Le soluzioni centralizzate tradizionali, come quelle a 1500 V, hanno sostituito quelle a 1000 V come tendenza di sviluppo. Con lo sviluppo di centrali fotovoltaiche centralizzate e sistemi di accumulo di energia con capacità sempre maggiori, l'alta tensione CC è diventata la soluzione tecnica principale per ridurre i costi e aumentare l'efficienza. I sistemi di accumulo di energia con una tensione laterale CC di 1500 V stanno gradualmente diventando la tendenza. La soluzione di accumulo di energia a 1500 V prevede una tensione laterale CC compresa tra 1000 V e 1500 V. Prendendo ad esempio la soluzione di alimentazione solare, la densità di energia e la densità di potenza del sistema a batterie aumentano di oltre il 35% rispetto alle soluzioni tradizionali. A parità di capacità della centrale, il numero di dispositivi è inferiore e i costi di componenti come sistemi a batterie, PCS, BMS e cavi si riducono significativamente. Anche i costi di investimento per infrastrutture e terreni si riducono contemporaneamente, con una stima di oltre il 10% dei costi di investimento iniziali. Tuttavia, l'aumento della tensione del sistema di accumulo di energia a 1500 V ha comportato un aumento del numero di batterie in serie, rendendo più difficile il controllo della stabilità. Anche i requisiti relativi alla prevenzione e alla protezione dal rischio di archi elettrici in corrente continua e alla progettazione dell'isolamento elettrico sono diventati più rigorosi.
Le soluzioni distribuite sono le più efficienti e si prevede che la loro quota di mercato aumenterà rapidamente. Rispetto alle soluzioni tecniche centralizzate, il lato CC del gruppo di batterie è collegato in parallelo tramite un inverter di stringa distribuito, che converte la corrente alternata in corrente alternata in parallelo. Ciò evita i problemi di corrente di loop in parallelo, perdita di capacità e rischio di archi elettrici in corrente continua, che si verificano quando il lato CC è collegato in parallelo, migliorando al contempo la sicurezza operativa. Allo stesso tempo, la precisione del controllo passa da più gruppi di batterie a un singolo gruppo, risultando più efficiente.
La soluzione di stringhe intelligenti utilizza una strategia di controllo basata su un unico cluster, un'unica gestione, un unico pacchetto e un'unica ottimizzazione, introdotta per la prima volta da Huawei. Le caratteristiche della soluzione di stringhe intelligenti sono le seguenti:
- Incordatura: Gli ottimizzatori energetici vengono utilizzati per ottenere la gestione a livello di modulo cellulare, i controllori di cluster di celle vengono utilizzati per ottenere il bilanciamento tra cluster e i condizionatori d'aria distribuiti riducono la differenza di temperatura tra cluster.
- Intelligente: Tecnologie ICT avanzate come l'intelligenza artificiale e il cloud BMS vengono applicate allo scenario di rilevamento di cortocircuiti interni, l'intelligenza artificiale viene utilizzata per prevedere lo stato della batteria e una strategia di controllo intelligente della temperatura con collegamento multi-modello viene utilizzata per garantire uno stato di carica e scarica ottimale.
- Modularizzazione: Il sistema di batterie è modularizzato e i moduli difettosi possono essere tagliati singolarmente senza compromettere il normale funzionamento degli altri moduli nel cluster. Il PCS è modularizzato in modo che quando un singolo PCS si guasta, gli altri possono continuare a funzionare e quando più PCS si guastano, il sistema può ancora funzionare.
La soluzione a cascata ad alta tensione evita il collegamento in parallelo e migliora l'efficienza del sistema. Adotta la topologia di un SVG (Self-Generator Generator) per ottenere direttamente un'alta tensione CA di 6 kV/10 kV/35 kV attraverso più celle collegate in serie, eliminando la necessità di un trasformatore. I vantaggi sono i seguenti:
- Sicurezza: Non c'è una connessione parallela di celle nel sistema. Se alcune celle sono danneggiate, l'ambito di sostituzione è limitato, l'impatto è piccolo e i costi di manutenzione sono bassi.
- Consistenza: L'assenza di strutture parallele evita problemi di circolazione della batteria. Il controllo del bilanciamento interno tra le celle nel cluster della batteria è ottenuto tramite il BMS, che può massimizzare l'utilizzo della capacità delle celle. È possibile installare meno celle con la stessa quantità di potenza collegata alla rete sul lato CA, riducendo l'investimento iniziale.
- Alta efficienza: Poiché il sistema non funziona con celle/gruppi di batterie in parallelo, non si verifica alcun effetto short board. La durata del sistema è approssimativamente uguale alla durata della singola cella, il che massimizza l'economia operativa del dispositivo di accumulo di energia. Il sistema non richiede un trasformatore elevatore e l'efficienza del ciclo di sistema in loco può raggiungere il 90%.
La soluzione distribuita migliora la sicurezza attraverso l'isolamento in corrente continua (CC). Oltre alla tradizionale soluzione centralizzata, un convertitore CC/CC viene aggiunto all'uscita del gruppo di batterie per isolarlo. Dopo la raccolta, il convertitore CC/CC è collegato al lato CC del PCS centralizzato e da 2 a 4 PCS sono collegati in parallelo a un trasformatore locale. Dopo essere stata elevata dalla tensione del trasformatore, l'energia viene immessa nella rete. L'aggiunta dell'isolamento CC/CC al sistema evita la formazione di archi elettrici, le correnti circolanti e le perdite di capacità che si verificherebbero altrimenti quando le correnti continue sono collegate in parallelo, migliorando significativamente la sicurezza del sistema e quindi l'efficienza. Tuttavia, poiché il sistema deve passare attraverso due fasi di inversione, questo processo inverso influisce sull'efficienza del sistema.
Sommario
Sistema di accumulo di energia: garantire la sicurezza e migliorare l'efficienza
- Classificazione del sistema di accumulo di energia: centralizzato, distribuito, stringa intelligente, cascata ad alta tensione, distribuito-centralizzato
- Percorsi tecnici per l'accumulo di energia: attenzione alla sicurezza, ai costi e all'efficienza
Percorso della tecnologia di integrazione dell'accumulo di energia: le soluzioni topologiche vengono gradualmente iterate
- Soluzione centralizzata: 1500 V sostituisce 1000 V come tendenza
- Soluzione distribuita: soluzione matura ad alta efficienza
- Soluzione intelligente per stringhe: un pacchetto, un'ottimizzazione, un cluster, una gestione
- Soluzione a cascata ad alta tensione: una soluzione efficiente senza struttura parallela
- Soluzione distribuita: isolamento DC + inverter centralizzato
- Riepilogo: Confronto dei percorsi tecnologici
Sistema di accumulo di energia: garantire la sicurezza e migliorare l'efficienza
Un sistema di accumulo di energia elettrochimica è costituito da due parti principali: il lato CC e il lato CA. Il lato CC è il vano batteria, che include apparecchiature quali batterie, controllo della temperatura, protezione antincendio, una scatola di combinazione e un contenitore. Il lato CA è il vano elettrico, che include un convertitore di accumulo di energia, un trasformatore e un contenitore. Le batterie sul lato CC generano corrente continua (CC). Per interagire con la rete elettrica, la corrente continua deve essere convertita in corrente alternata (CA) tramite un convertitore.
Classificazione del sistema di accumulo di energia: centralizzato, distribuito, stringa intelligente, cascata ad alta tensione, decentralizzato
I grandi sistemi di accumulo di energia possono essere suddivisi nelle seguenti categorie in base alla loro struttura elettrica:
Sistema centralizzato: un sistema di accumulo di energia centralizzato connesso alla rete, caratterizzato da bassa tensione e elevata potenza di incremento, in cui più gruppi di batterie sono collegati in parallelo e successivamente a un PCS (Power Supply Chain). Il PCS punta ad alta potenza ed elevata efficienza, e attualmente è in fase di sviluppo una soluzione a 1500 V.
Sistema distribuito: Sistema di accumulo di energia distribuito a bassa tensione e bassa potenza, connesso alla rete, in cui ogni gruppo di batterie è collegato a un'unità PCS e quest'ultima utilizza una configurazione distribuita a bassa potenza.
Stringa intelligente: basata sull'architettura del sistema di accumulo di energia distribuito, adotta tecnologie innovative come l'ottimizzazione energetica a livello di modulo batteria, il controllo energetico del singolo cluster di batterie, la gestione digitale intelligente e un design completamente modulare per ottenere un'applicazione più efficiente del sistema di accumulo di energia.
Sistema di accumulo di energia ad alta potenza e alta tensione in cascata: la batteria è collegata tramite inverter in un unico gruppo, senza trasformatore, e connessa direttamente alla rete elettrica a un livello di tensione di 6/10/35 kV o superiore. La capacità di una singola unità può raggiungere i 5 MW/10 MWh.
Distribuzione: Il lato CC è collegato in parallelo con più rami. Un convertitore CC/CC è aggiunto all'uscita del gruppo batterie per isolare il gruppo batterie. Il convertitore CC/CC è collegato al lato CC del PCS centralizzato dopo la raccolta.
Il processo iterativo della tecnologia di accumulo dell'energia ruota attorno a sicurezza, costi ed efficienza.
Sicurezza, costi ed efficienza sono le questioni chiave che devono essere affrontate nello sviluppo dell'accumulo di energia. Il fulcro dell'iterazione della tecnologia di accumulo di energia è anche quello di migliorare la sicurezza, ridurre i costi e migliorare l'efficienza.
(1) Sicurezza
La sicurezza delle centrali elettriche ad accumulo di energia è la preoccupazione principale del settore. I potenziali rischi per la sicurezza delle centrali elettriche ad accumulo di energia elettrochimica includono incendi elettrici, incendi di batterie, esplosioni di idrogeno in caso di incendio e anomalie del sistema. Le cause dei problemi di sicurezza delle centrali elettriche ad accumulo di energia possono solitamente essere ricondotte alla fuga termica nelle batterie. I fattori scatenanti della fuga termica includono abuso meccanico, abuso elettrico e abuso termico. Per prevenire problemi di sicurezza, lo stato delle batterie deve essere monitorato rigorosamente per evitare i fattori scatenanti della fuga termica.
(2) Alta efficienza
La consistenza delle celle della batteria è un fattore chiave che influenza l'efficienza del sistema. Tale consistenza dipende dalla qualità delle celle stesse , dalla tecnologia di accumulo energetico e dall'ambiente operativo in cui operano. Con l'aumentare del numero di cicli di carica/scarica, le differenze tra le celle diventano gradualmente evidenti. Se a ciò si aggiungono le variazioni dell'ambiente operativo durante il funzionamento, le differenze tra le diverse celle si accentuano, evidenziando il problema della consistenza, rappresentando una sfida per la gestione del BMS e persino un rischio per la sicurezza.
- Disallineamento del modulo batteria in serie: La capacità disponibile delle celle in serie può raggiungere solo la capacità del modulo batteria più debole, rendendo impossibile sfruttare appieno la capacità delle altre batterie.
- Disallineamento del gruppo batterie in parallelo: La capacità disponibile dei gruppi di batterie in parallelo può raggiungere solo la capacità del gruppo di batterie più debole, rendendo impossibile sfruttare appieno la capacità delle altre batterie.
- Le differenze nella resistenza interna della batteria causano la circolazione: La circolazione della batteria provoca un aumento della temperatura delle celle della batteria, accelerandone l'invecchiamento, aumentando la dissipazione del calore del sistema e riducendone l'efficienza.
Nella progettazione e nel piano operativo della centrale di accumulo di energia, la consistenza della batteria dovrebbe essere migliorata il più possibile per aumentare l'efficienza del sistema.
(3) Basso costo
Il costo di un sistema di accumulo di energia a basso costo è correlato all'investimento iniziale e al ciclo di vita. L'invecchiamento e il degrado dei materiali della batteria, il regime di carica e scarica, la temperatura di esercizio della batteria e la consistenza delle singole celle influenzeranno tutti il ciclo di vita della batteria. Quando la differenza di temperatura tra le batterie nel contenitore è maggiore di 10 gradi, ciò comporterà una riduzione della durata della batteria di oltre il 15%. Le differenze nell'aumento di temperatura tra i moduli comporteranno anche una riduzione della durata complessiva del sistema. Il sistema di accumulo di energia dovrebbe migliorare il ciclo di vita del sistema ottimizzando i metodi di carica e scarica, riducendo la differenza di temperatura tra i sistemi e migliorando la consistenza delle batterie.
Percorso tecnologico di integrazione dell'accumulo di energia
Soluzione centralizzata: 1500 V sostituisce 1000 V come tendenza
Con lo sviluppo di centrali fotovoltaiche centralizzate e di sistemi di accumulo di energia verso capacità maggiori, l'alta tensione CC è diventata la principale soluzione tecnica per ridurre i costi e aumentare l'efficienza. I sistemi di accumulo di energia con una tensione lato CC aumentata a 1500 V stanno gradualmente diventando la tendenza. Rispetto al tradizionale sistema da 1000 V, il sistema da 1500 V aumenta la tensione di tenuta di componenti come cavi, moduli hardware BMS e PCS da non più di 1000 V a non più di 1500 V. La soluzione tecnica da 1500 V per i sistemi di accumulo di energia deriva dai sistemi FV. Secondo le statistiche CPIA, la quota di mercato dei sistemi FV domestici con una tensione nominale CC di 1500 V nel 2021 è di circa il 49.4% e si prevede che aumenterà gradualmente fino a quasi l'80% in futuro. Un sistema di accumulo di energia da 1500 V contribuirà a migliorare la compatibilità con i sistemi FV.
Ripensando allo sviluppo dei sistemi fotovoltaici, aumentare la tensione del lato CC a 1500 V può ridurre le perdite di linea sui lati CA e CC e le perdite negli avvolgimenti del lato a bassa tensione del trasformatore utilizzando livelli di tensione di ingresso e uscita più elevati. Ciò migliora l'efficienza del sistema della centrale elettrica, aumenta la densità di potenza delle apparecchiature (inverter, trasformatori), riduce le dimensioni e riduce il carico di lavoro in termini di trasporto e manutenzione, il che è vantaggioso per ridurre i costi del sistema. Prendiamo come esempio la soluzione del sistema fotovoltaico da 1500 V di TBEA rilasciata nel 2016. Rispetto al tradizionale sistema da 1000 V, l'efficienza del sistema da 1500 V è migliorata di almeno l'1.7%, l'investimento iniziale è ridotto di 0.1438 yuan/W, il numero di apparecchiature è ridotto del 30-50% e il tempo di ispezione è ridotto del 30%.
Confronto delle soluzioni del sistema di accumulo di energia da 1500 V La soluzione da 1000 V ha anche prestazioni migliorate. Prendendo come esempio la soluzione di Sungrow, rispetto al sistema da 1000 V, la densità di energia e la densità di potenza del sistema di batterie sono entrambe aumentate di oltre il 35%. Per una centrale elettrica della stessa capacità, ci sono meno dispositivi e i costi del sistema di batterie, PCS, BMS, cavi e altre apparecchiature sono notevolmente ridotti, così come i costi di investimento per infrastrutture e terreni. Si stima che rispetto alle soluzioni tradizionali, il costo di investimento iniziale di un sistema di accumulo di energia da 1500 V sia ridotto di oltre il 10%. Tuttavia, allo stesso tempo, l'aumento della tensione del sistema di accumulo di energia da 1500 V aumenta il numero di batterie in serie, rendendo più difficile il controllo della coerenza. Anche requisiti come la prevenzione e la protezione contro il rischio di archi elettrici in CC e la progettazione dell'isolamento elettrico sono più elevati.
Soluzione distribuita: elevata efficienza e soluzione matura
La soluzione distribuita è anche nota come collegamento parallelo multi-ramo sul lato CA. Rispetto alla soluzione tecnica centralizzata, la soluzione distribuita collega i lati CC dei cluster di batterie in parallelo tramite inverter di stringa distribuiti per formare un collegamento parallelo lato CA, evitando la corrente di loop parallela, la perdita di capacità e il rischio di arco CC causato dal collegamento dei lati CC in parallelo e migliorando la sicurezza operativa. Allo stesso tempo, la precisione del controllo cambia da più cluster di batterie a un singolo cluster di batterie, che è più efficiente.
| distribuito | Centralizzata | |
| Design del sistema modulare | Il PCS è progettato in modo modulare, garantendo un'elevata disponibilità del sistema | Nessun design modulare, il guasto del PCS interessa l'intero contenitore |
| Requisiti di prestazione della batteria | Bassi requisiti di prestazioni della batteria, diverse filiali supportano l'uso misto di batterie nuove e vecchie, evitando l'effetto barile, e il sistema di accumulo di energia massimizza la carica e la scarica, il che può ottenere un rifornimento di potenza graduale. | Non può supportare la miscelazione di batterie nuove e vecchie, poiché la differenza di resistenza interna tra batterie nuove e vecchie provoca la circolazione, che genera calore e accelera l'invecchiamento delle batterie nuove |
| Controllo della temperatura | Gestione termica del singolo cluster per garantire un campo di temperatura uniforme all'interno del cluster | La differenza di temperatura nel contenitore può raggiungere i 10 gradi, il che influisce sulla durata del pacco batteria, poiché il calore viene dissipato centralmente tramite 1-2 condizionatori d'aria |
| Capacità di scarico | Un design multi-ramo consente di controllare individualmente il funzionamento di ciascun gruppo di batterie, evitando la perdita di capacità dovuta alla circolazione e aumentando la capacità di scarica durante il ciclo di vita. | I cluster di batterie sono collegati direttamente in parallelo e la differenza tra i cluster riduce la capacità disponibile del sistema per la limitazione della corrente continua. |
Soluzione intelligente per stringhe
La soluzione di stringa intelligente proposta da Huawei risolve tre problemi significativi con soluzioni centralizzate:
(1) Attenuazione della capacità: nelle soluzioni tradizionali, si verifica un significativo “effetto cortocircuito” nell’utilizzo della batteria. I moduli batteria sono collegati in parallelo. Durante la carica, una cella della batteria è completamente carica e la carica si interrompe. Durante la scarica, una cella della batteria si scarica e la scarica si interrompe. La durata complessiva del sistema dipende dalla batteria che ha la durata più breve.
(2) Coerenza: nel funzionamento dei sistemi di accumulo di energia, si verificano deviazioni nella coerenza della batteria dovute a diversi ambienti specifici, con conseguente attenuazione esponenziale della capacità del sistema.
(3) Discrepanza di capacità: il collegamento in parallelo delle batterie può facilmente portare a una discrepanza di capacità, in cui la capacità effettivamente utilizzabile della batteria è molto inferiore alla capacità standard.
La soluzione di stringa intelligente risolve i tre problemi sopra menzionati della soluzione centralizzata attraverso una progettazione solida, intelligente e modulare:
(1) Stringa: Utilizzo di ottimizzatori di energia per gestire i moduli della batteria, controller di cluster di celle per ottenere il bilanciamento cella-cella e condizionamento dell'aria distribuito per ridurre la differenza di temperatura delle celle.
(2) Intelligente: tecnologie ICT avanzate come l'IA e il BMS cloud vengono applicate allo scenario di rilevamento del cortocircuito interno, l'IA viene utilizzata per prevedere lo stato della batteria e una strategia di controllo intelligente della temperatura collegata multi-modello viene utilizzata per garantire uno stato di carica e scarica ottimale.
(3) Modularizzazione: Il sistema di batterie è modulare e i moduli difettosi possono essere scollegati singolarmente senza compromettere il normale funzionamento degli altri moduli del cluster. Il PCS è modulare in modo che, in caso di guasto di un singolo PCS, gli altri PCS possano continuare a funzionare e, in caso di guasto di più PCS, il sistema possa rimanere operativo.
| Dimensioni | Soluzioni intelligenti per l'accumulo di energia tramite stringhe | Soluzioni tradizionali di accumulo di energia centralizzata |
| Scarico più elevato | Maggiore capacità di scarica. Adottare un ottimizzatore energetico a livello di modulo batteria per evitare perdite di capacità dovute a disallineamento e aumentare la capacità di scarica di oltre il 6% durante il ciclo di vita: Adottare un controller intelligente a cluster singolo per batterie per prevenire perdite di capacità dovute a corrente di loop e aumentare la capacità di scarica di oltre il 7% durante il ciclo di vita. | Non esiste un progetto di equalizzazione del modulo batteria, nessuna ottimizzazione tra i moduli batteria all'interno del cluster, nessuna scarica completa, la sostituzione del modulo richiede una regolazione manuale dell'equalizzazione, i cluster di batterie sono collegati direttamente in parallelo e non esiste alcuna regolazione della tensione del cluster; la differenza tra i cluster ridurrà la capacità disponibile. |
| Investimento migliore | Adottando un'installazione preimpostata ad alta densità, il costo di consegna in loco può essere ridotto di 1~3 centesimi/ora; adottando la gestione a cluster singolo, la configurazione iniziale della batteria può essere ridotta di oltre il 5%; adottando la modalità di rifornimento, rispetto alla tradizionale soluzione centralizzata, la configurazione iniziale della batteria può essere ridotta di oltre il 30% per ottenere costi iniziali inferiori. | L'investimento iniziale e totale è elevato, non riesce a rifornire l'energia elettrica e inizialmente deve essere sovra-allocato del 60-70%. |
| Controllo intelligente della temperatura | Grazie alla funzione di controllo intelligente della temperatura, l'aumento della temperatura all'interno del contenitore è <5℃ a 1C, garantendo una durata utile di 15 anni. | All'interno del contenitore, la dissipazione del calore è centralizzata tramite 1-2 condizionatori d'aria e la differenza nell'aumento di temperatura può arrivare fino a 10 ℃, il che influisce sulla durata del pacco batteria. |
| Utilizzo misto di batterie vecchie e nuove | Supporta l'uso misto di batterie vecchie e nuove, evitando l'effetto barile, massimizzando la carica e la scarica del sistema di accumulo di energia e abilitando la modalità di rifornimento graduale. | Non supporta la miscelazione diretta di batterie vecchie e nuove; il sistema di accumulo di energia non può massimizzare la carica e la scarica; la differenza tra la resistenza interna delle batterie vecchie e nuove è causata dalla circolazione, che porta calore e accelera l'invecchiamento della nuova batteria. |
| Funzionamento e manutenzione minimi | Ottimizzazione automatica della carica e della scarica delle nuove batterie, nessuna necessità di regolare manualmente la batteria di backup, operazioni della stazione e personale di manutenzione per sostituire direttamente il modulo batteria; riduzione dei costi di funzionamento e manutenzione associati di oltre il 90% | Richiede che gli esperti si rechino manualmente alla stazione per regolare lo stato di carica delle batterie di ricambio e sostituirle. |
| Rilevamento di cortocircuito interno AI | I cortocircuiti interni improvvisi possono essere rilevati da un algoritmo di identificazione dei cortocircuiti gravi, mentre i cortocircuiti interni derivativi possono essere rilevati da un algoritmo di identificazione dei valori anomali A1. | Difficoltà nel riconoscere guasti interni da cortocircuito e rischio di incendio. Massima sicurezza. |
Soluzione a cascata ad alta tensione: una soluzione altamente efficiente senza struttura parallela
La soluzione di accumulo di energia a cascata ad alta tensione utilizza l'elettronica di potenza per ottenere una tensione di 6-35 kV collegata alla rete senza passare attraverso un trasformatore. Prendendo come esempio la soluzione Xinfengguang da 35 kV, un singolo sistema di accumulo di energia è un sistema da 12.5 MW/25 MWh e la struttura elettrica del sistema è simile a quella di un SVG ad alta tensione, costituito da tre fasi: A, B e C. Ogni fase contiene 42 unità di potenza a ponte H abbinate a 42 cluster di batterie. Le tre fasi hanno un totale di 126 unità di potenza a ponte H e 126 cluster di batterie, immagazzinando un totale di 25.288 MWh di elettricità. Ogni cluster di batterie contiene 224 celle collegate in serie.
I vantaggi della soluzione a cascata ad alta tensione sono i seguenti:
(1) Sicurezza: nel sistema non ci sono celle collegate in parallelo, quindi se alcune batterie si danneggiano, l'ambito di sostituzione è limitato, l'impatto è ridotto e i costi di manutenzione sono bassi.
(2) Coerenza: i pacchi batteria non sono collegati direttamente, ma sono collegati dopo l'alimentazione CA/CC, quindi tutti i pacchi batteria possono essere controllati tramite CA/CC per il bilanciamento dello stato di carica (SOC). All'interno del pacco batteria sono presenti solo singoli gruppi di celle e non vi è alcun collegamento in parallelo di gruppi di celle, quindi non vi è alcun problema di condivisione della corrente. All'interno del gruppo di celle, il controllo del bilanciamento delle celle viene realizzato tramite il BMS. Questa soluzione, pertanto, massimizza l'utilizzo della capacità delle celle. È possibile installare un minor numero di celle con la stessa quantità di potenza connessa alla rete sul lato CA, riducendo l'investimento iniziale.
(3) Elevata efficienza: Poiché il sistema non opera in parallelo con le celle/i gruppi di batterie, non vi è alcun effetto di cortocircuito e la durata del sistema è approssimativamente uguale alla durata della singola cella, il che massimizza l'economia operativa del dispositivo di accumulo di energia. Il sistema non richiede un trasformatore di boost e l'efficienza del ciclo del sistema in loco può raggiungere il 90%.
La soluzione a cascata ad alta tensione è un nuovo approccio tecnico che deve ancora essere verificato e reso operativo.
(1) Aspetti tecnici: Ogni fase della soluzione a cascata ad alta tensione è di 35 kV e l'ambiente elettromagnetico è ostile, il che impone requisiti più elevati al controllo BMS. La soluzione a cascata ad alta tensione è collegata in parallelo sul lato CA, con più ponti H selezionati per la connessione. L'alimentazione CA trifase ABC, con vari ponti H collegati in serie per ciascuna fase, riduce l'affidabilità. Per migliorare l'affidabilità, è necessaria una progettazione ridondante. Un determinato ponte H può essere commutato sul circuito di bypass in caso di guasto.
(2) Funzionamento: Nel sistema di accumulo di energia a 35 kV, i lati CC e CA sono collocati nello stesso luogo, rendendo più difficili le operazioni e la manutenzione e ponendo determinati rischi per la sicurezza. Il tasso di penetrazione delle soluzioni a cascata ad alta tensione è ancora relativamente basso e l'affidabilità e la stabilità devono essere verificate attraverso molteplici progetti.
| Soluzione a cascata ad alta tensione | Soluzione tradizionale | |
| Massima efficienza di conversione | 98.50% | 97% |
| Qualità dell'energia | Distorsione armonica totale: <1% Distorsione armonica totale: <3% | Distorsione armonica totale: <3% Distorsione armonica totale: <5% |
| Capacità autonoma | Fino a 12 MW | Fino a 1MW, generalmente 500kW |
| Tempo di risposta | Circa 100 ms | |
| L’affidabilità | Progettazione ridondante, bypass degli errori | Arresto a prova di errore |
| Utilizzo della batteria | Bilanciamento attivo a due stadi, elevato utilizzo della batteria | Nessun bilanciamento attivo, basso utilizzo |
Soluzione distribuita: isolamento DC + inverter centralizzato
La soluzione distribuita è anche nota come collegamento parallelo multi-ramo lato CC. Sulla base della tradizionale soluzione centralizzata, un convertitore CC/CC viene aggiunto all'uscita del cluster di batterie per isolare il cluster di batterie. Il convertitore CC/CC è collegato al lato CC del PCS centralizzato dopo la raccolta. Da 2 a 4 PCS sono collegati in parallelo a un trasformatore locale, che viene quindi collegato alla rete dopo essere stato potenziato dal trasformatore. L'aggiunta di isolamento CC/CC nel sistema evita archi CC, correnti circolanti e perdite di capacità causate dal collegamento parallelo CC, migliorando significativamente la sicurezza del sistema e, quindi, l'efficienza del sistema. Tuttavia, poiché il sistema deve passare attraverso due fasi di inversione, ha un effetto inverso sull'efficienza del sistema.
Riepilogo: Confronto dei percorsi tecnici
| Centralizzata | distribuito | Stringa intelligente | Cascata ad alta tensione | distribuito | |
| Conversione di potenza | Livello 1 | primario | A due stadi | 6kv/10kv/35kv CA | a due livelli |
| Collegamento in serie-parallelo | CC parallelo | Collegamento parallelo lato CA | Collegamento parallelo lato CC | impiccagione diretta | Collegamento parallelo lato CC |
| Isolamento CC | Non | con | con | solo collegamento in serie, nessun collegamento parallelo | con |
| Precisione di controllo | Gruppi di batterie multipli | gruppi di batterie singole | gruppo di batterie singole | / | cluster di cellule singole |
| Sicurezza | Con un funzionamento a lungo termine, si verifica una significativa incoerenza tra le celle centralizzate e i cluster di batterie | evita correnti circolanti parallele, perdita di capacità e il rischio di arco elettrico CC causato dal collegamento parallelo sul lato CC | è più compatibile con le batterie e può realizzare un pacchetto, un'ottimizzazione e un cluster, una gestione. | sistema a cluster di batterie singole, nessuna connessione parallela, nessun problema di condivisione della corrente, migliore consistenza della batteria | evita archi elettrici CC, correnti circolanti e perdita di capacità |
| EFFICIENZA | 87.80% | 90% |
2 pensieri su “Trend tecnologici nell’integrazione di impianti di accumulo di energia su larga scala”
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