เมื่อเทียบกับฉากหลังของการส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงพลังงานอย่างแข็งขันและการพัฒนาพลังงานหมุนเวียนทั่วโลกระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) อย่างจริงจังซึ่งเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการสร้างสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทานและการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับหลักการพื้นฐานและองค์ประกอบหลักของเบสส์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจับการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาในด้านพลังงาน
หลักการพื้นฐานของเบสส์
หลักการทำงานของเบสส์ขึ้นอยู่กับลักษณะการชาร์จและการปลดปล่อยของแบตเตอรี่ พูดง่ายๆคือเมื่อมีปริมาณไฟฟ้ามากเกินไปเช่นในช่วงเวลาสูงสุดของการผลิตพลังงานหมุนเวียนหรือช่วงเวลาสูงสุดของการใช้ไฟฟ้ากริดระบบจะเก็บพลังงานส่วนเกินในแบตเตอรี่ เมื่อความต้องการไฟฟ้าเกินอุปทานเช่นในช่วงเวลาไฟฟ้าสูงสุดหรือเมื่อการผลิตพลังงานหมุนเวียนไม่เพียงพอแบตเตอรี่จะปล่อยกระแสไฟฟ้าที่เก็บไว้เพื่อให้การสนับสนุนพลังงานแก่กริดหรือผู้ใช้ กระบวนการนี้คล้ายกับ 'ธนาคารไฟฟ้า' บรรลุการจัดสรรไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นในเวลาและพื้นที่
การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปเป็นตัวอย่างกระบวนการชาร์จและการปลดปล่อยนั้นเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้าบวกและลบ ในระหว่างกระบวนการชาร์จลิเธียมไอออนจะถูกปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรดบวกและฝังลงในอิเล็กโทรดเชิงลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ ในระหว่างการคายประจุลิเธียมไอออนจะถูกปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรดเชิงลบและกลับไปที่อิเล็กโทรดบวกผ่านอิเล็กโทรไลต์ในขณะที่สร้างกระแสในวงจรภายนอกเพื่อจ่ายไฟให้กับโหลด ปฏิกิริยาทางเคมีแบบย้อนกลับได้นี้ช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกชาร์จและปล่อยซ้ำ ๆ ซ้ำ ๆ ซึ่งจะได้รับการจัดเก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้า แบตเตอรี่ชนิดต่าง ๆ มีกลไกการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่แตกต่างกัน แต่หลักการชาร์จและการปลดปล่อยขั้นพื้นฐานนั้นคล้ายกันซึ่งทั้งสองอย่างนี้บรรลุการทำงานของการเก็บพลังงานผ่านการแปลงร่วมกันระหว่างพลังงานเคมีและพลังงานไฟฟ้า
องค์ประกอบหลักของ Bess
แบตเตอรี่แพ็ค: ผู้ให้บริการหลักของการจัดเก็บพลังงาน
ชุดแบตเตอรี่เป็นส่วนประกอบหลักของ BESS และประสิทธิภาพของมันจะกำหนดตัวชี้วัดที่สำคัญโดยตรงเช่นความสามารถในการจัดเก็บพลังงานการชาร์จและประสิทธิภาพการปลดปล่อยและอายุการใช้งานรอบของระบบ ในปัจจุบันประเภทแบตเตอรี่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในตลาดคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมเทอร์รี่แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ฯลฯ แบตเตอรี่ลิเธียมเทอร์รีมีความหนาแน่นพลังงานสูงและสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้มากขึ้น แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงไฟฟ้าพลังงานขนาดใหญ่การจัดเก็บพลังงานด้านพลังงานกริดและสาขาอื่น ๆ เนื่องจากความปลอดภัยที่ดีอายุการใช้งานที่ยาวนานและค่าใช้จ่ายค่อนข้างต่ำ
นอกจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้วแบตเตอรี่ชนิดอื่น ๆ ยังใช้ในระบบ BESS เช่นแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบตเตอรี่แคดเมียมนิกเกิล ฯลฯ แบตเตอรี่กรดตะกั่วมีข้อดีของต้นทุนต่ำและเทคโนโลยีที่ครบกำหนด ส่วนใหญ่จะใช้ในสถานการณ์ที่ความต้องการประสิทธิภาพไม่สูงและค่าใช้จ่ายมีความอ่อนไหว แบตเตอรี่แคดเมียมนิกเกิลเคยพบเห็นได้ทั่วไปในอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานขนาดเล็ก แต่มีปัญหาเช่นเอฟเฟกต์หน่วยความจำและความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างต่ำและขอบเขตการใช้งานของพวกเขาจะค่อยๆหดตัวลง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่เช่นแบตเตอรี่โซลิดสเตตและแบตเตอรี่โซเดียมไอออนก็เกิดขึ้นอีกด้วยซึ่งคาดว่าจะนำประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและต้นทุนที่ลดลงสู่ระบบ BESS ในอนาคต
ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS): สจ๊วตอัจฉริยะของแบตเตอรี่
ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) เป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ของ BESS ซึ่งทำหน้าที่เป็น "ผู้จัดการอัจฉริยะ" ของแบตเตอรี่ซึ่งรับผิดชอบในการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และการจัดการพารามิเตอร์ต่างๆเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของแบตเตอรี่อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ฟังก์ชั่นหลักของ BMS รวมถึงการตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่การควบคุมการชาร์จและการปลดปล่อยการจัดการสมดุลและการวินิจฉัยข้อผิดพลาด
ในแง่ของการตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่ BMS รวบรวมพารามิเตอร์แบบเรียลไทม์เช่นแรงดันไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ผ่านเซ็นเซอร์ต่างๆและส่งข้อมูลเหล่านี้ไปยังระบบควบคุมสำหรับการวิเคราะห์และการประมวลผล โดยการตรวจสอบพารามิเตอร์เหล่านี้ BMS สามารถประเมินตัวชี้วัดที่สำคัญเช่นประจุที่เหลืออยู่แบตเตอรี่ (SOC) และสถานะของสุขภาพ (SOH) ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการควบคุมการชาร์จและการควบคุม ในแง่ของการควบคุมการชาร์จและการคายประจุ BMS ควบคุมกระบวนการชาร์จและการปลดปล่อยของแบตเตอรี่ตามความต้องการสถานะและระบบอย่างแม่นยำหลีกเลี่ยงสถานการณ์เช่นการชาร์จมากเกินไปการชาร์จไฟเกินและความร้อนสูงเกินไปและปกป้องความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่นเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้าที่ถูกตัดออกชุด BMS จะตัดวงจรการชาร์จโดยอัตโนมัติเพื่อป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป เมื่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงเกินไป BMS จะเปิดใช้งานระบบทำความเย็นหรือปรับกลยุทธ์การชาร์จและการปลดปล่อยเพื่อลดอุณหภูมิของแบตเตอรี่
การจัดการที่สมดุลเป็นอีกฟังก์ชั่นสำคัญของ BMS เนื่องจากความแตกต่างในกระบวนการผลิตและสภาพแวดล้อมการใช้งานระหว่างเซลล์แต่ละเซลล์ในชุดแบตเตอรี่อาจเกิดความไม่สอดคล้องกันในระหว่างกระบวนการชาร์จและการปลดปล่อยเช่นการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์เช่นแรงดันไฟฟ้าความจุและความต้านทานภายใน ความไม่สอดคล้องกันนี้สามารถนำไปสู่การลดลงของประสิทธิภาพโดยรวมของชุดแบตเตอรี่และอายุการใช้งานที่สั้นลง BMS ใช้ฟังก์ชั่นการจัดการที่สมดุลเพื่อชาร์จและปล่อยแต่ละเซลล์ในชุดแบตเตอรี่ทำให้สถานะของแต่ละเซลล์มีแนวโน้มที่จะสอดคล้องและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและอายุการใช้งานของชุดแบตเตอรี่ นอกจากนี้ BMS ยังมีฟังก์ชั่นการวินิจฉัยข้อผิดพลาดซึ่งสามารถตรวจจับความผิดพลาดในระบบแบตเตอรี่ได้ทันเวลาและใช้มาตรการที่สอดคล้องกันเพื่อเตือนและจัดการกับพวกเขาเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานที่มั่นคงของระบบ
ระบบการแปลงพลังงาน (PCS): การแปลงสะพานสำหรับพลังงาน
ระบบการแปลงพลังงาน (PCS) มีบทบาทสำคัญในการแปลงพลังงานไฟฟ้าใน BESS มันทำหน้าที่เป็น "บริดจ์" ที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับกริดหรือโหลดทำให้เกิดการแปลงแบบสองทิศทางระหว่างกระแสตรง (DC) และกระแสสลับ (AC) ในระหว่างกระบวนการชาร์จพีซีจะแปลงพลังงาน AC จากอุปกรณ์การผลิตพลังงานทดแทนหรือพลังงานหมุนเวียนเป็นพลังงาน DC เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ในระหว่างกระบวนการปลดปล่อยพีซีจะแปลงเอาต์พุตกระแสไฟฟ้าโดยตรงจากแบตเตอรี่เป็นกระแสสลับกันและจ่ายพลังงานให้กับกริดหรือโหลด
พีซีมักใช้เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทางซึ่งสามารถบรรลุการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ ตัวชี้วัดประสิทธิภาพของมันรวมถึงประสิทธิภาพการแปลงปัจจัยพลังงานการบิดเบือนฮาร์มอนิก ฯลฯ ประสิทธิภาพการแปลงสูงหมายความว่ามีการสูญเสียพลังงานน้อยลงในระหว่างกระบวนการแปลงพลังงานไฟฟ้าซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ ปัจจัยพลังงานที่ดีสามารถลดผลกระทบของพลังงานปฏิกิริยาต่อกริดพลังงานและปรับปรุงคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟ การบิดเบือนฮาร์มอนิกต่ำสามารถลดการรบกวนไปยังกริดพลังงานและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของสถานการณ์แอพพลิเคชั่นที่แตกต่างกันระดับพลังงานของพีซีก็แตกต่างกันไปตั้งแต่กิโลวัตต์พลังงานต่ำไปจนถึงเมกะวัตต์พลังงานสูง ในโรงไฟฟ้าที่เก็บพลังงานขนาดใหญ่โมดูลพีซีหลายตัวมักจะใช้แบบขนานเพื่อให้ได้พลังงานที่สูงขึ้นและความจุของระบบ
ระบบการจัดการพลังงาน (EMS): ผู้บัญชาการการดำเนินงานของระบบ
ระบบการจัดการพลังงาน (EMS) เป็น "ผู้บัญชาการ" ของ BESS รับผิดชอบในการตรวจสอบควบคุมและเพิ่มประสิทธิภาพการไหลของพลังงานของทั้งระบบ EMS สื่อสารกับ BMS, พีซีและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องเพื่อให้ได้สถานะการทำงานของระบบแบบเรียลไทม์และข้อมูลเช่นระดับแบตเตอรี่สถานะการชาร์จและการปลดปล่อยแรงดันไฟฟ้ากริดความถี่พลังงานและข้อมูลอื่น ๆ จากนั้นตามกลยุทธ์การควบคุมที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและอัลกอริทึมการเพิ่มประสิทธิภาพ, EMS ประสานงานและควบคุมกระบวนการชาร์จและการปลดปล่อยของระบบเพื่อให้ได้การทำงานที่ดีที่สุดของระบบ
ตัวอย่างเช่นในช่วงระยะเวลาการใช้ไฟฟ้าสูงสุดในกริดพลังงาน EMS จะควบคุมระบบ BESS เพื่อปลดปล่อยไปยังกริดตามสถานการณ์โหลดของกริดและความจุแบตเตอรี่ที่เหลือ ในช่วงระยะเวลาของการใช้ไฟฟ้าต่ำ EMS จะควบคุมพีซีเพื่อชาร์จแบตเตอรี่และเก็บพลังงานส่วนเกิน ในขณะเดียวกัน EMS สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันระหว่างระบบ BESS และอุปกรณ์การผลิตพลังงานหมุนเวียนตามสถานการณ์การผลิตพลังงานของพลังงานหมุนเวียนและปรับปรุงประสิทธิภาพการบริโภคของพลังงานหมุนเวียน นอกจากนี้ EMS ยังมีฟังก์ชั่นการตรวจสอบระยะไกลและการจัดการ ผู้ใช้สามารถตรวจสอบดำเนินงานและจัดการระบบ BESS จากระยะไกลผ่านอินเทอร์เน็ตหรือวิธีการสื่อสารอื่น ๆ เพื่อให้พวกเขาสามารถควบคุมการทำงานของระบบได้อย่างรวดเร็วและปรับกลยุทธ์การทำงานของระบบได้อย่างรวดเร็ว
ส่วนประกอบเสริมอื่น ๆ
นอกเหนือจากส่วนประกอบหลักที่กล่าวถึงข้างต้นระบบ BESS ยังมีส่วนประกอบเสริมบางอย่างเช่นระบบการจัดการความร้อนด้วยแบตเตอรี่ (BTMS) ระบบป้องกันอัคคีภัยระบบตรวจสอบ ฯลฯ ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของระบบ
