Jednoduše řečeno, skladování energie je proces ukládání nevyužité energie a jejího opětovného použití v případě potřeby. V oblasti energetiky hraje technologie skladování energie klíčovou roli, protože umožňuje stabilní výkon nestabilních obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie, a zajišťuje nepřetržitou dodávku elektřiny pro náš každodenní život a práci. Mezi nimi se lithium-iontové elektrochemické skladování energie stalo jednou z nejrychleji se rozvíjejících technologií skladování energie díky své vysoké hustotě energie, dlouhé životnosti a rychlé rychlosti odezvy.
1 Základní úvod
Systém skladování energie se skládá z baterie, elektrických součástí, mechanické podpory, systému vytápění a chlazení (systém tepelného managementu), obousměrného systému přeměny energie, systému řízení energie a systému řízení baterií. Baterie je uspořádána, připojena a sestavena do bateriového modulu a poté upevněna a sestavena společně s ostatními součástmi uvnitř skříně za účelem vytvoření bateriové skříně.
Zobecněná definice: Skladování energie se týká skladování energie. Odkazuje na cyklický proces ukládání energie prostřednictvím média nebo zařízení a její uvolňování ve specifické formě na základě budoucích potřeb aplikace.
Úzce definováno: pro skladování elektrické energie. Řada technologií a opatření, které využívají chemické nebo fyzikální metody k ukládání generované energie a jejímu uvolňování ve formě elektrické energie v případě potřeby. (Všechny následující úvody se omezují na úzkou definici skladování elektrické energie)
1. Terminologie a definice
Baterie: Jako jedna z klíčových technologických cest pro nové skladování energie hrají nové baterie pro ukládání energie důležitou roli při zvyšování podílu spotřeby obnovitelné energie a zajišťování bezpečného a stabilního provozu elektrizační soustavy. Lithiové baterie jako klíčová zařízení pro uchovávání energie jsou „centrem“, které určuje průběh elektrochemického skladování energie. Lithiové baterie se dělí na lithium-železofosfátové baterie a ternární lithiové baterie podle různých materiálů kladných elektrod. Trhu skladování energie dominují hlavně lithium-železofosfátové baterie a odstranění rozdílu mezi dnem a nocí ve špičce údolí je hlavním scénářem použití systémů pro skladování energie. Doba používání produktu přímo ovlivňuje příjmy projektu. Jednotky pro skladování energie, obvykle označované jako baterie, jsou základními zařízeními používanými v systémech skladování energie k ukládání a uvolňování elektrické energie.
Článek: Jedna baterie, nejmenší jednotka baterie.
Bateriový modul/balíček: Standardní balíček pro sérii jednotlivých baterií.
Battery Rack/Cluster: Jednotka pro ukládání energie složená z řady bateriových modulů.
Panel sběru baterií (BCP): Nachází se mezi stojanem na baterie a střídačem pro ukládání energie, podobně jako fotovoltaický stejnosměrný slučovač.
Power Conversion System (PCS): Obousměrný DC/AC invertor.
Battery Management System (BMS): Inteligentní správa a údržba různých bateriových jednotek zabraňující přebíjení a nadměrnému vybíjení, prodloužení životnosti baterie a sledování stavu baterie.
Materiál kladné elektrody: Část baterie, která prochází oxidačními reakcemi. Mezi běžné materiály kladných elektrod patří oxid lithný kobaltnatý (LiCoO2), fosforečnan lithný a železnatý (LiFePO4), oxid lithno-nikl-mangan-kobaltnatý (NMC) atd.
Materiál záporné elektrody: Část baterie, která prochází redukční reakcí. Mezi běžné materiály záporných elektrod patří grafit, křemík, cín atd. Elektrolyt: Médium pro transport iontů v bateriích, které může být kapalné nebo pevné (pevný elektrolyt). Elektrolyty umožňují iontům pohyb mezi kladnými a zápornými elektrodami a dokončují proces nabíjení a vybíjení.
Membrána: umístěná mezi kladnou a zápornou elektrodou, její funkcí je zabránit přímému kontaktu mezi kladnou a zápornou elektrodou, aby způsobil zkrat, a zároveň umožnit průchod iontů.
Proudový kolektor: typicky vyrobený z kovů, jako je měď a hliník, používá se k přenosu proudu z bateriového článku do vnějšího obvodu.
Kryt baterie: Vnější struktura baterie používaná k ochraně vnitřních součástí a poskytování mechanické podpory.
Battery Management System (BMS): zodpovědný za monitorování a řízení procesu nabíjení a vybíjení baterií, zajištění jejich bezpečného provozu a optimalizaci jejich výkonu a životnosti.
Energy Management System (EMS): Jedná se o inteligentní systém, který integruje software a hardware, sloužící k monitorování, řízení a optimalizaci toku a spotřeby energie v energetických systémech. Je založen na technologii sběru dat, analýzy a podpory rozhodování, která dokáže v reálném čase monitorovat provozní stav, spotřebu energie a podmínky prostředí energetických zařízení, a tím dosáhnout efektivního řízení a optimalizace energie.
Systém vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC): obvykle se používá v bateriových kontejnerech k zajištění ventilace, odvodu tepla a izolace baterií.
Kapacita baterie: Množství nabití Q, které lze zadržet nebo uvolnit, tj. kapacita baterie (Ah)=proud (A) x doba vybíjení (h), obvykle měřená v Ah (ampérhodinách). Pokud je například akumulátorová baterie označena jako 96Ah, teoreticky ji lze používat po dobu 1 hodiny při pracovním proudu 96A.
Energie baterie: Energie uložená v baterii, měřená ve Wh (watthodiny), kde Wh se rovná napětí (V) vynásobenému kapacitou baterie (Ah). Například baterie 3,2V/96Ah má energii 307,2Wh a pokud zapojíme čtyři takové baterie do série, vytvoříme sadu baterií o napětí 12,8V a kapacitě 96Ah. Přestože se kapacita baterie nezvýší, celková energie se zvýší čtyřnásobně.
Rychlost vybíjení (C-Rate): Rychlost vybíjení se vztahuje k aktuální hodnotě potřebné k vybití její jmenovité kapacity během stanovené doby, která se číselně rovná násobku jmenovité kapacity baterie. Konkrétně jde o nabíjecí a vybíjecí proud (A) dělený jmenovitou kapacitou (Ah), přičemž jednotkou je obecně C (zkratka pro C-rate), například 0.5C, 1C atd.
Garantovaná kapacita energie (GPC): Minimální kapacita uvolněná systémem pro ukládání energie během stanovené doby používání.
Efektivita zpáteční cesty (RTE): Poměr celkového množství elektřiny uvolněné z AC terminálu, když je baterie plně nabitá, k množství elektřiny potřebné k úplnému nabití AC terminálu, přičemž se berou v úvahu ztráty zařízení a vlastní spotřeba během nabíjení a vybíjení.
Životnost cyklu: Životnost baterie je rozdělena do dvou parametrů: životnost cyklu a životnost kalendáře. Životnost cyklu udává, kolikrát se baterie může cyklicky nabíjet a vybíjet. Za ideálních teplotních a vlhkostních podmínek nabíjejte a vybíjejte jmenovitým proudem a vypočítejte počet cyklů, které baterie zažije, když její kapacita klesne na 80 %. Kalendářní životnost označuje časové období, během kterého baterie dosáhne konce své životnosti (snížení kapacity na 80 %) za určitých podmínek používání. Obecně lze hodnotit menší hodnotu z těchto dvou.