На тлі прискореного будівництва нових енергосистем системи накопичення енергії, як основний компонент для балансування попиту та пропозиції енергії та підвищення стійкості мережі, розроблені навколо перетворення форми енергії, спільного керування системою та безпечної та економічної експлуатації. Метою є досягнення гнучкого зберігання та точного вивільнення електричної енергії за допомогою наукової архітектури. Основна мета проектування полягає не тільки в тому, щоб задовольнити вимоги до потужності та потужності в конкретних сценаріях, але й у досягненні оптимального балансу між безпекою, ефективністю, терміном служби та економічністю.
Проектування систем зберігання енергії починається з вибору основної логіки механізмів перетворення енергії. Електрохімічне накопичення енергії ґрунтується на оборотній «електрохімічній-електрохімічній» реакції, яка досягає накопичення енергії через окисно-відновну реакцію матеріалів позитивного та негативного електродів: під час заряджання електрична енергія змушує носії заряду (наприклад, іони літію) мігрувати та вбудовуватися в негативний електрод, перетворюючи їх на хімічну енергію; під час розрядки носії заряду повертаються до позитивного електрода, і хімічна енергія знову перетворюється в електричну. Зберігання фізичної енергії ґрунтується на перетворенні макроскопічних форм енергії. Наприклад, насосна гідроакумуляція використовує електрику для приводу насоса для збільшення потенціальної енергії води, а під час виробництва електроенергії вода, що падає, приводить в рух турбіну для перетворення потенційної енергії в електричну. Акумулятори стисненого повітря використовують електроенергію для стиснення газу та накопичення енергії тиску; під час виділення енергії газ під високим-тиском розширюється та приводить в дію генератор. Різні механізми перетворення визначають швидкість реакції системи, щільність енергії та застосовні сценарії. Проект повинен спочатку закріпити технологічний маршрут на основі вимог.
Дизайн архітектури системи наголошує на координації та ієрархічному управлінні кількома модулями. Повна система накопичення енергії складається з накопичувачів енергії, системи перетворення енергії (PCS), системи керування батареями (BMS), системи управління енергією (EMS) і допоміжних систем (контроль температури, протипожежний захист, моніторинг). Накопичувач енергії є ядром накопичувача енергії, і методи його послідовного та паралельного підключення потрібно оптимізувати на основі цільової напруги, ємності та вимог до резервування. PCS (система керування живленням) відповідає за перетворення змінного/постійного струму та регулювання потужності, а її топологія (наприклад, дво- або три-рівень) має відповідати рівню потужності та вимогам ефективності системи. BMS (Система керування батареєю), діючи як «нервові закінчення», має забезпечити-моніторинг у реальному-часі та збалансований контроль напруги, температури та внутрішнього опору окремих елементів, щоб запобігти каскадним збоям, спричиненим локальним надмірним заряджанням і-розрядженням. EMS (Система керування електроенергією) — це «мозок», який динамічно оптимізує стратегії заряджання та розряджання та координує дії кожного модуля на основі навантаження на мережу, виходу відновлюваної енергії та цінових сигналів на електроенергію. Допоміжні системи забезпечують захист навколишнього середовища для вищезазначених основних функцій; наприклад, система контролю температури підтримує роботу клітин у відповідному температурному діапазоні (зазвичай 25 градусів ±5 градусів), а система протипожежного захисту створює лінію раннього попередження та придушення захисту від пожеж.
Проект повинен глибоко інтегрувати характеристики та обмеження сценарію. Зберігання-енергії на стороні мережі підкреслює швидке реагування та-великомасштабні можливості регулювання, вимагаючи покращених динамічних характеристик системи генерації електроенергії (PCS) і-дружності до мережі системи накопичення енергії (EMS). Накопичувач-енергії на стороні джерела живлення має адаптуватися до коливань вироблення енергії з відновлюваних джерел, оптимізуючи стійкість BMS до періодичного заряджання та розряджання. Накопичувач-енергії на стороні користувача надає пріоритет економіці та використанню простору, збалансовуючи конфігурацію ємності та витрати на встановлення, і може використовувати модульну інтеграцію для економії місця. Крім того, проект повинен зарезервувати інтерфейси розширення для пристосування до майбутніх оновлень потужностей або технологічних ітерацій.
Безпека та економічна ефективність є ключовими протягом усього життєвого циклу. З точки зору безпеки, багато{1}}рівневу систему захисту необхідно створити за допомогою конструкції електричної ізоляції, захисту від перенапруги та перевантаження по струму, а також механізмів раннього попередження про перегрівання. З економічної точки зору, покращена ефективність перетворення енергії (наприклад, ККД PCS більше або дорівнює 95%), подовжений термін служби (наприклад, проектна кількість циклів більше або дорівнює 6000 разів) і зменшене споживання енергії допоміжною системою є необхідними для збільшення переваг життєвого циклу.
Підсумовуючи, принцип проектування систем накопичення енергії – це процес технологічної інтеграції, заснований на механізмах перетворення енергії, зосереджений на багато-модульній співпраці, що керується адаптацією сценаріїв і обмежується безпекою та економікою. Його суть полягає в перетворенні дискретних накопичувачів енергії на сприйнятливу, контрольовану та оптимізовану систему регулювання енергії за допомогою наукової архітектури, що забезпечує ключову підтримку нових енергетичних систем, щоб справлятися з високою часткою доступу до відновлюваної енергії.
