Bài viết này đi sâu vào các thành phần chính của Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS), bao gồm Hệ thống quản lý pin (BMS), Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS), Bộ điều khiển, SCADA và Hệ thống quản lý năng lượng (EMS). Mỗi phần giải thích vai trò và chức năng của các thành phần này, nhấn mạnh tầm quan trọng của chúng trong việc đảm bảo sự an toàn, hiệu quả và độ tin cậy của BESS. Bạn sẽ hiểu biết toàn diện về cách các hệ thống này phối hợp với nhau để tối ưu hóa việc lưu trữ và sử dụng năng lượng.
Khi đọc bài viết này, những người khác sẽ được hưởng lợi từ cái nhìn tổng quan chi tiết về các yếu tố quan trọng tạo nên Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin. Thông tin được cung cấp, đặc biệt là về các thành phần của Hệ thống lưu trữ năng lượng pin, sẽ giúp các cá nhân và tổ chức đưa ra quyết định sáng suốt về việc triển khai và quản lý các giải pháp BESS. Kiến thức này rất cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo và đảm bảo tuổi thọ và độ an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng.
Hệ thống quản lý pin (BMS)
Hệ thống quản lý pin (BMS) là một phần quan trọng của bất kỳ loại Hệ thống không gian lưu trữ năng lượng pin nào (BESS). Nó đảm bảo hiệu quả tối ưu, an toàn và tuổi thọ lâu dài của bộ pin. Các chức năng quan trọng của BMS bao gồm giám sát, bảo mật và kiểm soát.
BMS liên tục theo dõi các thông số khác nhau của pin, chẳng hạn như điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc (SOC). Giám sát chính xác là điều cần thiết để duy trì trạng thái cân bằng, sức khỏe và sức khỏe của tế bào, đồng thời tránh những lo ngại như sạc quá mức hoặc xả sâu, có thể dẫn đến tổn thương tế bào hoặc giảm tuổi thọ.
Bảo mật là một nhiệm vụ quan trọng bổ sung của BMS. Nó thực hiện các quy trình an toàn để bảo vệ chống lại sự thoát nhiệt, đoản mạch và nhiều vấn đề nguy hiểm khác. Điều này được thực hiện thông qua các thuật toán và phần cứng tách pin khỏi hệ thống khi phát hiện các vấn đề nguy hiểm, bảo vệ pin và thiết bị được liên kết.
Chức năng kiểm soát của BMS đảm nhiệm các quy trình thu phí và xả thải, đảm bảo chúng diễn ra trong giới hạn an toàn và hiệu quả. Điều này bao gồm việc cân bằng các tế bào để đảm bảo chu kỳ sạc và xả đồng đều, điều này rất quan trọng để duy trì hiệu quả và dung lượng chung của bộ pin.
Hơn nữa, BMS tương tác với các thành phần hệ thống khác, chẳng hạn như Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS) và Hệ thống quản lý năng lượng (EMS), để tối ưu hóa hiệu quả của toàn bộ Hệ thống lưu trữ năng lượng pin. Chiến lược kết hợp này cho phép điều chỉnh theo thời gian thực dựa trên tình trạng và nhu cầu hiện tại, nâng cao tính an toàn và hiệu quả của hệ thống.
Hệ thống chuyển đổi nguồn (PCS) hoặc Biến tần lai
Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS), thường được mô tả là Biến tần lai, là một thành phần quan trọng trong Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS). PCS chịu trách nhiệm chuyển đổi dòng điện thẳng (DC) của pin thành dòng điện xoay chiều (điều hòa không khí) mà lưới điện hoặc hệ thống điện lân cận có thể sử dụng. Việc chuyển đổi này là cần thiết để tích hợp năng lượng dự trữ vào các cơ sở năng lượng hiện có.
Một PCS thông thường bao gồm nhiều màn trình diễn quan trọng:
| HIỆU QUẢ | Tổng kết |
|---|---|
| Chuyển đổi DC sang điều hòa không khí | Chuyển đổi đầu ra DC của pin thành AC, phù hợp với lưới điện và máy điều hòa không khí. |
| Chuyển đổi AC sang DC | Cho phép hệ thống sạc pin từ nguồn của máy điều hòa không khí bằng cách chuyển đổi máy điều hòa sang nguồn DC. |
| Tương tác lưới | Cho phép tích hợp và đồng bộ hóa trơn tru với lưới điện, xử lý các thay đổi về nguồn điện lưới và duy trì sự ổn định. |
| Thủ tục thiết lập đảo | Cung cấp điện trong suốt thời gian mất điện lưới bằng cách chạy riêng biệt với lưới điện. |
Hiệu quả của PCS là yếu tố cần thiết để xem xét hiệu quả tổng thể của BESS. Các hệ thống hiện đại thường đạt được hiệu suất chuyển đổi khoảng 95-98%, giúp giảm tổn thất năng lượng trong suốt quá trình chuyển đổi. Hiệu suất cao này rất cần thiết để tối ưu hóa lợi thế tài chính của các giải pháp không gian lưu trữ năng lượng.
Bộ biến tần lai tiên tiến cũng được trang bị các tính năng điều khiển sáng tạo. Các thuộc tính này bao gồm:
| Thuộc tính điều khiển thông minh | Lợi thế |
|---|---|
| Cắt hàng đầu | Giảm thiểu phí nhu cầu cao điểm bằng cách xả năng lượng được giữ lại trong suốt thời gian có nhu cầu cao. |
| Tấn dịch chuyển | Thay đổi mức tiêu thụ điện sang thời gian thấp điểm để tận dụng tối đa giá điện thấp hơn. |
| Chính sách thường xuyên | Hỗ trợ bảo vệ an ninh lưới điện bằng cách ổn định cung và cầu trong thời gian thực. |
| Hỗ trợ điện áp | Cung cấp năng lượng đáp ứng để giữ mức điện áp trong phạm vi ưa thích. |
Máy tính cũng đóng một chức năng thiết yếu về tính an toàn và toàn vẹn. Nó bao gồm nhiều thiết bị phòng vệ như bảo vệ quá điện áp, quá dòng và ngắn mạch để bảo vệ BESS và các hệ thống điện được liên kết. Hơn nữa, các thiết bị PCS hiện đại được chế tạo để hoạt động trong các vấn đề sinh thái khác nhau, đảm bảo hiệu suất mạnh mẽ trong các thiết lập đa dạng.
Khớp nối AC đề cập đến các hệ thống quang điện mặt trời trong đó BESS được kết nối bên ngoài với phía AC của bộ biến tần quang điện. BESS có bộ biến tần chuyên dụng riêng được kết nối với pin.
Khớp nối DC đề cập đến việc kết nối pin với cùng một bus DC nơi đặt pin mặt trời - sử dụng biến tần lai được chia sẻ giữa PV và BESS.
Người điều khiển
Bộ điều khiển là một phần không thể thiếu của Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) và là trung tâm quản lý hoạt động của toàn bộ hệ thống. Nó giám sát, điều khiển, bảo vệ, liên lạc và lên lịch cho các thành phần chính của BESS (được gọi là các hệ thống con). Ngoài việc liên lạc với các bộ phận của chính hệ thống lưu trữ năng lượng, nó còn có thể liên lạc với các thiết bị bên ngoài như đồng hồ đo và máy biến áp để đảm bảo BESS hoạt động tối ưu. Bộ điều khiển có nhiều cấp độ bảo vệ, bao gồm bảo vệ quá tải trong quá trình sạc và bảo vệ nguồn điện ngược trong quá trình xả. Bộ điều khiển có thể được tích hợp với SCADA và EMS của bên thứ ba để thu thập dữ liệu và quản lý năng lượng.
SCADA
Hệ thống Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) rất cần thiết cho Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS). Hệ thống SCADA cung cấp khả năng giám sát và kiểm soát rộng rãi, đảm bảo quy trình hiệu quả và không có rủi ro cho toàn bộ khuôn khổ không gian lưu trữ điện.
Về cốt lõi, SCADA kết hợp nhiều hệ thống con trong BESS, bao gồm Hệ thống quản lý pin (BMS), Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS) và nhiều hệ thống phụ trợ khác. Sự tích hợp này cho phép mua thông tin theo thời gian thực, cần thiết để theo dõi tình trạng sức khỏe và hiệu suất của pin, theo dõi quá trình lưu thông năng lượng và quản lý trạng thái chu kỳ sạc và xả.
Một trong những tính năng quan trọng của SCADA trong BESS là nó cung cấp giao diện trung tâm cho người lái xe để kiểm tra điều kiện hệ thống và số liệu hiệu suất. Điều này bao gồm các thông số như điện áp, dòng điện, mức nhiệt độ và trạng thái sạc. Bằng cách liên tục thu thập và đánh giá dữ liệu này, hệ thống SCADA có thể phát hiện những bất thường và kích hoạt hệ thống cảnh báo, cho phép thực hiện các hoạt động khắc phục kịp thời để tránh những lỗi tiềm ẩn hoặc kém hiệu quả.
Ngoài ra, hệ thống SCADA hỗ trợ khả năng điều khiển từ xa, cho phép người lái xe thực hiện lệnh và điều chỉnh thiết lập từ khu vực trung tâm. Điều này rất hữu ích cho việc lắp đặt lưu trữ năng lượng lớn, nơi sự can thiệp thực tế có thể thực tế hơn. Thông qua SCADA, người lái xe có thể khởi động các chu kỳ sạc hoặc giải phóng, cân bằng tải và tối đa hóa việc sử dụng năng lượng dựa trên các vấn đề về nhu cầu và cung cấp theo thời gian thực.
Một khía cạnh thiết yếu hơn của SCADA trong BESS là nhiệm vụ ghi dữ liệu và đánh giá lịch sử. Bằng cách lưu giữ kịp thời các tài liệu chuyên sâu về hiệu suất hệ thống, hệ thống SCADA cho phép đánh giá mẫu và dự đoán việc bảo trì. Dữ liệu lịch sử này có thể cần thiết để nhận dạng các mẫu, tối ưu hóa các chiến lược chức năng và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận pin.
Cùng với lợi ích vận hành, hệ thống SCADA còn nâng cao tính bảo mật và độ tin cậy của BESS. Chúng được trang bị các công cụ chẩn đoán tiên tiến và công thức phát hiện lỗi để xác định các vấn đề có thể xảy ra trước khi chuyển sang các lỗi nghiêm trọng. Kỹ thuật bảo trì và khắc phục sự cố tích cực này hỗ trợ giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo khả năng tiếp cận liên tục của hệ thống lưu trữ điện.
Nhìn chung, sự kết hợp SCADA trong Hệ thống không gian lưu trữ năng lượng pin là điều cần thiết để đạt được hiệu suất, độ tin cậy và an toàn tối ưu. Bằng cách cung cấp khả năng giám sát thời gian thực, điều khiển từ xa, ghi dữ liệu và chẩn đoán nâng cao, hệ thống SCADA đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý hiệu quả các giải pháp lưu trữ điện hiện đại.
EMS
Hệ thống giám sát năng lượng (EMS) rất quan trọng đối với Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS). Nó hoạt động như bộ não của toàn bộ hệ thống, điều phối quy trình của nhiều bộ phận để đảm bảo hiệu suất, hiệu quả và độ tin cậy tối ưu. EMS chịu trách nhiệm giám sát, kiểm soát và tối đa hóa dòng năng lượng trong hệ thống không gian lưu trữ và giữa hệ thống với lưới điện hoặc các nguồn điện khác.
Một trong những chức năng chính của EMS là xử lý chu kỳ sạc và xả của hệ thống pin. Điều này đòi hỏi phải xác định thời điểm hiệu quả nhất để tiết kiệm năng lượng và thời điểm giải phóng năng lượng dựa trên các yếu tố như giá điện, dự báo nhu cầu và điều kiện lưới điện. Bằng cách đó, EMS hỗ trợ tận dụng tối đa lợi ích kinh tế của BESS đồng thời đảm bảo độ bền của pin.
Một chức năng quan trọng khác của EMS là duy trì sự cân bằng giữa cung và cầu năng lượng. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như ổn định lưới điện, trong đó EMS có thể cung cấp các dịch vụ như điều chỉnh tần số, hỗ trợ điện áp và điều chỉnh tối ưu. Bằng cách phản ứng với thông tin và tín hiệu theo thời gian thực từ lưới điện, EMS có thể hỗ trợ duy trì sự ổn định và độ tin cậy của lưới điện.
Ngoài ra, EMS còn đóng một chức năng quan trọng trong việc kết hợp các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, như năng lượng mặt trời và gió, với BESS. Bằng cách quản lý tính không đều đặn và không liên tục của quá trình sản xuất điện bền vững, EMS đảm bảo rằng hệ thống không gian lưu trữ năng lượng có thể duy trì lượng điện dư thừa một cách hợp lý khi sản lượng cao và giải phóng nó khi sản lượng thấp, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy tổng thể của hệ thống tài nguyên tái tạo.
Ngoài ra, EMS còn được trang bị các thuật toán cải tiến và phân tích dự đoán để tối ưu hóa hiệu suất của BESS. Những công thức này có thể phân tích dữ liệu lịch sử, báo cáo thời tiết và thông tin liên quan khác để đưa ra quyết định sáng suốt về quản lý năng lượng. Khả năng dự đoán này cho phép EMS chuẩn bị và ứng phó với những thay đổi về cung và cầu điện, đồng thời nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống.
Để cung cấp cái nhìn tổng quan toàn diện về các tính năng của EMS, bảng sau đây tóm tắt các vai trò và nhiệm vụ chính:
| Đặc tính | Tổng kết |
|---|---|
| Quản lý phí/xả | Tối ưu hóa thời gian và tốc độ sạc và xả pin để tối ưu hóa lợi ích kinh tế và tuổi thọ của pin. |
| Ổn định lưới điện | Nó cung cấp luật tần số, hỗ trợ điện áp và cạo tối ưu để giữ an ninh lưới điện. |
| Hội nhập bền vững | Quan tâm đến sự biến đổi của các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường để đảm bảo lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả. |
| Phân tích dự đoán | Đưa ra các công thức đổi mới để đánh giá thông tin và đưa ra quyết định sáng suốt về quản lý năng lượng. |
Cuối cùng, EMS là thành phần thiết yếu của Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin, có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính hiệu quả, độ tin cậy và khả năng tài chính của hệ thống. Bằng cách xử lý thành công các vòng tuần hoàn năng lượng, tích hợp các nguồn thân thiện với môi trường và sử dụng các phân tích dự đoán, EMS hỗ trợ tối đa hóa hiệu quả của toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng.
HVAC
HVAC là một phần không thể thiếu của hệ thống lưu trữ pin; nó điều chỉnh môi trường bên trong bằng cách di chuyển không khí giữa bên trong và bên ngoài vỏ bọc. Duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu và phân phối không khí tốt trong hệ thống pin lithium giúp kéo dài tuổi thọ của hệ thống pin. Nếu không quản lý nhiệt thích hợp, tế bào pin có thể quá nóng, dẫn đến suy giảm hiệu suất, hỏng hóc và thậm chí là thoát nhiệt; sử dụng đúng loại hệ thống HVAC sẽ mang lại hiệu suất BESS tốt hơn và tuổi thọ pin dài hơn.
Chữa cháy
Hệ thống chữa cháy trong BESS là lớp bảo vệ bổ sung để đảm bảo pin hoạt động trong các thông số an toàn, bao gồm cả nhiệt độ. Nếu đạt đến nhiệt độ cao ngoài các thông số đã đặt, BMS sẽ tự động tắt hệ thống; trong trường hợp thoát nhiệt, BMS không thể đóng vai trò là lớp bảo vệ duy nhất. Đây là lúc hệ thống chữa cháy phát huy tác dụng, hệ thống này được kích hoạt trong trường hợp có hiện tượng thoát nhiệt; hệ thống chữa cháy có thể được kích hoạt bằng phát hiện khí, khói hoặc nhiệt, tùy thuộc vào hệ thống chữa cháy nào được sử dụng trong BESS. Sau khi được kích hoạt, hệ thống chữa cháy sẽ giải phóng chất chữa cháy, hoạt động như chất làm mát và hấp thụ nhiệt. Hệ thống chữa cháy chúng tôi sử dụng bao gồm:
