Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) являются наиболее гибкими активами в современной энергосистеме. Они состоят из аккумуляторной стойки, системы преобразования энергии и платформы управления. В отличие от перекачиваемой гидросистемы или сжатого воздуха, BESS может реагировать на сигналы сети в течение 100 миллисекунд. Такая скорость делает их незаменимыми для регулирования первичной частоты. Ожидается, что к концу 2027 года глобальная мощность BESS, установленной для сетевых услуг, превысит 300 гигаватт-часов. Быстрое время отклика BESS обеспечивает более быстрое и точное сдерживание частоты, чем традиционные вращающиеся резервы.
Операторы сетей поддерживают частоту на уровне 60 или 50 Гц, балансируя генерацию и нагрузку в режиме реального времени. При возникновении помех частота отклоняется, и BESS может мгновенно подавать или поглощать мощность. Доход от регулирования частоты зависит от предлагаемой мощности и показателя производительности актива. На некоторых рынках высокопроизводительная BESS может принести плату за мощность в размере от 10 до 15 долларов за мегаватт-час предлагаемой мощности. Оценка производительности рассчитывается на основе корреляции между ответным сигналом и фактической выходной мощностью. Установки BESS обычно получают баллы выше 0,95 по шкале от 0 до 1.
Система преобразования энергии (PCS) представляет собой интерфейс между постоянным током батареи и переменным током сети. PCS должен обрабатывать двунаправленный поток мощности и поддерживать качество выходного сигнала. Суммарное гармоническое искажение является ключевым параметром, и большинство сетевых норм требуют, чтобы оно составляло менее 3 процентов. Эффективность PCS имеет решающее значение для общей эффективности BESS. Современные конструкции PCS достигают эффективности от 98 до 99 процентов при полной нагрузке. Метод охлаждения PCS обычно — принудительное воздушное или жидкостное, в зависимости от удельной мощности и условий окружающей среды.
Литий-железо-фосфат является доминирующим химическим составом для BESS из-за его длительного срока службы и термической стабильности. Срок службы элементов LFP при глубине разряда 80 процентов обычно составляет от 6000 до 8000 циклов. Эти характеристики превосходят химию никель-марганец-кобальт, которая более энергоемка, но имеет более короткий срок службы и более высокую стоимость. Выбор элемента напрямую влияет на диапазон рабочих температур и необходимость охлаждения. Ячейки LFP могут работать при более высоких температурах, но скорость деградации по-прежнему увеличивается с увеличением температуры. Следовательно, независимо от химического состава требуется надежная система терморегулирования.
Архитектура управления BESS включает систему управления батареями, систему управления энергопотреблением и контроллер установки. Система управления аккумулятором контролирует напряжение и температуру каждого элемента, чтобы обеспечить безопасную работу. Система управления энергопотреблением обрабатывает команды диспетчеризации и оптимизирует уровень заряда. Контроллер установки обменивается данными с оператором сети, используя такие протоколы, как IEC 61850 или DNP3. Задержка канала связи имеет решающее значение для регулирования частоты, и задержки должны поддерживаться на уровне менее 50 миллисекунд. Для обеспечения надежности часто устанавливаются резервные пути связи.
INJET HanCang предлагает полностью интегрированную систему преобразования энергии и управления энергией для аккумуляторных систем хранения энергии. Наша платформа включает в себя высокоскоростной контроллер, который выполняет диспетчерские команды от оператора сети с задержкой менее 30 миллисекунд. Система управления энергопотреблением от INJET HanCang включает модули прогнозирования, которые прогнозируют состояние заряда и необходимую охлаждающую нагрузку. Такая интеграция снижает требования к внешнему оборудованию и упрощает процесс ввода в эксплуатацию. Наши блоки PCS доступны с номинальной мощностью от 1 до 5 мегаватт в одном корпусе.
Операционную стратегию BESS можно адаптировать для замедления деградации клеток. Для регулирования частоты запрошенный сигнал мощности можно сгладить, чтобы уменьшить высокочастотные колебания, вызывающие ускоренное старение. Система управления аккумулятором рассчитывает внутреннее сопротивление элементов, чтобы оценить степень старения. Регулируя скорость заряда и разряда в зависимости от внутреннего сопротивления, оператор может продлить срок службы аккумулятора. Эта стратегия известна как контроль с учетом деградации и, как было показано, увеличивает общий объем подаваемой энергии в течение срока службы на 8 процентов.
Экономическая жизнеспособность BESS, предназначенной для регулирования частоты, зависит от структуры рынка и конкурентной среды. Капитальные затраты на систему мощностью 20 мегаватт и продолжительностью 1 час составляют примерно 6–7 миллионов долларов. Ежегодные затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание обычно составляют 1,5 процента капитальных затрат. Доход от регулирования частоты является переменным и зависит от цены услуги в реальном времени. На рынках с высоким уровнем проникновения возобновляемой энергии цена регулирования может вырасти до более чем 20 долларов за мегаватт-час. Хорошо спроектированная BESS может обеспечить период окупаемости от 5 до 7 лет, исходя из исторических данных о ценах.
Полевые данные установок BESS в Соединенном Королевстве показывают, что среднее время отклика составляет 85 миллисекунд. Доступность этих систем составляет более 98 процентов в год. Эффективность системы от входа переменного тока до выхода переменного тока измеряется от 86 до 88 процентов за полный цикл. Скорость деградации ячеек в приложениях регулирования частоты ниже, чем в энергетическом арбитраже, поскольку глубина разряда меньше. Средняя глубина разряда регулируемого BESS составляет от 20 до 40 процентов, что значительно продлевает срок службы.
Воздействие BESS на окружающую среду в первую очередь связано с добычей лития, железа и фосфатов. На производственный процесс приходится около 40 процентов общего углеродного следа системы. Переработка аккумуляторных элементов становится все более распространенной, а степень восстановления лития в настоящее время на современных предприятиях превышает 70 процентов. Использование BESS для регулирования частоты снижает потребность в пиковых установках для природного газа, что снижает общие выбросы в сеть. Конечным эффектом является сокращение выбросов углекислого газа на 300–400 килограммов на мегаватт-час интегрированной возобновляемой энергии.
Аккумуляторные системы хранения энергии являются наиболее эффективным решением для регулирования частоты в сетях с высоким уровнем проникновения возобновляемых источников энергии. Скорость реагирования, точность подачи энергии и масштабируемость технологии делают их незаменимыми. INJET HanCang предоставляет критически важные системы преобразования энергии и управления, которые позволяют BESS работать надежно и прибыльно в этих требовательных приложениях.