Traditionelle zentralisierte Lösungen wie 1500 V haben 1000 V als Entwicklungstrend abgelöst. Mit der Entwicklung von zentralisierten Photovoltaikkraftwerken und Energiespeichern hin zu größeren Kapazitäten ist Gleichstrom mit hoher Spannung zur führenden technischen Lösung zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung geworden. Energiespeichersysteme mit einer Gleichstromspannung von 1500 V werden allmählich zum Trend. Die 1500-V-Energiespeichersystemlösung hat eine Gleichstromspannung von 1000 V-1500 V. Nehmen wir beispielsweise die Sun-Stromversorgungslösung: Die Energiedichte und Leistungsdichte des Batteriesystems werden im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen um mehr als 35 % erhöht. Für Kraftwerke mit gleicher Kapazität gibt es weniger Geräte, und die Kosten für Geräte wie Batteriesysteme, PCS, BMS und Kabel werden erheblich reduziert. Gleichzeitig werden auch die Kosten für Infrastruktur- und Grundstücksinvestitionen reduziert, und es wird geschätzt, dass die anfänglichen Investitionskosten um mehr als 10 % gesenkt werden können. Gleichzeitig hat sich jedoch die Spannung des 1500-V-Energiespeichersystems erhöht, was die Anzahl der in Reihe geschalteten Batterien erhöht hat, was die Kontrolle der Konsistenz schwieriger macht. Auch die Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung und des Schutzes vor Gleichstromlichtbogenrisiken sowie der Konstruktion elektrischer Isolierungen sind strenger geworden.
Verteilte Lösungen sind am effizientesten und ihr Marktanteil dürfte rasch steigen. Im Vergleich zu zentralisierten technischen Lösungen wird die DC-Seite des Batterieclusters über einen verteilten Stringwechselrichter parallel geschaltet, der parallel auf die AC-Seite umgeschaltet wird. Dies vermeidet die Probleme des Parallelschleifenstroms, des Kapazitätsverlusts und des Risikos eines Gleichstromlichtbogens, wenn die DC-Seite parallel geschaltet ist, und verbessert die Betriebssicherheit. Gleichzeitig ändert sich die Regelgenauigkeit von mehreren Batterieclustern zu einem einzigen Batteriecluster, was effizienter ist.
Die Die intelligente String-Lösung verwendet eine Steuerungsstrategie aus einem Cluster, einer Verwaltung, einem Paket und einer Optimierung, die Huawei erstmals eingeführt hat. Die Features der intelligenten String-Lösung sind:
- Besaitung: Energieoptimierer werden eingesetzt, um eine Verwaltung auf Zellmodulebene zu erreichen, Zellcluster-Controller dienen zum Ausgleich zwischen Clustern und verteilte Klimaanlagen reduzieren die Temperaturunterschiede zwischen Clustern.
- Klug: Fortschrittliche IKT-Technologien wie KI und Cloud-BMS werden im Szenario der internen Kurzschlusserkennung eingesetzt, KI wird zur Vorhersage des Batteriestatus verwendet und eine intelligente Temperaturregelungsstrategie mit Mehrfachmodellverknüpfung wird genutzt, um einen optimalen Lade- und Entladestatus sicherzustellen.
- Modularisierung: Das Batteriesystem ist modularisiert, und fehlerhafte Module können einzeln abgeschaltet werden, ohne den regulären Betrieb anderer Module im Cluster zu beeinträchtigen. Das PCS ist modularisiert, sodass bei Ausfall eines einzelnen PCS die anderen weiterarbeiten können und das System bei Ausfall mehrerer PCS weiterhin betrieben werden kann.
Die Die Hochspannungskaskadenlösung vermeidet Parallelschaltungen und verbessert die Systemleistung. Die Hochspannungskaskadenlösung verwendet die Topologie eines SVG, um über mehrere in Reihe geschaltete Zellen direkt eine Wechselspannung von 6 kV/10 kV/35 kV zu erreichen, wodurch ein Transformator überflüssig wird. Die Vorteile sind wie folgt:
- Sicherheit: Im System gibt es keine Parallelschaltung von Zellen. Wenn einige Zellen beschädigt sind, ist der Umfang des Austauschs gering, die Auswirkungen sind gering und die Wartungskosten sind niedrig.
- Konsistenz: Das Fehlen paralleler Strukturen vermeidet Probleme mit der Batteriezirkulation. Die interne Ausgleichsregelung zwischen den Zellen im Batteriecluster wird durch das BMS erreicht, wodurch die Nutzung der Zellkapazität maximiert werden kann. Bei gleicher netzgekoppelter Leistung auf der Wechselstromseite können weniger Zellen installiert werden, was die Anfangsinvestition reduziert.
- Hohe Effizienz: Da das System nicht mit parallel geschalteten Zellen/Batterieclustern arbeitet, gibt es keinen Kurzschlusseffekt. Die Systemlebensdauer entspricht ungefähr der Lebensdauer einer einzelnen Zelle, was die Wirtschaftlichkeit des Energiespeichers maximiert. Das System benötigt keinen Aufwärtstransformator und die Systemzykluseffizienz vor Ort kann 90 % erreichen.
Die Die verteilte Lösung verbessert die Sicherheit durch Gleichstromisolierung. Zusätzlich zur herkömmlichen zentralisierten Lösung wird am Ausgang des Batterieclusters ein DC/DC-Wandler hinzugefügt, um den Batteriecluster zu isolieren. Nach der Erfassung wird der DC/DC-Wandler an die DC-Seite des zentralisierten PCS angeschlossen, und 2 bis 4 PCS werden parallel an einen lokalen Transformator angeschlossen. Nach der Verstärkung durch den Transformator wird der Strom an das Netz angeschlossen. Durch die Hinzufügung einer DC/DC-Isolierung im System werden Gleichstromlichtbögen, Kreisströme und Kapazitätsverluste vermieden, die sonst bei parallel geschalteten Gleichstromkreisen auftreten würden, wodurch die Systemsicherheit und damit die Effizienz erheblich verbessert werden. Da das System jedoch zwei Umkehrstufen durchlaufen muss, wirkt sich diese Umkehrung auf die Systemleistung aus.
Inhaltsverzeichnis
Energiespeichersystem: Sicherheit gewährleisten und Effizienz verbessern
- Klassifizierung von Energiespeichersystemen: Zentralisiert, Verteilt, Intelligenter String, Hochspannungskaskade, Verteilt-Zentralisiert
- Technische Routen zur Energiespeicherung Fokus auf Sicherheit, Kosten und Effizienz
Technologieweg zur Integration von Energiespeichern: Topologielösungen iterieren schrittweise
- Zentralisierte Lösung: 1500V ersetzt 1000V als Trend
- Verteilte Lösung: Hocheffiziente, ausgereifte Lösung
- Intelligente String-Lösung: Ein Paket, eine Optimierung, ein Cluster, ein Management
- Hochspannungskaskadenlösung: Eine effiziente Lösung ohne Parallelstruktur
- Verteilte Lösung: DC-Isolierung + zentraler Wechselrichter
- Zusammenfassung: Vergleich der Technologierouten
Energiespeichersystem: Sicherheit gewährleisten und Effizienz verbessern
Ein elektrochemisches Energiespeichersystem besteht aus zwei Hauptteilen: der Gleichstromseite und der Wechselstromseite. Die Gleichstromseite ist das Batteriefach, das Geräte wie Batterien, Temperaturregelung, Brandschutz, eine Combiner-Box und einen Behälter enthält. Die Wechselstromseite ist das elektrische Fach, das einen Energiespeicherkonverter, einen Transformator und einen Behälter enthält. Die Batterien auf der Gleichstromseite erzeugen Gleichstrom (DC). Um mit dem Stromnetz interagieren zu können, muss Gleichstrom über einen Konverter in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden.
Klassifizierung von Energiespeichersystemen: zentralisiert, verteilt, intelligenter String, Hochspannungskaskade, dezentral
Große Energiespeicher lassen sich anhand ihres elektrischen Aufbaus in folgende Kategorien unterteilen:
Zentralisiert: ein zentralisiertes, netzgekoppeltes Energiespeichersystem mit niedriger Spannung und hoher Leistungssteigerung, bei dem mehrere Batteriecluster parallel geschaltet und dann an ein PCS angeschlossen werden. Das PCS strebt hohe Leistung und hohe Effizienz an, und derzeit wird eine 1500-V-Lösung gefördert.
Verteilen: Netzgekoppeltes Energiespeichersystem mit niedriger Spannung und geringem Stromverbrauch, verteiltem Boost. Jeder Batteriecluster ist mit einer PCS-Einheit verbunden und das PCS verwendet eine verteilte Anordnung mit geringem Stromverbrauch.
Intelligente Zeichenfolge: Basierend auf der Architektur eines verteilten Energiespeichersystems werden innovative Technologien wie Energieoptimierung auf Batteriemodulebene, Energiesteuerung für einzelne Batteriecluster, digitales intelligentes Management und ein vollständig modularisiertes Design eingesetzt, um eine effizientere Anwendung des Energiespeichersystems zu erreichen.
Hochvolt-Kaskaden-Hochleistungs-Energiespeichersystem: Die Batterie ist in einem einzigen Cluster ohne Transformator über einen Wechselrichter verbunden und direkt mit dem Stromnetz auf einem Spannungsniveau von 6/10/35 kV oder höher verbunden. Die Kapazität einer einzelnen Einheit kann 5 MW/10 MWh erreichen.
Verteilt: Die DC-Seite ist parallel mit mehreren Zweigen verbunden. Am Ausgang des Batterieclusters wird ein DC/DC-Wandler hinzugefügt, um den Batteriecluster zu isolieren. Der DC/DC-Wandler wird nach der Sammlung an die zentrale PCS-DC-Seite angeschlossen.
Der iterative Prozess der Energiespeichertechnologie dreht sich um Sicherheit, Kosten und Effizienz.
Sicherheit, Kosten und Effizienz sind die wichtigsten Themen, die bei der Entwicklung von Energiespeichern berücksichtigt werden müssen. Der Kern der Iteration der Energiespeichertechnologie besteht auch darin, die Sicherheit zu verbessern, die Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern.
(1) Sicherheit
Die Sicherheit von Energiespeicherkraftwerken ist das größte Anliegen der Branche. Zu den potenziellen Sicherheitsrisiken von elektrochemischen Energiespeicherkraftwerken zählen elektrische Brände, Batteriebrände, Wasserstoffexplosionen im Brandfall und Systemanomalien. Die Ursachen für Sicherheitsprobleme bei Energiespeicherkraftwerken können in der Regel auf thermisches Durchgehen in den Batterien zurückgeführt werden. Die Auslöser für thermisches Durchgehen sind mechanischer Missbrauch, elektrischer Missbrauch und thermischer Missbrauch. Um Sicherheitsprobleme zu vermeiden, muss der Zustand der Batterien streng überwacht werden, um die Auslöser für thermisches Durchgehen zu vermeiden.
(2) Hohe Effizienz
Die Konsistenz der Batteriezellen ist ein Schlüsselfaktor für die Systemeffizienz. Die Konsistenz der Batteriezellen hängt von der Qualität der Batteriezellen ab, die Energiespeichertechnologie-Lösung, und die Betriebsumgebung der Batteriezellen. Mit zunehmender Zyklenzahl der Batteriezellen werden die Unterschiede zwischen den Batteriezellen allmählich deutlich. In Kombination mit den Unterschieden in der tatsächlichen Betriebsumgebung während des Betriebs werden die Unterschiede zwischen mehreren Batteriezellen noch verschärft, was das Konsistenzproblem verdeutlicht, eine Herausforderung für das BMS-Management darstellt und sogar ein Sicherheitsrisiko darstellt.
- Fehlanpassung der Batteriemodule in Reihe: Die verfügbare Kapazität der in Reihe geschalteten Zellen kann nur die Kapazität des schwächsten Batteriemoduls erreichen, wodurch es unmöglich wird, die Kapazität der anderen Batterien voll auszunutzen.
- Fehlanpassung der Batteriecluster parallel: Die verfügbare Kapazität der parallel geschalteten Batteriecluster kann nur die Kapazität des schwächsten Batterieclusters erreichen, wodurch es unmöglich wird, die Kapazität der anderen Batterien voll auszunutzen.
- Unterschiede im Innenwiderstand der Batterie führen zu Zirkulationen: Durch die Batteriezirkulation steigt die Temperatur der Batteriezellen, was die Alterung beschleunigt, die Wärmeableitung des Systems erhöht und die Systemleistung verringert.
Im Entwurfs- und Betriebsplan des Energiespeicherkraftwerks sollte die Batteriekonsistenz so weit wie möglich verbessert werden, um die Systemleistung zu steigern.
(3) Niedrige Kosten
Die Kosten eines kostengünstigen Energiespeichersystems hängen von der Anfangsinvestition und der Lebensdauer ab. Die Alterung und Verschlechterung der Batteriematerialien, das Lade- und Entladeverfahren, die Betriebstemperatur der Batterie und die Konsistenz der einzelnen Zellen wirken sich alle auf die Lebensdauer der Batterie aus. Wenn der Temperaturunterschied zwischen den Batterien im Behälter mehr als 10 Grad beträgt, führt dies zu einer Verkürzung der Batterielebensdauer um mehr als 15 %. Unterschiede im Temperaturanstieg zwischen Modulen führen ebenfalls zu einer Verkürzung der Gesamtlebensdauer des Systems. Das Energiespeichersystem sollte die Lebensdauer des Systems verbessern, indem es die Lade- und Entlademethoden optimiert, den Temperaturunterschied zwischen den Systemen verringert und die Konsistenz der Batterien verbessert.
Technologieroute zur Integration von Energiespeichern
Zentralisierte Lösung: 1500V ersetzt 1000V als Trend
Mit der Entwicklung von zentralisierten Photovoltaikkraftwerken und Energiespeichern hin zu größeren Kapazitäten ist Gleichstrom-Hochspannung zur wichtigsten technischen Lösung zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung geworden. Energiespeichersysteme mit einer auf 1500 V erhöhten Gleichstromspannung werden allmählich zum Trend. Im Vergleich zum herkömmlichen 1000-V-System erhöht das 1500-V-System die Spannungsfestigkeit von Komponenten wie Kabeln, BMS-Hardwaremodulen und PCS von nicht mehr als 1000 V auf nicht mehr als 1500 V. Die 1500-V-technische Lösung für Energiespeichersysteme kommt von PV-Systemen. Laut CPIA-Statistiken beträgt der Marktanteil von inländischen PV-Systemen mit einer Gleichstromnennspannung von 1500 V im Jahr 2021 etwa 49.4 % und wird voraussichtlich in Zukunft schrittweise auf fast 80 % steigen. Ein 1500-V-Energiespeichersystem wird dazu beitragen, die Kompatibilität mit PV-Systemen zu verbessern.
Rückblickend auf die Entwicklung von Photovoltaiksystemen kann eine Erhöhung der Gleichstromspannung auf 1500 V die Leitungsverluste auf der Wechsel- und Gleichstromseite sowie die Verluste in den Niederspannungswicklungen des Transformators durch Verwendung höherer Eingangs- und Ausgangsspannungspegel verringern. Dies verbessert die Effizienz des Kraftwerksystems, erhöht die Leistungsdichte der Geräte (Wechselrichter, Transformatoren), verringert die Größe und reduziert den Arbeitsaufwand in Bezug auf Transport und Wartung, was sich positiv auf die Senkung der Systemkosten auswirkt. Nehmen wir als Beispiel die 1500 auf den Markt gebrachte 2016-V-Photovoltaiksystemlösung von TBEA. Im Vergleich zum herkömmlichen 1000-V-System ist die Effizienz des 1500-V-Systems um mindestens 1.7 % verbessert, die Anfangsinvestition um 0.1438 Yuan/W reduziert, die Anzahl der Geräte um 30–50 % reduziert und die Inspektionszeit um 30 % verkürzt.
Vergleich von 1500-V-Energiespeichersystemlösungen Die 1000-V-Lösung weist ebenfalls eine verbesserte Leistung auf. Nehmen wir die Lösung von Sungrow als Beispiel: Im Vergleich zum 1000-V-System haben sich die Energiedichte und die Leistungsdichte des Batteriesystems um mehr als 35 % erhöht. Für ein Kraftwerk mit der gleichen Kapazität gibt es weniger Geräte, und die Kosten für Batteriesystem, PCS, BMS, Kabel und andere Ausrüstung sind ebenso stark reduziert wie die Investitionskosten für Infrastruktur und Grundstück. Es wird geschätzt, dass sich die anfänglichen Investitionskosten eines 1500-V-Energiespeichersystems im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen um mehr als 10 % reduzieren. Gleichzeitig erhöht die erhöhte Spannung des 1500-V-Energiespeichersystems jedoch die Anzahl der in Reihe geschalteten Batterien, wodurch die Konsistenzkontrolle schwieriger wird. Anforderungen wie Prävention und Schutz vor dem Risiko von Gleichstromlichtbögen und elektrische Isolierung sind ebenfalls höher.
Verteilte Lösung: hohe Effizienz und ausgereifte Lösung
Die verteilte Lösung wird auch als mehrzweigige Parallelschaltung auf der Wechselstromseite bezeichnet. Im Vergleich zur zentralisierten technischen Lösung verbindet die verteilte Lösung die Gleichstromseiten der Batteriecluster über verteilte Stringwechselrichter parallel, um eine Parallelschaltung auf der Wechselstromseite zu bilden. Dadurch werden der Parallelschleifenstrom, der Kapazitätsverlust und das Risiko eines Gleichstromlichtbogens vermieden, die durch die Parallelschaltung der Gleichstromseiten entstehen, und die Betriebssicherheit verbessert. Gleichzeitig ändert sich die Steuerungsgenauigkeit von mehreren Batterieclustern zu einem einzigen Batteriecluster, was effizienter ist.
| Verteilt | Zentrale | |
| Modularer Systemaufbau | Das PCS ist modular aufgebaut und gewährleistet eine hohe Systemverfügbarkeit | Kein modulares Design, PCS-Ausfall betrifft den gesamten Container |
| Anforderungen an die Batterieleistung | Geringe Anforderungen an die Batterieleistung, verschiedene Zweige unterstützen die gemischte Verwendung neuer und alter Batterien, wodurch der Barrel-Effekt vermieden wird, und das Energiespeichersystem maximiert das Laden und Entladen, wodurch eine stufenweise Wiederaufladung der Energie erreicht werden kann. | Das Mischen von neuen und alten Batterien ist nicht möglich, da der Unterschied im Innenwiderstand zwischen neuen und alten Batterien zu Zirkulation führt, die Hitze erzeugt und die Alterung neuer Batterien beschleunigt. |
| Temperaturkontrolle | Einzelcluster-Wärmemanagement zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Temperaturfelds innerhalb des Clusters | Der Temperaturunterschied im Container kann bis zu 10 Grad betragen, was sich auf die Lebensdauer des Akkupacks auswirkt, da die Wärme zentral über 1-2 Klimaanlagen abgeführt wird |
| Entladungskapazität | Durch ein mehrstufiges Design wird der Betrieb jedes Batterieclusters individuell gesteuert, wodurch ein Kapazitätsverlust durch Zirkulation vermieden und die Entladekapazität über den Lebenszyklus hinweg erhöht wird. | Die Batteriecluster sind direkt parallel geschaltet, und der Unterschied zwischen den Clustern verringert die verfügbare Kapazität des Systems zur Gleichstrombegrenzung. |
Intelligente String-Lösung
Die von Huawei vorgeschlagene intelligente String-Lösung behebt drei wesentliche Probleme zentralisierter Lösungen:
(1) Kapazitätsdämpfung: Bei herkömmlichen Lösungen kommt es beim Batteriegebrauch zu einem erheblichen „Kurzschlusseffekt“. Batteriemodule sind parallel geschaltet. Beim Laden wird eine Batteriezelle vollständig geladen und der Ladevorgang wird gestoppt. Beim Entladen wird eine Batteriezelle entladen und der Entladevorgang wird gestoppt. Die Gesamtlebensdauer des Systems hängt von der Batterie ab, die die kürzeste Lebensdauer hat.
(2) Kohärenz: Beim Betrieb von Energiespeichersystemen kommt es aufgrund unterschiedlicher spezifischer Umgebungen zu Abweichungen in der Batteriekonsistenz, was zu einer exponentiellen Abnahme der Systemkapazität führt.
(3) Kapazitätsinkongruenz: Bei der Parallelschaltung von Batterien kann es leicht zu einer Kapazitätsfehlanpassung kommen, bei der die tatsächlich nutzbare Kapazität der Batterie viel geringer ist als die Standardkapazität.
Die intelligente String-Lösung löst die oben genannten drei Probleme der zentralisierten Lösung durch ein starkes, intelligentes und modulares Design:
(1) Zeichenfolge: Einsatz von Energieoptimierern zur Verwaltung von Batteriemodulen, Zellcluster-Controllern zum Ausgleich der Zellverhältnisse und verteilter Klimatisierung zur Reduzierung von Zelltemperaturunterschieden.
(2) Intelligent: Fortschrittliche IKT-Technologien wie KI und Cloud-BMS werden im Szenario der internen Kurzschlusserkennung eingesetzt, KI wird zur Vorhersage des Batteriestatus verwendet und eine mit mehreren Modellen verknüpfte intelligente Temperaturregelungsstrategie wird genutzt, um einen optimalen Lade- und Entladestatus sicherzustellen.
(3) Modularisierung: Das Batteriesystem ist modularisiert, und fehlerhafte Module können einzeln abgeschaltet werden, ohne den regulären Betrieb anderer Module im Cluster zu beeinträchtigen. Das PCS ist modularisiert, sodass bei Ausfall eines einzelnen PCS die anderen PCS weiterarbeiten können und das System bei Ausfall mehrerer PCS betriebsbereit bleibt.
| Abmessungen | Intelligente String-Energiespeicherlösungen | Herkömmliche zentralisierte Energiespeicherlösungen |
| Höhere Entladung | Höhere Entladekapazität. Einsatz eines Energieoptimierers auf Batteriemodulebene, um Kapazitätsverluste durch Fehlanpassung zu vermeiden und die Entladekapazität während des Lebenszyklus um mehr als 6 % zu erhöhen: Einsatz eines intelligenten Einzelcluster-Batteriecluster-Controllers, um Kapazitätsverluste durch Schleifenstrom zu vermeiden und die Entladekapazität während des Lebenszyklus um mehr als 7 % zu erhöhen. | Es gibt kein Design zum Ausgleichen der Batteriemodule, keine Optimierung zwischen den Batteriemodulen innerhalb des Clusters und keine vollständige Entladung. Ein Modulaustausch erfordert eine manuelle Ausgleichsanpassung. Die Batteriecluster sind direkt parallel geschaltet und es gibt keine Clusterspannungsregelung. Die Unterschiede zwischen den Clustern verringern die verfügbare Kapazität. |
| Bessere Investition | Durch die Einführung einer voreingestellten Installation mit hoher Dichte können die Lieferkosten vor Ort um 1 bis 3 Cent/h gesenkt werden. Durch die Einführung einer Einzelclusterverwaltung kann die anfängliche Batteriekonfiguration um mehr als 5 % reduziert werden. Durch die Einführung des Nachfüllmodus kann die anfängliche Batteriekonfiguration im Vergleich zur herkömmlichen zentralisierten Lösung um mehr als 30 % reduziert werden, wodurch geringere Anschaffungskosten erzielt werden. | Die Anfangs- und Gesamtinvestition ist hoch, die Energie kann nicht aufgefüllt werden und muss zunächst um 60–70 % überzuplanen. |
| Intelligente Temperaturkontrolle | Dank einer intelligenten Temperaturkontrollfunktion beträgt der Temperaturanstieg im Behälter <5℃ @1C, was eine Lebensdauer von 15 Jahren garantiert. | Im Behälter wird die Wärmeableitung über 1–2 Klimaanlagen zentralisiert und der Unterschied im Temperaturanstieg kann bis zu 10 °C betragen, was die Lebensdauer des Akkupacks beeinflusst. |
| Gemischte Verwendung von alten und neuen Batterien | Es unterstützt die gemischte Verwendung alter und neuer Batterien, vermeidet den Fasseffekt, maximiert das Laden und Entladen des Energiespeichersystems und ermöglicht einen stufenweisen Auflademodus. | Das direkte Mischen von alten und neuen Batterien wird nicht unterstützt. Das Energiespeichersystem kann das Laden und Entladen nicht maximieren. Der Unterschied zwischen dem Innenwiderstand der alten und neuen Batterien wird durch die Zirkulation verursacht, die Wärme mit sich bringt und die Alterung der neuen Batterie beschleunigt. |
| Minimaler Betrieb und Wartungsaufwand | Automatische Optimierung des Ladens und Entladens neuer Batterien, keine manuelle Anpassung der Backup-Batterie, Stationsbetrieb und Wartungspersonal zum direkten Austausch des Batteriemoduls erforderlich; Reduzierung der damit verbundenen Betriebs- und Wartungskosten um mehr als 90 | Erfordert, dass Experten manuell zur Station gehen, um den SOC der Ersatzbatterien anzupassen und sie auszutauschen. |
| AI interne Kurzschlusserkennung | Plötzliche interne Kurzschlüsse können durch einen Algorithmus zur Erkennung schwerer Kurzschlüsse erkannt werden und abgeleitete interne Kurzschlüsse können durch einen A1-Ausreißer-Algorithmus erkannt werden. | Interne Kurzschlüsse sind schwer zu erkennen und es besteht Brandgefahr. Höchste Sicherheit. |
Hochvolt-Kaskadenlösung: eine hocheffiziente Lösung ohne Parallelstruktur
Die kaskadierte Hochspannungs-Energiespeicherlösung verwendet Leistungselektronik, um eine netzgekoppelte Spannung von 6-35 kV zu erreichen, ohne einen Transformator zu verwenden. Am Beispiel der 35-kV-Lösung von Xinfengguang ist ein einzelnes Energiespeichersystem ein 12.5-MW/25-MWh-System, und die elektrische Struktur des Systems ähnelt der eines Hochspannungs-SVG und besteht aus drei Phasen: A, B und C. Jede Phase enthält 42 H-Brücken-Leistungseinheiten, die mit 42 Batterieclustern gepaart sind. Die drei Phasen haben insgesamt 126 H-Brücken-Leistungseinheiten und 126 Batteriecluster, die insgesamt 25.288 MWh Strom speichern. Jeder Batteriecluster enthält 224 in Reihe geschaltete Zellen.
Die Vorteile der Hochvolt-Kaskadenlösung sind:
(1) Sicherheit: Da im System keine Zellen parallel geschaltet sind, ist bei einer Beschädigung einiger Batterien die Möglichkeit eines Austauschs gering, die Auswirkungen sind klein und die Wartungskosten niedrig.
(2) Kohärenz: Die Batteriepacks sind nicht direkt verbunden, sondern nach AC/DC, sodass alle Batteriepacks zum SOC-Ausgleich über AC/DC gesteuert werden können. Im Batteriepack befinden sich nur einzelne Zellcluster, und es gibt keine Parallelschaltung von Zellclustern, sodass es kein Problem mit der Stromverteilung gibt. Innerhalb des Batterieclusters wird die Zellausgleichssteuerung über das BMS erreicht. Diese Lösung maximiert daher die Nutzung der Zellkapazität. Bei gleicher netzgekoppelter Leistung auf der AC-Seite können weniger Zellen installiert werden, was die Anfangsinvestition reduziert.
(3) Hohe Effizienz: Da das System nicht parallel zu den Zellen/Batterieclustern arbeitet, gibt es keinen Kurzschlusseffekt und die Systemlebensdauer entspricht ungefähr der Lebensdauer einer einzelnen Zelle, was die Wirtschaftlichkeit des Energiespeichergeräts maximiert. Das System benötigt keinen Boost-Transformator und die Systemzykluseffizienz vor Ort kann 90 % erreichen.
Bei der Hochspannungskaskadenlösung handelt es sich um einen neuen technischen Ansatz, der noch verifiziert und einsatzbereit sein muss.
(1) Technische Aspekte: Jede Phase der Hochspannungskaskadenlösung hat 35 kV und die elektromagnetische Umgebung ist rau, was höhere Anforderungen an die BMS-Steuerung stellt. Die Hochspannungskaskadenlösung ist auf der Wechselstromseite parallel geschaltet, wobei mehrere H-Brücken für den Anschluss ausgewählt werden. ABC-Dreiphasenwechselstrom mit mehreren in Reihe geschalteten H-Brücken für jede Phase verringert die Zuverlässigkeit. Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, ist ein redundantes Design erforderlich. Eine bestimmte H-Brücke kann bei einem Ausfall auf den Bypass-Schaltkreis umgeschaltet werden.
(2) Funktionsweise: Im 35kV Energiespeichersystem ist der DC und AC-Seiten sind an der gleichen Stelle platziert, was den Betrieb und die Wartung erschwert und ein Risiko darstellt gewisse Sicherheitsrisiken. Die Verbreitungsrate von Hochspannungskaskadenlösungen ist noch relativ gering und Zuverlässigkeit und Stabilität müssen durch mehrere Projekte überprüft werden.
| Hochspannungskaskadenlösung | Traditionelle Lösung | |
| Maximale Umwandlungseffizienz | 98.50% | 97% |
| Netzqualität | THDv: <1 % THDi: <3 % | THDv: <3 % THDi: <5 % |
| Standalone-Kapazität | Bis zu 12 MW | Bis zu 1 MW, im Allgemeinen 500 kW |
| Reaktionszeit | Etwa 100ms | |
| Zuverlässigkeit | Redundante Ausführung, Fehlerumgehung | Ausfallsichere Abschaltung |
| Batterienutzung | Zweistufiges aktives Balancing, hohe Batterieauslastung | Kein aktives Balancing, geringe Auslastung |
Verteilte Lösung: DC-Isolierung + zentraler Wechselrichter
Die verteilte Lösung wird auch als DC-seitige Parallelschaltung mehrerer Zweige bezeichnet. Basierend auf der traditionellen zentralisierten Lösung wird am Ausgang des Batterieclusters ein DC/DC-Wandler hinzugefügt, um den Batteriecluster zu isolieren. Der DC/DC-Wandler wird nach der Sammlung an die DC-Seite des zentralisierten PCS angeschlossen. 2 bis 4 PCS werden parallel an einen lokalen Transformator angeschlossen, der dann nach Verstärkung durch den Transformator an das Netz angeschlossen wird. Durch die Hinzufügung einer DC/DC-Isolierung im System werden DC-Lichtbögen, Zirkulationsströme und Kapazitätsverluste vermieden, die durch die DC-Parallelschaltung verursacht werden, wodurch die Systemsicherheit und damit die Systemleistung erheblich verbessert werden. Da das System jedoch zwei Inversionsstufen durchlaufen muss, hat dies einen gegenteiligen Effekt auf die Systemleistung.
Zusammenfassung: Vergleich technischer Routen
| Zentrale | Verteilt | Intelligente Zeichenfolge | Hochspannungskaskadierung | Verteilt | |
| Leistungsumwandlung | Level 1 | primär | Zweistufig | 6 kV/10 kV/35 kV Wechselstrom | zweistufig |
| Serien-Parallelschaltung | DC parallel | AC-seitige Parallelschaltung | DC-seitige Parallelschaltung | Direktaufhängung | DC-seitige Parallelschaltung |
| DC-Trennung | Nein | mit | mit | nur Reihenschaltung, keine Parallelschaltung | mit |
| Kontrollgenauigkeit | Mehrere Batteriecluster | einzelne Batteriecluster | einzelner Batteriecluster | / | einzelne Zellhaufen |
| Schutz vor Bedrohungen | Bei langfristigem Betrieb gibt es eine erhebliche Inkonsistenz zwischen den zentralisierten Zellen und Batterieclustern | vermeidet parallele Kreisströme, Kapazitätsverluste und die Gefahr von Gleichstromlichtbögen durch Parallelschaltung auf der Gleichstromseite | ist batteriekompatibler und kann ein Paket, eine Optimierung und einen Cluster, eine Verwaltung erreichen. | Einzelbatterie-Clustersystem, keine Parallelschaltung, kein Stromverteilungsproblem, bessere Batteriekonsistenz | vermeidet Gleichstromlichtbögen, Kreisströme und Kapazitätsverlust |
| Wirkungsgrad | 87.80% | 90% |
2 Gedanken zu „Technologische Trends bei der Integration großer Energiespeicheranlagen“
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