цикла (например, количество циклов проектирования более или равное 6000 раз) и снижение энергопотребления вспомогательных систем.
Подводя итог, можно сказать, что принцип проектирования систем хранения энергии – это процесс интеграции технологий, основанный на механизмах преобразования энергии, основанный на совместной работе нескольких-модулей, управляемый адаптацией сценария и ограниченный соображениями безопасности и экономики. Его суть состоит в том, чтобы превратить дискретные накопители энергии в ощутимую, контролируемую и оптимизируемую систему регулирования энергии посредством научной архитектуры, обеспечивая ключевую поддержку новым энергосистемам, чтобы справиться с высокой долей доступа к возобновляемым источникам энергии.
