Architecture ntawm Battery Energy Storage Systems

Apr 10, 2024

Tso lus

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Ua ntej sib tham txog roj teeb lub zog cia system (BESS) architecture thiab roj teeb hom, peb yuav tsum xub tsom mus rau cov lus siv feem ntau siv hauv daim teb no. Ob peb yam tseem ceeb piav qhia txog tus cwj pwm ntawm cov roj teeb lub zog cia tshuab.

Peev xwm [Ah]: Tus nqi hluav taws xob siab tshaj plaws uas lub kaw lus muaj peev xwm muab tau rau qhov txuas txuas ntawm qhov tsim nyog voltage. Lub roj teeb thev naus laus zis muaj qhov cuam tshuam loj rau qhov ntsuas no, uas nws tus nqi raug teeb tsa rau ib qho kev tso tawm tam sim no thiab kub.

Nominal zog [Wh]:Qhov no yog tag nrho lub zog tsim los ntawm cov xeev ntawm cov nqi them tag nrho thiab kev tso tawm tag nrho. Nws yog sib npaug rau lub roj teeb voltage zaus lub peev xwm. Kub thiab tam sim no muaj kev cuam tshuam ib yam, vim muaj peev xwm txiav txim siab nws.

Lub zog [W]:Kev txhais lub BESS lub zog tso zis yog qhov nyuaj vim nws tso siab rau cov khoom txuas. Txawm li cas los xij, lub hwj chim nominal sawv cev rau lub hwj chim hauv qhov xwm txheej feem ntau raug tso tawm.

Lub zog tshwj xeeb [Wh/kg]:Qhov no qhia tau hais tias lub roj teeb lub zog cia muaj peev xwm cuam tshuam nrog huab hwm coj.

Qhov ntsuas siv los txiav txim siab them nqi thiab lub sijhawm tso tawm yog hu uaC tus nqi. Cov paug tawm tam sim no yuav ntws cov roj teeb tag nrho hauv ib teev ntawm 1C.

Charge/discharge/charge yog tuslub voj voog. Tsis muaj kev pom zoo-raws li kev txhais ntawm lub voj voog yog dab tsi.

Ib lub roj teeblub neej voj voogyog tag nrho cov voj voog uas nws tuaj yeem tsim tau.

DoD: Tshem tawm qhov tob. Kev tso tawm tiav yog 100%;

Lub Xeev-ntawm-tus nqi (SoC,%):Lub roj teeb theem them yog qhia los ntawm tus lej no.

Lub sij hawm "coulombic efficiency"yog hais txog lub roj teeb lub peev xwm los xa cov nqi hluav taws xob tau zoo. Nws yog qhov feem pua ​​​​ntawm cov nqi yuav tsum rov qab mus rau lub xeev qub ntawm cov nqi them nqi (Ah) tso tawm thaum lub sijhawm tso tawm. roj teeb muaj ib tug efficiency uas yog piv rau qhov no.

Hom Lub Npe ntawm Electrochemical Energy Storage Systems
Ntau lub roj teeb muaj nyob, txhua qhov raws li kev sib xyaw ua ke ntawm cov tshuaj lom neeg thiab cov txheej txheem. Lead-acid thiab Li-ion roj teeb tam sim no yog cov khoom siv dav tshaj plaws, tab sis cov roj teeb nickel, thiab sulfur-based kuj muaj qhov chaw hauv lub khw no. Peb mam li saib xyuas cov txiaj ntsig tseem ceeb ntawm cov roj teeb nrov tshaj plaws.

Peb siv cov roj teeb no tsis tu ncua. Lub roj teeb lub hauv paus ntawm tes no yog tsim los ntawm bi-oxide lossis lead electrode thiab tsis zoo electrode. Cov electrolyte yog sulfuric acid daws hauv dej.

Cov roj teeb no cov txiaj ntsig tseem ceeb yog lawv cov nqi pheej yig thiab lub xeev thev naus laus zis siab heev.
 

Pro and cons of lead-acid batteries. Source Battery University

Nickel-Cadmium (Ni-Cd) roj teeb
Ua ntej lithium roj teeb thev naus laus zis tau siv dav, hom roj teeb no tau ua lub zog tseem ceeb rau cov khoom siv nqa tau ntau xyoo.
Cov roj teeb no muab lub zog tso zis siab thiab lub sijhawm rov qab sai.
 

Pro and cons of Nickel-Cadmium batteries. Source Battery University

Ib qho kev txhim kho ntawm cov roj teeb no yog sawv cev los ntawm Nickel-metal-hydride (NiMH) thev naus laus zis, uas tuaj yeem muab txog 40% lub zog tshwj xeeb tshaj li tus qauv NiCd.

Lithium-ion (Li-Ion) roj teeb
Ntawm tag nrho cov hlau, lithium muaj lub zog tshwj xeeb tshaj plaws thiab yog lub teeb tshaj plaws. Lithium hlau anode rechargeable roj teeb muaj peev xwm muab lub zog siab heev.

Tseem muaj lwm yam kev txwv thiab. Piv txwv li, kev loj hlob ntawm dendrites ntawm lub anode thaum caij tsheb kauj vab yog ib qho kev txwv. Nws tuaj yeem ua rau muaj hluav taws xob tsis zoo, uas tuaj yeem nce qhov kub thiab ua rau lub roj teeb puas.
 

Pros and cons of Lithium batteries. Source Battery University.

Kev sib sau ntawm BESS
Sib txawv "theem," ob qho tib si logical thiab lub cev, ua rau BESS. Txhua qhov tshwj xeeb ntawm lub cev xav tau nws tus kheej tswj qhov system.
Nov yog ib qho kev piav qhia ntawm cov theem tseem ceeb no:
 
 Lub roj teeb lub cev yog tsim los ntawm ntau lub roj teeb pob thiab ntau lub roj teeb uas txuas nrog rau ib leeg kom ua tiav qhov xav tau qhov hluav taws xob thiab qib tam sim no.

 Lub roj teeb tswj kev tswj hwm txhua lub xov tooj ntawm tes ua haujlwm tsim nyog los ua kom lub cev ua haujlwm nyob rau hauv qhov hluav taws xob, tam sim no, thiab qhov kub thiab txias uas muaj kev nyab xeeb rau cov roj teeb kev noj qab haus huv zoo dua li qhov system tag nrho. Tsis tas li ntawd, cov xwm txheej ntawm tus nqi hauv txhua lub xov tooj raug kho thiab sib npaug los ntawm kev ua qhov no.

 Txhawm rau hloov lub zog rau hauv AC, cov inverters txuas nrog lub roj teeb. Ib theem tshwj xeeb hluav taws xob hluav taws xob hu ua PCS (lub zog hloov hluav taws xob) muaj nyob hauv txhua BESS. Nws feem ntau yog pawg nyob rau hauv ib chav hloov dua siab tshiab ua ke nrog tag nrho cov kev pabcuam pabcuam uas xav tau rau kev saib xyuas tsim nyog.

 Lub kaw lus thiab lub zog khiav xyuas thiab tswj (kev tswj xyuas hluav taws xob) yog cov kauj ruam hauv qab no. Kev tswj xyuas kev tswj xyuas thiab kev nrhiav cov ntaub ntawv, lossis SCADA system, feem ntau suav nrog kev saib xyuas thiab tswj kev ua haujlwm. Ntawm qhov tod tes, lub zog tswj qhov system tshwj xeeb yog tsim los saib xyuas lub zog khiav raws li kev thov.

 Qhov nruab nrab-voltage / low-voltage transformer kev twb kev txuas thiab, raws li qhov system qhov loj, lub high-voltage / nruab nrab-voltage transformer ntawm ib tug tshwj xeeb substation yog qhov kawg kev sib txuas.

 

An example of BESS architecture. Source Handbook on Battery Energy Storage System

An example of BESS components - source Handbook for Energy Storage Systems

PV Module thiab BESS Integration
 
Cov khoom siv hluav taws xob tauj dua tshiab tau npaj kom muaj kev cuam tshuam loj rau cov tshuab hluav taws xob yav tom ntej, raws li tau tham hauv thawj daim ntawm no. Ob lub tshuab hluav taws xob thiab cov chaw tsim hluav taws xob txuas ntxiv tuaj yeem tau txais txiaj ntsig los ntawm kev sib koom ua ke ntawm BESS nrog lub zog txuas ntxiv.

Cov hauv qab no piav qhia txog ntau txoj hauv kev uas BESS tuaj yeem pab cog hluav taws xob:

Txhawm rau kom ua tiav qhov kev ruaj khov thiab kev cia siab ntau ntxiv, qhov no yuav cuam tshuam qhov "volatility" ntawm lub cim cim nyob rau hauv huab npog lossis nrawm nrawm hauv lub zog. Qhov sib piv ntawm PV cog lub cim nkhaus ntawm ib hnub huab cua thiab ib qho nrog lub ntuj ntshiab yog pom nyob rau hauv daim duab 4. Cov tiam yuav nthuav tawm tsawg "flickering" nrog kev koom ua ke ntawm BESS, yielding ib qho kev nkhaus ntau dua.

PV Generation profile in cloud days and clear sky day. Image courtesy of Enel Green Power

Cov qauv nkhaus yuav "swm" raws li qhov tshwm sim ntawm qhov siab tshaj plaws shaving (kom paub ntau ntxiv ntawm ncov shaving, nyeem tsab xov xwm dhau los).

Hais txog kev them nyiaj yug kab sib chaws thiab cov kev pabcuam ntxiv, BESS tuaj yeem ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv cov chaw tsim hluav taws xob kev sib koom ua ke rau hauv daim phiaj hluav taws xob los ntawm kev muab cov kev tswj hwm zaus thiab kev tswj xyuas hluav taws xob (ua ke nrog cov nyiaj them rov qab siv hluav taws xob) nrog kev cuam tshuam tsawg dua ntawm cov hluav taws xob.

Sib nrug los ntawm cov kev pabcuam tau hais los saum no, muaj kev sib koom tes ntau dua ntawm photovoltaic modules thiab roj teeb lub zog khaws cia, pib nrog kev sib pauv ntawm kev sib txuas (POC). Txij li thaum BESS tau nquag nruab rau "ua tiav" PV module, nws lub xub ntiag tsis tuaj yeem xav tau lub zog ntxiv ntawm POC.

Kev sib koom tes ntxiv muaj peev xwm tshwm sim los ntawm kev txiav txim siab hauv kev tsim qauv ntawm yuav ua li cas PV modules txuas mus rau BESS. Yam tsawg kawg peb txoj kev xaiv tseem ceeb muaj nyob:

 DC Coupling: Hauv qhov kev xaiv no, ib qho tshwj xeeb DC / DC converter yog siv los txuas rau BESS thiab PV ntawm DC sab ntawm cov roj teeb thiab PV modules txhawm rau txhim kho qhov hluav taws xob. Nrog rau txoj kev no, tag nrho cov AC sab ntawm cov nroj tsuag yuav qhia cov inverters ntawm PV module thiab BESS (inverter nyob rau hauv qhov teeb meem no yuav muaj peev xwm ua hauj lwm nyob rau hauv tag nrho cov 4 quadrants ntawm PQ daim duab). daim ntaub ntawv, los yog nyob rau hauv cov ntaub ntawv ntawm ib tug me me nroj tsuag (kW). Nyob rau hauv rooj plaub ntawm cov nroj tsuag loj, BESS yuav muab faib raws li qhov chaw. Txawm li cas los xij, nws yuav xav tau cov ntsiab lus tshwj xeeb thiab kim los tswj cov DC voltage thiab tus nqi ntawm txhua pob roj teeb.

 AC Coupling Tom qab Inverter: Txoj kev no yog piv rau ib qho ua ntej, tab sis nws tso BESS thiab PV module coupling point tom qab lub inverters. Hauv qhov piv txwv no, BESS thiab PV module yuav txhua tus muaj lawv tus kheej lub zog inverter. Vim tias tsis tas yuav muaj kev tswj xyuas ntxiv rau DC coupling, txoj kev no tseem nrov rau cov ntawv thov hauv tsev thiab tuaj yeem siv rau hauv cov nroj tsuag loj los tsim cov BESS faib.

 AC Coupling ntawm POC:Hauv qhov kev daws teeb meem no, PV module thiab BESS tsuas yog sib koom cov chaw sib txuas, thaum lawv tau sib cais tag nrho ntawm cov nroj tsuag.