Hvis der er uklarheder i denne artikel, bedes du se den originale engelske version.

BESS: En løsning til proaktiv energistyring

Af Andrey Solovev

Udvidelsen af vedvarende energikilder og en global tendens til et effektivt energiforbrug har øget interessen for energilagringsløsninger og især batterilagringssystemer. Ved at læse denne artikel kan du få indsigt i hvad disse systemer er, og hvilke fordele de har ved at bruge dem.

En BESS: Hvad ligger bag den?

Et batterilagringssystem (BESS) er en kompleks løsning, der gør brug af genopladelige batterier til at lagre energi og frigive den på et senere tidspunkt. BESS-typerne svarer til elektrokemien eller det batteri, de anvender - systemerne kan være baseret på lithium-ion-, bly-syre-, nikkel-cadmium-, natrium-svovl- og flow-batterier. Et energilagringssystem (ESS) er et bredere begreb, og det kan bygge på en række andre teknologier end batterier, f.eks. vandkraft, svinghjul, trykluft og andre.

For at forstå, hvad en BESS er, og hvordan den fungerer, er det nyttigt at se på dens struktur og kerneelementer:

BATTERI

Elektrisk energi fra forskellige kilder, f.eks. sol, vind eller kraftværker, omdannes til kemisk energi under batteriopladningen. Den energi, der frigives fra batteriet under afladning, kan forsyne boliger, køretøjer, kommercielle bygninger og net. Batterier består af celler og kan være indrettet i moduler, pakker og beholdere.

BATTERISTYRINGSSYSTEM (BMS)

Et BMS sørger for sikker og korrekt drift af batteriet. Hver batteritype har bestemte opladnings- og afladningsbetingelser. Et BMS sørger for, at batteriet holder sig inden for det krævede strøm-, spændings- og temperaturområde. Ved at overvåge parametrene og vurdere batteriets opladningstilstand (SOC) og tilstand (SOH) sikrer et BMS pålidelig og langvarig ydeevne.

STRØMOMDANNELSESSYSTEM (STK)

Ved hjælp af et strømkonverteringssystem konverterer en BESS jævnstrøm (DC) til vekselstrøm (AC) og omvendt. AC strømmer fra en strømkilde og konverteres til DC under opladning af batteriet. Når batteriet er afladet, producerer den DC, som konverteres tilbage til den AC, der er nødvendig for at drive BESS-applikationer.

ENERGISTYRINGSSYSTEM (EMS)

Et EMS er en styreenhed i et batterilagringssystem. Den styrer den strøm, der er til rådighed i et BESS - dvs. hvornår, hvorfor og i hvilke mængder energien skal akkumuleres eller frigives. Et EMS samler elementerne i et BESS og optimerer dets overordnede ydeevne.

SIKKERHEDSSYSTEMER

Der kan være en lang række sikkerhedssystemer, som hver især har ansvaret for en specifik opgave. Et HVAC-system gør det f.eks. muligt for et BESS at opretholde den ønskede temperatur og luftfugtighed ved hjælp af opvarmning, ventilation og aircondition. Et brandsikringssystem kan registrere røg og forhindre brandulykker.

Diagram over en typisk BESS-strukturFigur 1: En typisk BESS-struktur. (Billedkilde: Integra Sources LLC)

Hvad kan en BESS gøre?

Hvert år forsyner batteriplagringssystemer tusindvis af hjem, virksomheder, fabrikker og samfund verden over med strøm. Disse systemer varierer i størrelse og lagerkapacitet.

Tesla Powerwall har f.eks. 13,5 kWh brugbar kapacitet og er en kompakt enhed, der kan fungere som en kilde til uafbrudt strømforsyning for en enkelt husstand. Med sin samlede kapacitet på 1.600 MWh kan Vistra Moss Landing Energy Storage Facility (verdens største BESS) levere energi til 300.000 hjem.

På trods af forskellen i størrelse og kapacitet kan BESS dog opfylde lignende funktioner og løse lignende problemer. Lad os se på de tilfælde, hvor batterilagring kan komme i spil.

Integration af vedvarende energi

BESS kan udnytte sol- og vindenergi effektivt på alle tidspunkter og i al slags vejr. Genopladelige batterier kan lagre overskydende energi, der genereres af intermitterende vedvarende energikilder. Senere kan denne energi distribueres i overensstemmelse med brugernes behov.

Når vedvarende energikilder integreres med batterilagringsløsninger, kan de erstatte fossile brændstoffer og tilbyde billig og ren energi til en lang række forskellige anvendelser. Integrering af vedvarende energi er udbredt i:

  • sol- og vindmølleparker
  • samfund uden netadgang og isolerede samfund (øer og svært tilgængelige områder)
  • energilagringsenheder til hjemmet kombineret med solpaneler (f.eks. Powerwall)

Bortset fra off-grid-systemer kan en BESS i høj grad støtte on-grid- og hybridløsninger til private, kommercielle og industrielle formål.

Billede af sol- og vindmølleparkerFigur 2: Batterilagringssystemer anvendes i vid udstrækning i sol- og vindmølleparker. (Billedkilde: Integra Sources LLC)

Arbitrage på energiområdet

Der er en positiv sammenhæng mellem efterspørgslen efter elektricitet og prisen på den. Energiprisen stiger i spidsbelastningsperioder og falder, når efterspørgslen falder. Energibarbitrage, alias tidsforskydning, er det, som forbrugerne kan anvende ved hjælp af et batterilagringssystem.

Ved at oplade batteriet i perioder uden for spidsbelastningsperioder kan forbrugerne købe billig energi og lagre den i deres BESS. Derefter kan de vente, indtil elprisen stiger, og aflade batteriet for enten at bruge billig energi eller sælge den til elnettet.

Husholdninger og virksomheder kan således forvalte energiressourcerne effektivt og reducere deres omkostninger.

Styring af belastning

Energiforbruget varierer i løbet af dagen og afhængigt af sæsonen - der er spidsbelastnings- og lavsæsonperioder. En BESS giver brugerne mulighed for at navigere mellem disse perioder, justere energiforbruget og spare på eludgifterne.

Peak shaving er en af de mest populære BESS-anvendelsesmuligheder inden for belastningsstyring. Det drejer sig om at reducere strømforbruget i spidsbelastningsperioder. Samtidig kan forbrugerne reducere deres udgifter ligesom med energiarbitrage.

En løsning med batterilagring kan hjælpe med at undgå spidsbelastninger på elnettet og dermed strømafbrydelser og andre nødsituationer. Ved at aflade den lagrede energi aflaster en BESS nettet og leverer strøm uden afbrydelse.

Sort start

En BESS kan hjælpe kraftværker og elnet med at genoprette hurtigt efter strømafbrydelser. I stedet for at bruge en dieselgenerator kan forbrugerne bruge et batterilagringssystem - en billigere og grønnere løsning til sort start. En BESS kan fungere uafhængigt af netværksledningen og levere energi i den tid, der er nødvendig - fra minutter til timer.

Strømbesparelse

En BESS kan levere energi til boliger, virksomheder og andre faciliteter og sikre deres kontinuerlige drift. Dette er af afgørende betydning for sundhedsinstitutioner og andre organisationer, der leverer tjenester i forbindelse med menneskers sundhed og sikkerhed. Afhængigt af lagerkapaciteten kan en BESS levere backupstrøm så længe som nødvendigt, selv i tilfælde af en alvorlig netfejl.

Styring af frekvens og spænding

Frekvens og spænding kan gå ud over deres driftsgrænser, hvis strømforsyningen er ude af synkronisering med det faktiske behov. Dette kan føre til strømsvigt og strømafbrydelser. En BESS kan sikre stabiliteten i et elnet eller et elsystem gennem spændings- og frekvensregulering. På grund af den hurtige reaktionstid bliver et batterioplagringssystem en effektiv løsning til balancering af nettet.

Mikronetværk

Mikronetværk er små elnet, der kan levere elektricitet til kommercielle bygninger, produktionsanlæg eller kvarterer, når de er forbundet til et større net. Autonome mikronetværk kan forsyne fjerntliggende områder og samfund, f.eks. øer, med strøm. Når det kombineres med et BESS og integreres med vedvarende energi, kan et mikronet fungere som et robust elsystem for flere brugere.

Diagram over mikronet kan fungere som et robust elsystemFigur 3: Et mikronet kan fungere som et robust elsystem for fjerntliggende områder og samfund, f.eks. øer. (Billedkilde: Integra Sources LLC)

Udskydelse af transmission og distribution

Transmissions- og distributionsledninger (T&D) er udsat for aldring og nedskrivning på grund af spidsbelastninger og overbelastninger. En batterilagringsløsning kan løse dette problem ved at overtage rollen som T&D-aktiver. En BESS kan tilbyde ekstra lagerkapacitet og afbalancere belastningerne og dermed udskyde opgraderingen af de eksisterende T&D-ledninger og opførelsen af ny infrastruktur. Det betyder, at du kan spare mange penge.

Hvor kan en BESS bedst anvendes?

BESS'er er baseret på teknologier til overkommelige priser, f.eks. er prisen på lithium-ion-batterier faldet med næsten 90 % i løbet af de sidste 10 år og vil falde yderligere. Batterilagringsløsninger har et bredt udvalg af konfigurationer, herunder lagerkapacitet og størrelse, så de kan passe til mange brancher og applikationer.

Disse applikationer kan opdeles i FTM-systemer (front-of-the-meter) eller systemer i forsyningsskala (den forbrugte energi måles af en elmåler) og BTM-løsninger (behind-the-meter) eller on-site-løsninger (den forbrugte energi kan ikke tilsluttes til et net og måles derfor af en elmåler). Her er en liste over FTM- og BTM BESS-applikationer (som bestemt ikke er komplet).

Anvendelser foran måleren

Batterilagringssystemer kan i høj grad bidrage til drift og vedligeholdelse af anlæg og udstyr i stor skala. En BESS kan tilbyde reservekapacitet og black-start-tjenester, give spændings- og frekvensstabilitet og spare penge gennem udskudt vedligeholdelse. FTM BESS-applikationer omfatter:

  • Nytteforsyningsnet
  • Understationer
  • Transmissions- og distributionsledninger
  • Kraftværker

Anvendelser bag måleren

BTM-systemer kan levere strøm til forbrugerne uden om elnettet. Sammen med grønne energikilder kan en BESS konstant støtte standalone kraftsystemer eller mikronetværk. Producenterne kan bruge batterilagring til strømbackup for at undgå nedetid på produktionsanlæggene. Ved at bruge BESS'er kan virksomheder og familier reducere elpriserne betydeligt ved hjælp af tidsforskydning af energi. BTM-batterilagringssystemer kan findes i:

  • Industri- og produktionsanlæg
  • Virksomheder
  • Husholdninger
  • Elektriske køretøjer
  • Marine systemer

Diagram over BESS-applikationerFigur 4: BESS-applikationer. (Billedkilde: Integra Sources LLC)

Giver det mening at bygge en BESS?

Det korte svar er ja, det gør det. Det længere svar kræver en vis præcisering.

Der er ingen tvivl om, at man ved at købe et færdigt BESS sparer masser af tid og nogle gange også penge. Hvis der ikke er særlige krav til systemet, kan der vælges en færdig løsning blandt de mange energilagringsprodukter, der findes på markedet. Når det er sagt, er der dog nogle grunde, der kan holde en forbruger tilbage fra at købe et produkt, f.eks:

  • specifikke kundekrav, herunder krav til forretningsnicher og driftsforhold
  • manglende ønskede funktioner eller unødvendige funktioner, der øger omkostningerne ved systemet
  • systemets ufuldstændighed og mangel på støtteudstyr
  • software af lav kvalitet
  • manglende garanti og vedligeholdelse efter garantien

Det kan være en kedelig proces at opbygge et batterilagringssystem, som kræver tid, penge og ekspertise. Men det giver mulighed for at skabe en meget skræddersyet løsning, der fuldt ud opfylder alle slutbrugerens krav.

En skræddersyet BESS kan give bedre funktionalitet, brugervenlighed, sikkerhed og cybersikkerhed. Ved at implementere avancerede BMS-algoritmer kan brugerne forbedre batteriets ydeevne og forlænge dets levetid. Ved at udvikle en skræddersyet løsning optimeres teknisk support, kundeservice og andre tjenester, der kan være nødvendige som enten slutbruger eller BESS-leverandør.

At designe et BESS af høj kvalitet kræver et team af fagfolk, der er velbevandret inden for batteriteknologier, effektelektronik, embeddedl software og hardwareudvikling. Det er vigtigt at organisere og harmonisere hver enkelt fase af produktudviklingen fra design til certificering og fremstilling. Ved at ansætte ingeniører med relevant ekspertise og erfaring kan man hjælpe med at opbygge et fuldt udviklet batterilagringssystem, der lever op til forbrugernes forventninger.

Alligevel er et tilpasset produkt ikke en mirakelkur. Det bør overvejes fra sag til sag at lave en skræddersyet BESS, og for nogle projekter vil en nøglefærdig løsning fungere bedst. Hvis du vil vide mere om skræddersyede BESS'er i forhold til standard BESS'er, kan du læse en større artikel om batterilagringssystemer på Integra Sources LLC's blogside. Her kan læserne få mere at vide om forskellige batteriteknologier og egenskaber, større BESS-producenter, alternative energilagringssystemer og andre relaterede oplysninger.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om denne forfatter

Andrey Solovev

Andrey Solovev is the co-founder and Chief Technology Officer of Integra Sources. He earned a Ph.D. in Physics and Mathematics at Altai State University.