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電池儲能系統 (BESS) 是一個復雜的解決方案,其利用充電電池來儲存能量供以后使用。BESS 的類型與電化學或其采用的電池有關;這類系統可以采用鋰離子、鉛酸、鎳鎘、鈉硫和液流電池。
要了解 BESS 及其工作原理,先看看其結構和核心元件:
從太陽能、風能或發電站等不同來源提供的電能,在電池充電過程中會轉換為化學能。電池在放電過程中釋放的能量可以為家庭、車輛、商業建筑和電網供電。電池由電池單體組成,可以排列組成電池模塊、電池組和電池箱。
BMS 為電池的安全和正確運行提供保障。每種類型的電池都有特定的充電和放電條件。BMS 確保電池保持在所需的電流、電壓和溫度范圍內。BMS 可監測電池的參數并估計其剩余電量 (SOC) 和健康狀態 (SOH),確保電池的可靠和持久性能。
BESS 使用電力轉換系統,將直流電 (DC) 轉換成交流電 (AC),反之亦然。當電池充電時,交流電從電源流入,并轉換為直流電。當電池放電時,會產生直流電,然后被轉換回為 BESS 應用所需的交流電。
EMS 是電池儲能系統的一個控制單元。EMS 管理 BESS 中可用的電力,即管理何時、為何以及以何種數量積累或釋放電力。EMS 組合 BESS 的各個元件,并優化其整體性能。
可以有一系列的安全系統,每個系統負責一個特定的任務。例如,HVAC 系統使 BESS 通過暖通空調保持所需的溫度和濕度。消防系統可以檢測煙霧并防止火災事故。
▲典型的 BESS 結構(圖源:Integra Sources LLC)
BESS 能做什么?
BESS 可在任何時候和任何天氣下有效利用太陽能和風能。充電電池可以存儲由間歇性可再生能源產生的多余能量。之后,可以根據用戶的需求調度這些能量。
與電池儲能解決方案整合后,可再生能源可以取代化石燃料,為多樣化的應用提供廉價和清潔的能源。可再生能源整合被廣泛用于:
太陽能和風力發電場
離網和孤立的社區(島嶼和難以到達的地區)
與太陽能板相結合的家庭儲能設備(如 Powerwall)
除了支持離網系統,BESS 還可以大幅支持住宅、商業和工業使用的并網和混合解決方案
能源套利
BESS 可為家庭、企業和其他設施提供電力,確保其持續運行。對于醫療機構和其他提供健康和安全相關服務的組織來說,這點至關重要。根據儲能容量,BESS 可按所需時間長度提供備用電力,即使是電網嚴重故障也沒問題。
BESS 可協助發電站和電網在停電后快速恢復供電。消費者可使用電池儲能系統而不是使用柴油發電機,這種系統是成本更低也更節能的黑啟動解決方案。BESS 能獨立于電網輸電線路運作,并按所需的時間(從數分鐘到數小時)供應電力。
最適合使用 BESS 的應用
BESS 依賴于經濟實惠的技術,例如,鋰離子電池的價格在過去 10 年下降了近 90%,并將進一步下降。電池儲能解決方案具有廣泛的配置,可提供不同的儲能容量和尺寸,因此適合許多行業和應用。這些應用可分為電表前 (FTM) 應用,即公用事業規模的系統(消耗的電力由電表測量);以及電表后 (BTM) 應用,即提供可在現場使用的電力(消耗的電力無法連接到電網,因而無法由電表測量)。以下是 FTM 和 BTM 的 BESS 應用清單:
對于公用事業規模的設施和設備的運行和維護,電池儲能系統可帶來相當大的貢獻。BESS 可提供儲備的容量和黑啟動服務,實現電壓和頻率穩定性,并通過推遲維護來節省資金。FTM BESS 應用包括:
公用電網
變電站
輸電和配電線路
發電站
BTM 系統能繞過電網供電給消費者。BESS 與綠色能源一起可持續支持獨立的電力系統或微電網。制造商可以使用電池儲能來儲存備用電力,以避免生產設施停機。公司和家庭可以使用 BESS,通過能源時間轉移大幅降低電費開銷。BTM 電池儲能系統可用于以下用途:
工業和制造工廠
企業
家庭
電動汽車
海洋系統
▲BESS 應用(圖源:Integra Sources LLC)
要設計高質量的 BESS,需要一個精通電池技術、電力電子技術、嵌入式軟件和硬件開發的專業團隊。安排并協調產品從設計到認證及制造的每個階段至關重要。雇用具有相關專業知識和經驗的工程師,有助于打造出能達到客戶期望的成熟電池儲能系統。