Le strutture industriali fanno sempre più affidamento su apparecchiature in grado di creare cambiamenti improvvisi e impegnativi nel carico elettrico. Motori di grandi dimensioni, compressori, gru, pompe, apparecchiature di saldatura, macchinari di produzione e altri carichi elettrici pesanti possono richiedere un'elevata quantità di energia durante l'avvio o i rapidi cambiamenti di funzionamento.
Questi picchi di potenza di breve durata possono creare sfide per i sistemi energetici convenzionali. Una connessione alla rete può avere una capacità limitata, mentre un sistema di accumulo di energia a batteria convenzionale può subire un elevato stress di corrente quando risponde a ripetute fluttuazioni di potenza.
Un sistema ibrido di accumulo dell’energia (HESS) può soddisfare questo tipo di requisiti coordinando lo stoccaggio dell’energia, la conversione della potenza e il controllo intelligente. Invece di trattare ogni evento di carico come un fabbisogno energetico di lunga durata, un HESS per carichi ad alto spunto può rispondere a eventi brevi e ad alta potenza consentendo al tempo stesso al sistema di batteria principale di concentrarsi sulla fornitura di energia di lunga durata.
Ciò rende HESS particolarmente rilevante per le applicazioni industriali in cui la domanda di energia cambia rapidamente.
Un carico con spunto elevato è un carico elettrico che richiede una corrente significativamente più elevata durante l'avvio o un evento operativo improvviso rispetto a quella richiesta durante il normale funzionamento.
Esempi tipici possono includere:
Grandi motori elettrici
Pompe
Compressori
Gru e mezzi di sollevamento
Macchinari industriali
Attrezzature per saldatura
Attrezzature di produzione pesanti
Grandi sistemi HVAC
Ad esempio, un motore elettrico può richiedere un'elevata corrente di avviamento prima di raggiungere la normale velocità operativa. Una volta che il motore è in funzione, il suo fabbisogno energetico può diminuire e diventare più stabile.
Ciò crea una sfida diversa rispetto alla semplice fornitura di un carico elettrico costante.
Il sistema deve essere in grado di fornire rapidamente una potenza elevata , anche quando il fabbisogno energetico complessivo dell'evento è relativamente breve.
Un sistema di alimentazione progettato attorno al consumo energetico medio potrebbe non essere necessariamente ottimizzato per picchi di potenza di breve durata.
Consideriamo un impianto industriale con un carico di base relativamente stabile ma diversi motori di grandi dimensioni che si avviano periodicamente.
Il consumo energetico medio può essere gestibile, mentre il fabbisogno energetico istantaneo durante l'avvio del motore può essere notevolmente più elevato.
Ciò può comportare diverse sfide ingegneristiche:
Un improvviso aumento della domanda di corrente può contribuire a disturbi di tensione, in particolare laddove l’alimentazione elettrica è relativamente debole.
Eventi ripetuti di alta potenza possono sottoporre a ulteriore stress trasformatori, quadri, cavi e altre infrastrutture elettriche.
Se un sistema di accumulo della batteria convenzionale deve rispondere direttamente a ripetuti picchi di potenza elevata, la batteria potrebbe subire un comportamento di carica e scarica più aggressivo.
I sistemi di controllo sensibili e le apparecchiature automatizzate possono essere influenzati da condizioni elettriche instabili.
Per gli impianti industriali, quindi, il problema non è sempre quello di avere più energia totale. In molti casi, il requisito fondamentale è disporre di sufficiente potenza istantanea al momento giusto.
Il concetto principale alla base di un sistema ibrido di accumulo dell’energia è quello di coordinare diverse risorse energetiche in base alle loro caratteristiche elettriche.
Un’architettura ibrida può combinare un sistema di batterie ad alta energia con un elemento di accumulo ad alta potenza e una conversione intelligente della potenza.
La batteria fornisce energia sostenuta, mentre il componente ad alta potenza può rispondere a rapidi cambiamenti di carico.
Una sequenza operativa semplificata è:
Rete/Energia rinnovabile → HESS → Carico di spunto elevato
Quando il carico industriale è stabile, la batteria è in grado di gestire il normale fabbisogno energetico.
Quando si verifica un evento di spunto elevato, l'HESS risponde rapidamente e fornisce potenza aggiuntiva.
Quando il carico ritorna alla normalità, il sistema ritorna al suo normale stato operativo.
Il risultato è un’architettura di potenza progettata attorno sia alla capacità energetica che alla risposta di potenza.
Uno dei concetti più importanti nella progettazione di un HESS è la differenza tra energia e potenza.
L'energia determina per quanto tempo un sistema di accumulo può alimentare un carico.
La potenza determina la velocità con cui il sistema può fornire o assorbire elettricità.
Ad esempio, una macchina industriale può richiedere una quantità molto elevata di energia solo per pochi secondi durante l'avvio.
In questa situazione, aumentare semplicemente la capacità energetica della batteria potrebbe non essere il modo più efficace per affrontare il problema.
Il sistema necessita inoltre di una capacità di potenza sufficiente per rispondere all'evento.
Questo è uno dei motivi per cui la tecnologia HESS può essere utile per applicazioni con carichi altamente dinamici.
Un sistema di accumulo di energia a batteria convenzionale può fornire sia potenza che energia, ma la sua strategia operativa potrebbe essere meno adatta ad applicazioni che comportano frequenti picchi di potenza di breve durata.
Un HESS adotta un approccio diverso assegnando diverse parti del profilo di carico a diverse risorse di stoccaggio.
Requisito |
Stoccaggio convenzionale della batteria |
HESS |
|---|---|---|
Fornitura di energia di lunga durata |
Adatto |
Adatto |
Picchi di potenza di breve durata |
Possibile |
Progettato per una risposta coordinata |
Eventi ripetuti ad alta potenza |
Richiede un'attenta gestione della batteria |
Può distribuire la domanda di energia |
Carichi industriali dinamici |
Adatto con dimensionamento adeguato |
Particolarmente rilevante |
Gestione dello stress della batteria |
La batteria gestisce una parte maggiore del carico |
L'energia può essere condivisa tra gli elementi di stoccaggio |
Attrezzature ad alto afflusso |
Richiede una progettazione dettagliata del sistema |
Può essere configurato per eventi ad alta potenza |
Le prestazioni effettive dipendono dall'architettura del sistema, dalle tecnologie di storage, dalla capacità del PCS, dalla strategia di controllo e dalle caratteristiche di carico.
Pertanto HESS non deve essere visto semplicemente come un sistema di batterie più grande. Si tratta di un approccio a livello di sistema per la gestione dei diversi requisiti di potenza ed energia.
La risposta di un HESS può essere compresa attraverso diverse fasi operative.
Durante il normale funzionamento, la richiesta elettrica dell'impianto rimane entro l'intervallo previsto.
L'HESS è in grado di mantenere il suo stato di carica supportando il fabbisogno energetico del sito secondo la strategia operativa configurata.
Quando si avvia una macchina di grandi dimensioni o si verifica un altro evento ad alta potenza, la richiesta elettrica aumenta rapidamente.
Il sistema di controllo rileva il cambiamento e determina come dovrebbero rispondere le risorse energetiche disponibili.
La sezione ad alta potenza dell'HESS può fornire un supporto rapido durante l'evento transitorio.
Ciò riduce la necessità che la batteria principale gestisca l'intero aumento istantaneo di potenza.
Una volta che l'apparecchiatura raggiunge una condizione operativa più stabile, il fabbisogno energetico aggiuntivo diminuisce.
L'HESS ritorna quindi alla modalità operativa configurata.
Dopo l'evento transitorio, il sistema di accumulo può ripristinare il suo stato operativo secondo la strategia di gestione energetica del sito.
Questo processo coordinato consente al sistema di distinguere tra eventi di potenza di breve durata e fabbisogni energetici di più lunga durata.
I motori di grandi dimensioni sono una fonte comune di corrente di spunto elevata negli impianti industriali.
Le applicazioni possono includere:
Pompe
Compressori
Trasportatori
Tifosi
Attrezzature per il trattamento industriale
Sistemi di sollevamento
Attrezzature per la movimentazione dei materiali
Un evento di avviamento del motore può essere molto diverso da un carico elettrico continuo.
Il sistema potrebbe necessitare di una potenza elevata per un breve periodo, seguita da una domanda operativa inferiore e più stabile.
Un HESS adeguatamente progettato per carichi industriali può quindi essere configurato in base al profilo effettivo di avviamento del motore piuttosto che semplicemente al consumo medio dell'impianto.
I parametri di progettazione importanti includono:
Potenza nominale del motore
Corrente di avviamento
Durata iniziale
Numero di avviamenti all'ora
Avviamenti simultanei del motore
Capacità della rete esistente
Stabilità di tensione richiesta
Potenza di archiviazione disponibile
Capacità energetica richiesta
Questi parametri dovrebbero essere valutati prima di selezionare la configurazione HESS.
Le gru e altre attrezzature per carichi pesanti possono creare carichi elettrici in rapida evoluzione.
Durante il sollevamento, l'accelerazione o altre operazioni ad alta potenza, la richiesta elettrica può aumentare in modo significativo.
Quando l'apparecchiatura cambia le condizioni operative, anche il profilo di potenza può cambiare rapidamente.
Questo tipo di applicazione richiede molto più del semplice calcolo del consumo energetico giornaliero.
Il progettista del sistema deve comprendere il profilo di carico nel tempo , tra cui:
Potenza di picco
Potenza media
Tasso di rampa
Durata di ogni evento di potere
Frequenza degli eventi ripetuti
Energia rigenerativa
Funzionamento simultaneo delle apparecchiature
Per questo motivo, un HESS ad alta potenza può essere preso in considerazione quando un impianto industriale presenta frequenti e significativi cambiamenti di carico.
Il sistema HanCang da 1044 kWh di INJET è posizionato per applicazioni impegnative tra cui l'estrazione mineraria, la logistica portuale e l'ingegneria su larga scala, e le informazioni sul prodotto identificano specificamente la capacità di avvio di carichi ad alta affluenza.
I carichi di spunto elevati non sono solo un problema di accumulo di energia. Possono anche essere correlati alla qualità dell’energia.
I rapidi cambiamenti nella domanda elettrica possono contribuire a fluttuazioni di tensione o altri disturbi a seconda della forza e della configurazione dell'alimentazione elettrica.
Un HESS adeguatamente progettato può fornire un rapido supporto energetico e aiutare a gestire la relazione tra rete, sistema di accumulo e carico industriale.
L'obiettivo non è necessariamente quello di eliminare ogni disturbo elettrico, ma di creare un ambiente energetico più controllato per le apparecchiature più esigenti.
Ciò può essere particolarmente rilevante per le strutture con:
Linee di produzione automatizzate
Macchinari pesanti
Motori di grandi dimensioni
Attrezzature di precisione
Movimentazione materiali elettrificata
Processi industriali ad alta potenza
Le prestazioni effettive di qualità dell'energia dipendono dal sistema elettrico completo e devono essere valutate attraverso un'analisi ingegneristica specifica del sito.
Lo stoccaggio dell’energia tramite batterie rimane una parte importante dei moderni sistemi di alimentazione.
Tuttavia, i profili di carico industriale non sono sempre uniformi.
Un sistema esclusivamente a batteria potrebbe dover rispondere a:
Brevi picchi di potenza
Frequenti cambi di carico
Domanda di energia di lunga durata
Cicli ripetuti di carica e scarica
Questi requisiti possono porre richieste diverse sulla stessa risorsa di archiviazione.
Un'architettura HESS fornisce un altro approccio separando o coordinando le funzioni di potenza ed energia.
L'elemento di accumulo ad alta potenza può rispondere a eventi rapidi, mentre la batteria fornisce energia sostenuta.
Ciò consente di progettare il sistema in base alle effettive caratteristiche del carico anziché trattare ogni evento elettrico allo stesso modo.
Il dimensionamento di un HESS per carichi ad alto spunto richiede più informazioni rispetto al semplice calcolo del consumo elettrico giornaliero.
Determinare il fabbisogno energetico istantaneo più elevato dell'impianto.
Ciò dovrebbe includere eventi di avvio dell'apparecchiatura e altri picchi anomali o temporanei.
Un profilo di carico di 24 ore o più può aiutare a identificare quando si verificano picchi di potenza e con quale frequenza si ripetono.
Per motori di grandi dimensioni e altre apparecchiature, determinare:
Corrente di avviamento
Orario di inizio
Metodo di partenza
Numero di avviamenti
Partenze simultanee
Alcune applicazioni richiedono un supporto energetico rapido, mentre altre possono tollerare una risposta più lenta.
Il tempo di risposta richiesto deve essere determinato dall'apparecchiatura e dall'impianto elettrico.
Dopo aver stabilito il fabbisogno di potenza di picco, calcolare l'energia necessaria per supportare il carico durante il periodo di funzionamento desiderato.
Il sistema di conversione di potenza deve essere in grado di gestire il flusso di potenza richiesto.
Un armadio di accumulo con una capacità kWh sufficiente potrebbe comunque non essere adatto se il PCS non è in grado di fornire la potenza istantanea richiesta.
Gli impianti industriali spesso aggiungono attrezzature nel corso del tempo.
La crescita futura del carico dovrebbe quindi essere presa in considerazione quando si determina l'architettura HESS e la capacità di espansione disponibile.
Quando valutano un sistema ibrido di accumulo dell’energia per applicazioni industriali , gli acquirenti dovrebbero guardare oltre la capacità della batteria.
I parametri tecnici importanti includono:
Parametro |
Perché è importante |
|---|---|
Capacità energetica |
Determina l'energia immagazzinata disponibile |
Potenza nominale |
Determina la potenza continua |
Potenza di picco |
Determina la capacità di potenza di breve durata |
Tempo di risposta |
Determina la rapidità con cui il sistema reagisce |
Chimica della batteria |
Influisce sulle prestazioni e sulle caratteristiche operative |
Capacità del PC |
Determina la capacità di conversione della potenza |
Sistema di raffreddamento |
Supporta la gestione termica |
BMS |
Monitora e protegge la batteria |
SME |
Coordina il funzionamento del sistema |
Sistema di protezione |
Supporta il funzionamento sicuro |
Comunicazione |
Consente il monitoraggio e il controllo |
Capacità di espansione |
Supporta la crescita futura del carico |
Per le applicazioni ad alto spunto, la potenza di picco e le caratteristiche di risposta possono essere importanti tanto quanto la capacità principale in kWh.
Il sistema di gestione dell’energia è una parte importante di un’architettura di storage ibrida.
L'EMS coordina il flusso di potenza tra le risorse energetiche disponibili e il carico collegato.
Per un’applicazione industriale dinamica, l’EMS potrebbe dover rispondere a cambiamenti in:
Caricare la domanda
Stato di carica della batteria
Disponibilità di energia
Orari operativi
Condizioni della rete
Limiti di archiviazione
Ciò consente all'HESS di funzionare come un sistema energetico integrato piuttosto che come un armadio batteria isolato.
Per gli utenti industriali, questa distinzione è importante perché il valore di HESS deriva dal modo in cui il sistema risponde alle condizioni operative effettive.
La gamma HanCang di INJET copre diverse capacità di accumulo di energia e requisiti applicativi.
HanCang 261kWh si posiziona come una soluzione compatta di energia distribuita che integra fotovoltaico, stoccaggio, generazione diesel, rete pubblica e dispacciamento intelligente per scenari energetici temporanei e flessibili.
HanCang 522kWh fornisce una configurazione di stoccaggio più ampia con batterie LFP, BMS, conversione dell'accumulo di energia, gestione termica, protezione antincendio, generazione diesel e controllo della spedizione.
HanCang 1044kWh è progettato per applicazioni a domanda più elevata come l'estrazione mineraria, la logistica portuale e l'ingegneria su larga scala. Le informazioni sul prodotto indicano specificamente il supporto per l'avvio con carico ad alto spunto e la commutazione a livello di millisecondi.
Questa gamma consente di selezionare HESS in base al profilo di carico del progetto, alla potenza richiesta, alla domanda di energia, all'ambiente operativo e ai requisiti di implementazione.
Quando si richiede una soluzione HESS a un produttore , fornire informazioni dettagliate sul carico può migliorare significativamente la valutazione iniziale del sistema.
Un utile pacchetto di informazioni sul progetto può includere:
Tensione di rete
Frequenza
Capacità del trasformatore
Potenza di rete disponibile
Sistemi di backup esistenti
Carico medio
Carico massimo
Carico di punta
Attrezzature ad alto afflusso
Valutazioni del motore
Corrente di avviamento
Durata del caricamento
Orari di funzionamento giornalieri
Numero di eventi ad alta potenza
Durata del backup richiesta
Condizioni ambientali
Installazione interna o esterna
Piani di espansione
Con queste informazioni, un produttore HESS può valutare la capacità della batteria richiesta, la classificazione del PCS, la capacità di potenza di picco, la strategia di controllo e la configurazione del sistema.
L'HESS può essere considerato quando un sistema di alimentazione industriale presenta una o più delle seguenti caratteristiche:
Frequenti picchi di carico ad alta potenza
Grandi eventi di avviamento di motori
Apparecchiature elettriche pesanti
Capacità della rete limitata
Domanda di energia in rapida evoluzione
Necessità di una risposta rapida della potenza
Preoccupazioni sul ciclo della batteria
Requisiti di qualità dell'energia
Necessità di coordinare più fonti di energia
Tuttavia, l’HESS dovrebbe essere selezionato sulla base dei dati elettrici misurati piuttosto che semplicemente perché una struttura ha un elevato consumo energetico.
Un profilo di carico dettagliato è il punto di partenza per determinare se una configurazione ibrida offre un vantaggio tecnico significativo.
HESS per carichi ad alto spunto si riferisce a un sistema ibrido di accumulo dell'energia configurato per rispondere a eventi elettrici di breve durata e ad alta potenza come l'avviamento di motori, il funzionamento di apparecchiature pesanti e improvvisi cambiamenti di carico.
Un HESS adeguatamente progettato può fornire un supporto ad alta potenza per gli eventi di avviamento del motore. La configurazione del sistema richiesta dipende dalla potenza nominale del motore, dalla corrente di avviamento, dalla durata e dall'infrastruttura elettrica del sito.
HESS può essere preso in considerazione per l'industria mineraria e altre applicazioni pesanti in cui la domanda elettrica cambia rapidamente. INJET posiziona il suo sistema HanCang da 1044 kWh per applicazioni minerarie, logistiche portuali e ingegneristiche su larga scala.
Non necessariamente. HESS può funzionare con la rete, la generazione rinnovabile, i generatori o altre fonti di energia a seconda dell'architettura del sistema e dei requisiti del progetto.
No. Le applicazioni con spunto elevato richiedono la considerazione sia della capacità energetica che della capacità di potenza. Sono importanti anche la classificazione del PCS, la potenza di picco, il tempo di risposta, il profilo di carico e la strategia di controllo.
Le informazioni utili includono i parametri elettrici del sito, i carichi medi e di punta, le caratteristiche di avvio delle apparecchiature, il programma operativo, il tempo di risposta richiesto, i requisiti di backup e i piani di espansione futuri.
La capacità di potenza descrive quanta elettricità il sistema può fornire o assorbire in un dato momento, mentre la capacità energetica descrive quanta elettricità può essere immagazzinata e consegnata nel tempo.
Un sistema ibrido di accumulo dell’energia (HESS) può fornire un approccio diverso alla gestione dell’energia industriale quando la domanda elettrica cambia rapidamente.
Per gli impianti dotati di motori di grandi dimensioni, gru, pompe, compressori, attrezzature minerarie, macchinari portuali o altri carichi ad alto spunto, la sfida spesso non è semplicemente immagazzinare più energia. Il sistema deve inoltre fornire potenza sufficiente, velocità di risposta e controllo intelligente per gestire eventi elettrici di breve durata.
Un HESS adeguatamente configurato per carichi ad alto spunto può coordinare lo stoccaggio delle batterie, la conversione di potenza e la gestione intelligente dell'energia in base alle effettive caratteristiche delle apparecchiature industriali.
Per gli sviluppatori di progetti e gli utenti industriali, il punto di partenza dovrebbe essere un profilo di carico dettagliato che copra la potenza di picco, la corrente di spunto, la durata dell'evento, la frequenza e la domanda futura. Queste informazioni forniscono una base più affidabile per selezionare la capacità e la configurazione HESS.
Il portafoglio di storage di energia HanCang di INJET New Energy comprende configurazioni da 261 kWh a 1.044 kWh, con la soluzione da 1.044 kWh posizionata specificamente per applicazioni impegnative e avvio di carichi ad alto spunto.
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