Das elektrochemische Energiespeichersystem besteht aus zwei Teilen, der Gleichstromseite und der Wechselstromseite.Die Gleichstromseite ist das Batterielager, einschließlich Batterien, Temperaturregelung, Brandschutz, Zusammenflussschränke, Behälter und andere Geräte, und die Wechselstromseite ist das Elektrolager, einschließlich Energiespeicherwandler, Transformatoren, Behälter usw. Die Wechselwirkung zwischen elektrischer Energie Das Energiespeichersystem und das Netz werden durch die AC-DC-Umwandlung des PCS-Konverters realisiert.
1. Klassifizierung von Energiespeichersystemen
Entsprechend der elektrischen Struktur können große Energiespeichersysteme unterteilt werden in:
(1) Zentralisiert: Zentralisiertes, netzgekoppeltes Energiespeichersystem mit Niederspannung und hoher Leistung.Mehrere Batteriecluster werden parallel geschaltet und dann an PCS angeschlossen.PCS strebt nach hoher Leistung und hoher Effizienz.Derzeit wird die 1500-V-Lösung vorangetrieben.
(2) Verteilt: Verteiltes Boost-Energiespeichersystem mit Niederspannung und geringem Stromverbrauch, bei dem jede Batteriegruppe mit einer PCS-Einheit verbunden ist und das PCS eine verteilte Anordnung mit geringem Stromverbrauch übernimmt.
(3) Intelligenter String-Typ: Basierend auf der verteilten Energiespeichersystemarchitektur werden innovative Technologien wie Energieoptimierung auf Batteriemodulebene, Batterie-Einzelcluster-Energiesteuerung, digitales intelligentes Management und vollständig modulares Design eingesetzt, um eine effizientere Anwendung der Energiespeicherung zu erreichen Systeme.
(4) Kaskadiertes Hochspannungs-Hochleistungs-Energiespeichersystem: Single-Cluster-Batteriewechselrichter, direkt an das Stromnetz mit einem Spannungsniveau über 6/10/35 kV ohne Transformator angeschlossen.Die Kapazität einer einzelnen Einheit kann 5 MW/10 MWh erreichen.
(5) Verteilter Typ: Mehrere Zweige auf der DC-Seite werden parallel geschaltet, ein DC/DC-Wandler wird am Batterie-Cluster-Ausgang hinzugefügt, um den Batterie-Cluster zu isolieren, und die DC/DC-Wandler werden anschließend an die zentralisierte PCS-DC-Seite angeschlossen Sammlung.
2. Die Weiterentwicklung der Energiespeichertechnologie dreht sich um Sicherheit, Kosten und Effizienz
Sicherheit, Kosten und Effizienz sind die Schlüsselthemen, die bei der Entwicklung von Energiespeichern berücksichtigt werden müssen.Der Kern der Iteration der Energiespeichertechnologie besteht darin, die Sicherheit zu verbessern, Kosten zu senken und die Effizienz zu verbessern.
(1) Sicherheit
Die Sicherheit von Energiespeicherkraftwerken ist das am meisten besorgniserregende Thema in der Branche.Zu den potenziellen potenziellen Sicherheitsrisiken von elektrochemischen Energiespeicherkraftwerken zählen durch Elektrizität verursachte Brände, durch Batterien verursachte Brände, Wasserstoffexplosionen im Brandfall, Systemanomalien usw. Die Ermittlung der Ursache des Sicherheitsproblems des Energiespeicherkraftwerks kann in der Regel zugeschrieben werden zum thermischen Durchgehen der Batterie.Zu den Ursachen des thermischen Durchgehens gehören mechanischer Missbrauch, elektrischer Missbrauch und thermischer Missbrauch.Um Sicherheitsprobleme zu vermeiden, ist es notwendig, den Batteriestatus streng zu überwachen, um das Auftreten thermischer Instabilität zu vermeiden.
(2) Hohe Effizienz
Die Zellkonsistenz ist ein Schlüsselfaktor für die Systemeffizienz.Die Konsistenz der Batterie hängt von der Qualität der Batterie, der Lösung der Energiespeichertechnologie und der Arbeitsumgebung der Batterie ab.Mit zunehmender Anzahl der Batteriezyklen spiegeln sich nach und nach die Unterschiede zwischen den Batterien wider.Die Unterschiede in der tatsächlichen Arbeitsumgebung während des überlagerten Betriebs führen zu verschärften Unterschieden zwischen mehreren Batterien, und das Konsistenzproblem ist im Vordergrund, was das BMS-Management vor Herausforderungen stellt und sogar vor Herausforderungen steht.Sicherheitsrisiko.Bei der Konstruktion und dem Betriebsschema des Energiespeicherkraftwerks sollte die Konsistenz der Batterie so weit wie möglich verbessert werden, um die Systemeffizienz zu verbessern.
(3) Niedrige Kosten
Die Kosten eines Energiespeichersystems hängen von der Anfangsinvestition und der Lebensdauer ab.Die Alterung und der Verfall der Batteriematerialien, des Lade- und Entladesystems, der Batteriebetriebstemperatur und der Monomerkonsistenz wirken sich alle auf die Lebensdauer der Batterie aus.Wenn der Temperaturunterschied der Batterie im Behälter mehr als 10 Grad beträgt, verkürzt sich die Lebensdauer der Batterie um mehr als 15 %.Unterschiede im Temperaturanstieg zwischen den Modulen können ebenfalls zu einer verkürzten Gesamtlebensdauer des Systems führen.Das Energiespeichersystem soll die Zyklenlebensdauer des Systems verbessern, indem es die Lade- und Entlademethode optimiert, den Temperaturunterschied zwischen den Systemen verringert und die Konsistenz der Batterie verbessert.
3. Weg der Energiespeicher-Integrationstechnologie: Topologieschemata werden schrittweise iteriert
(1) Zentrale Lösung: 1500 V statt 1000 V liegen im Trend
Mit der Entwicklung zentralisierter Windkraftanlagen und Energiespeicher zu größeren Kapazitäten ist DC-Hochspannung zur wichtigsten technischen Lösung zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung geworden, und das Energiespeichersystem mit auf 1500 V erhöhter DC-Seitenspannung ist nach und nach zum Trend geworden.Im Vergleich zum herkömmlichen 1000-V-System erhöht das 1500-V-System die Spannungsfestigkeit von Kabeln, BMS-Hardwaremodulen, PCS und anderen Komponenten von nicht mehr als 1000 V auf nicht mehr als 1500 V.Die 1500V-technische Lösung des Energiespeichersystems stammt aus der Photovoltaikanlage.Laut CPIA-Statistik liegt der Marktanteil der heimischen Photovoltaikanlage mit einer Gleichspannungsebene von 1500 V im Jahr 2021 bei etwa 49,4 %, und es wird erwartet, dass er in Zukunft schrittweise auf fast 80 % ansteigt.Das 1500-V-Energiespeichersystem wird dazu beitragen, die Kompatibilität mit der Photovoltaikanlage zu verbessern.
Auch die Leistung der 1500-V-Energiespeichersystemlösung ist im Vergleich zur 1000-V-Lösung verbessert.Am Beispiel der Lösung von Sungrow sind die Energiedichte und Leistungsdichte des Batteriesystems im Vergleich zum 1000-V-System um mehr als 35 % gestiegen.Das Kraftwerk mit der gleichen Kapazität erfordert weniger Ausrüstung und die Kosten für Batteriesystem, PCS, BMS, Kabel und andere Ausrüstung werden erheblich reduziert.Gleichzeitig werden auch die Infrastruktur- und Grundstücksinvestitionskosten gesenkt.Schätzungen zufolge werden die anfänglichen Investitionskosten des 1500-V-Energiespeichersystems im Vergleich zur herkömmlichen Lösung um mehr als 10 % gesenkt.Aber gleichzeitig steigt mit steigender Spannung des 1500-V-Energiespeichersystems die Anzahl der in Reihe geschalteten Batterien, was die Kontrolle der Konsistenz erschwert, und auch die Anforderungen an die Vermeidung und den Schutz von Gleichstromlichtbögen sowie die Gestaltung der elektrischen Isolierung sind höher .
(2) Verteilte Lösung: hohe Effizienz und ausgereifte Lösung
Die verteilte Lösung wird auf der AC-Seite auch als Mehrzweig-Parallelschaltung bezeichnet.Im Vergleich zur zentralisierten technischen Lösung wandelt die dezentrale Lösung die Parallelschaltung der Gleichstromseite des Batterieclusters in die Parallelschaltung der Wechselstromseite über den verteilten String-Wechselrichter um, wodurch die Risiken von Parallelzirkulation, Kapazitätsverlust und Gleichstromlichtbögen vermieden werden entsteht durch die Parallelschaltung der DC-Seite und verbessert den Betrieb.Sicherheit.Gleichzeitig wird die Steuerungsgenauigkeit von mehreren Batterieclustern auf ein einzelnes Batteriecluster geändert und die Steuerungseffizienz erhöht.
Das Energiespeicherkraftwerk Shandong Huaneng Huangtai ist das weltweit erste 100-Megawatt-Energiespeicherkraftwerk mit dezentraler Steuerung.Das Energiespeicherkraftwerk Huangtai nutzt CATL-Batterien und das PCS-System von Sineng Electric.Schätzungen zufolge kann die Batteriekapazitätsauslastung des gesamten Kraftwerks nach Inbetriebnahme des Energiespeicherkraftwerks etwa 92 % erreichen, was 7 Prozentpunkte über dem aktuellen Branchendurchschnitt liegt.Darüber hinaus kann durch die dezentrale Steuerung von Batterieclustern die automatische Kalibrierung des Batterieladezustands (SOC) realisiert werden, was den Arbeitsaufwand bei Betrieb und Wartung deutlich reduziert.Der netzgekoppelte Testwirkungsgrad beträgt bis zu 87,8 %.Den aktuellen Projektangeboten zufolge ist das dezentrale System nicht teurer als das zentrale System.
(3) Intelligente Clusterlösung: ein Paket, eine Optimierung, ein Cluster, eine Verwaltung
Die von Huawei vorgeschlagene Smart-String-Lösung löst drei Hauptprobleme der zentralisierten Lösung: (1) Kapazitätsdämpfung.Bei der herkömmlichen Lösung hat der Einsatz von Batterien einen offensichtlichen „Short-Board-Effekt“.Die Batteriemodule sind parallel geschaltet.Beim Laden ist eine Akkuzelle voll und der Ladevorgang stoppt.Beim Entladen ist eine Batteriezelle leer und die Entladung stoppt.Die Gesamtlebensdauer des Systems hängt von der Lebensdauer ab.kürzeste Batterie.(2) Konsistenz.Beim Betrieb und Einsatz des Energiespeichersystems kommt es aufgrund unterschiedlicher spezifischer Umgebungen zu Abweichungen in der Konsistenz der Batterie, was zu einem exponentiellen Abfall der Systemkapazität führt.(3) Kapazitätsinkongruenz.Durch den Parallelanschluss von Batterien kann es zu Kapazitätsunterschieden kommen, und die tatsächliche Kapazität der Batterie liegt weit unter der Standardkapazität.
Die intelligente String-Lösung löst die oben genannten drei Probleme der zentralisierten Lösung durch String, intelligentes und modulares Design: (1) String.Der Energieoptimierer wird verwendet, um die Verwaltung auf Batteriemodulebene zu realisieren, der Batterie-Cluster-Controller wird verwendet, um ein Gleichgewicht zwischen den Clustern zu erreichen, und die verteilte Klimaanlage reduziert den Temperaturunterschied zwischen den Clustern.(2) Intelligenz.Wenden Sie fortschrittliche IKT-Technologien wie KI und Cloud-BMS auf interne Kurzschlusserkennungsszenarien an, wenden Sie KI zur Vorhersage des Batteriestatus an und übernehmen Sie intelligente Strategien zur Temperaturregelung mit Verknüpfung mehrerer Modelle, um einen optimalen Lade- und Entladestatus sicherzustellen.(3) Modularisierung.Der modulare Aufbau des Batteriesystems kann das fehlerhafte Modul separat trennen, ohne den normalen Betrieb anderer Module im Cluster zu beeinträchtigen.Modularer Aufbau von PCS: Wenn ein einzelnes PCS ausfällt, können andere PCS weiterarbeiten, und wenn mehrere PCS ausfallen, kann das System weiterhin laufen.
(4) Hochspannungs-Kaskadenschema: Hocheffizienzschema ohne Parallelstruktur
Die kaskadierte Hochspannungs-Energiespeicherlösung ist durch Leistungselektronik darauf ausgelegt, ohne Transformator eine netzgekoppelte Spannung von 6–35 kV zu erreichen.Am Beispiel der 35-kV-Lösung von Xinfengfeng ist das einzelne Energiespeichersystem ein 12,5-MW/25-MWh-System.Die elektrische Struktur des Systems ähnelt der des Hochspannungs-SVG und besteht aus drei Phasen A, B und C. Jede Phase enthält 42 H-Brücken-Leistungseinheiten, die 42 Batteriecluster unterstützen.Insgesamt 126 H-Brücken-Leistungseinheiten in drei Phasen verfügen über insgesamt 126 Batteriecluster und speichern insgesamt 25,288 MWh Strom.Jeder Batteriecluster besteht aus 224 in Reihe geschalteten Zellen.
Die Vorteile des Hochspannungs-Kaskadenschemas spiegeln sich in Folgendem wider: (1) Sicherheit.Im System sind keine parallel geschalteten Zellen vorhanden, einige Batterien sind beschädigt, der Austauschbereich ist begrenzt, der Einflussbereich ist gering und die Wartungskosten sind gering.(2) Konsistenz.Die Akkupacks sind nicht direkt angeschlossen, sondern nach AC/DC angeschlossen, sodass alle Akkupacks durch das SOC-Gleichgewicht über AC/DC gesteuert werden können.Es gibt nur ein einziges Batterie-Cluster im Batteriepaket, es gibt keine Parallelschaltung von Batterie-Clustern und es wird kein Problem mit der Stromverteilung auftreten.Die Balancekontrolle zwischen den Zellen wird durch das BMS im Batteriecluster realisiert.Daher kann diese Lösung die Nutzung der Batteriekapazität maximieren und bei gleicher netzgekoppelter Leistung auf der Wechselstromseite können weniger Batterien installiert werden, um die Anfangsinvestition zu reduzieren.(3) Hohe Effizienz.Da das System nicht über parallel laufende Zellen/Batteriecluster verfügt, gibt es keinen Short-Board-Effekt und die Systemlebensdauer entspricht in etwa der Lebensdauer einer einzelnen Zelle, wodurch die Betriebsökonomie des Energiespeichergeräts maximiert werden kann.Das System benötigt keinen Aufwärtstransformator und der tatsächliche Systemzykluswirkungsgrad vor Ort erreicht 90 %.
(5) Dezentrale Lösung: DC-Trennung + zentraler Wechselrichter
Das verteilte Schema wird auf der DC-Seite auch als Mehrzweig-Parallelschaltung bezeichnet.Auf der Grundlage des herkömmlichen zentralisierten Schemas wird am Ausgang des Batterieclusters ein DC/DC-Wandler hinzugefügt, um den Batteriecluster zu isolieren, und der DC/DC-Wandler wird mit dem zentralen PCS-Gleichstrom verbunden. Auf der Seite gibt es 2 bis 4 PCS werden parallel an einen bauseitigen Transformator angeschlossen und nach der Verstärkung durch den Transformator an das Netz angeschlossen.Durch die Erhöhung der DC/DC-Isolation im System werden Gleichstromlichtbögen, Kreisströme und Kapazitätsverluste vermieden, die durch die Gleichstromparallelschaltung verursacht werden, was die Sicherheit des Systems erheblich verbessert und somit die Systemeffizienz verbessert.Da das System jedoch zwei Inversionsstufen durchlaufen muss, wirkt sich dies negativ auf die Systemeffizienz aus.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22.09.2023