Κάτω από την παγκόσμια κλιματική κρίση, η αντικατάσταση ορυκτών καυσίμων με καθαρή ενέργεια έχει γίνει ο θεμελιώδης πορεία για την ανθρωπότητα για την επίτευξη στόχων ουδετερότητας του άνθρακα. Ωστόσο, με τη συνεχή αύξηση του ποσοστού της ασταθούς αιολικής και ηλιακής καθαρής ενέργειας που συνδέεται με το ηλεκτρικό δίκτυο, δημιουργεί τεράστιες προκλήσεις για τη σταθερή λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου. Η τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας επιλύει το πρόβλημα της χωρικής και χρονικής ανισορροπίας στην αιολική και ηλιακή καθαρή ενέργεια, εξασφαλίζει την ασφαλή και σταθερή λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου και αποτελεί ένα νέο τύπο συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας με τη βασική δομή της "αποθήκευσης φορτίου προέλευσης", καθιστώντας μια σημαντική υποστήριξη για την επίτευξη βιώσιμων ενεργειακών λύσεων.
Κοιτάζοντας μπροστά στη βιομηχανία αποθήκευσης ενέργειας το 2025, η συνεχής εμφάνιση λύσεων ολοκλήρωσης συστήματος είναι το κύριο θέμα που διατρέχει τόσο την πλευρά του χρήστη όσο και την πλευρά του δικτύου πηγής. Πώς να ενσωματώσετε βασικά εξαρτήματα όπως πακέτα μπαταριών, μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας (PCS), συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS) και συστήματα διαχείρισης ενέργειας (EMS) μέσω αποτελεσματικών λύσεων για τη μεγιστοποίηση της οικονομίας και της ασφάλειας του συστήματος έχει γίνει η πρώτη αρχή της ανάπτυξης της βιομηχανίας. Η σύνθετη μορφή αποθήκευσης ενέργειας σε συνδυασμό με πολύπλοκες λειτουργίες εφαρμογής έχει θέσει τα θεμέλια για την επανάσταση της τεχνολογίας ενσωμάτωσης. Έτσι, το ερώτημα είναι, τι είδους διαδρομή ολοκλήρωσης πρέπει να επιλεγεί για διαφορετικά σενάρια εφαρμογής τώρα; Πού θα πάει ο μελλοντικός τεχνολογικός χάρτης πορείας;
1. Ενσωμάτωση αποθήκευσης ενέργειας πρώτης γενιάς: Κεντρική λύση
Η κεντρική αποθήκευση ενέργειας είναι η διαδρομή ενσωμάτωσης της πρώτης γενιάς στη βιομηχανία, η οποία συνδέει πολλαπλές συστάδες μπαταριών παράλληλα στην πλευρά DC και σχηματίζει ένα δοχείο μπαταρίας με BMS, σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας, σύστημα αυτόματης πυροπροστασίας και συσκευή διανομής AC/DC. Ταυτόχρονα, στο τμήμα μετατροπέα και ενίσχυσης, οι υπολογιστές και ο μετασχηματιστής συνδυάζονται σε δοχείο ισχύος και τα δύο δοχεία συνδέονται με ένα καλώδιο DC.
Λόγω των πλεονεκτημάτων του χαμηλού κόστους και του χαμηλού τεχνολογικού κατωφλίου, κατέλαβε γρήγορα την αγορά αποθήκευσης ενέργειας και έγινε η πρώτη διαδρομή ενσωμάτωσης της αποθήκευσης ενέργειας της πρώτης γενιάς, που στοχεύει κυρίως σταθμούς παραγωγής ενέργειας μεγάλης κλίμακας στην πλευρά του πλέγματος.
Ωστόσο, μετά από μεγάλο αριθμό λειτουργιών που συνδέονται με το δίκτυο, οι κεντρικές λύσεις αντιμετωπίζουν επίσης πολλά προβλήματα. Πρέπει να ενισχύσουμε μια ιδέα εδώ, το πλήρες κόστος ηλεκτρικής ενέργειας του κύκλου ζωής, το οποίο επηρεάζεται από δύο βασικούς παράγοντες: το πλήρες κόστος επένδυσης του κύκλου ζωής και την πλήρη ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τις κεντρικές λύσεις είναι η αδυναμία επίτευξης της βέλτιστης ικανότητας πλήρους ισχύος κύκλου ζωής.
Μετά από παράλληλη σύνδεση των μπαταριών στην πλευρά DC, λόγω των διαφορών στην ηλεκτρική απόδοση μεταξύ διαφορετικών μπαταριών, κάθε μπαταρία μπορεί να μην φορτιστεί πλήρως ή να απορριφθεί, γεγονός που μπορεί επίσης να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα κυκλοφορίας. Προκειμένου να αποφευχθούν ζητήματα ασφάλειας του συστήματος που προκαλούνται από την κυκλοφορία, ένα περιθώριο 10% θα επιφυλαχθεί κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της εκφόρτισης, γεγονός που μειώνει το βάθος αποθήκευσης και εκφόρτισης. Από την άποψη του σχεδιασμού της διάχυσης θερμότητας, τα δοχεία χρησιμοποιούν συνήθως 1-2 κεντρικά κλιματιστικά και απαιτούν μεγαλύτερους αγωγούς αέρα, με αποτέλεσμα χαμηλή απόδοση ψύξης και μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μέσα στο δοχείο. Αυτό επιδεινώνει την ασυνέπεια των κυττάρων της μπαταρίας και μειώνει τον αριθμό των κύκλων του συστήματος. Για τη διαδικασία μετατροπής, υπάρχουν πολλές συστάδες μπαταριών που συνδέονται με έναν μόνο υπολογιστή και μόλις εμφανιστεί σφάλμα, η απώλεια χωρητικότητας είναι σημαντική, επηρεάζοντας την αποτελεσματικότητα του συστήματος. Η μείωση της χωρητικότητας ισχύος του κύκλου ζωής του κύκλου ζωής σημαίνει ότι οι κεντρικές λύσεις μπορούν να διατηρήσουν μόνο την καλή οικονομική αποτελεσματικότητα μέσω της μείωσης του κόστους. Ωστόσο, η μείωση του κόστους φέρνει επίσης περισσότερα ζητήματα ασφάλειας. Μέχρι στιγμής, οι περισσότεροι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής ενέργειας που έχουν αντιμετωπίσει προβλήματα ασφάλειας έχουν επίσης υιοθετήσει κεντρικές λύσεις. Ταυτόχρονα, από την άποψη της λειτουργίας και της συντήρησης, οι μεγάλες προκατασκευασμένες μονάδες καμπίνας καταλαμβάνουν μια μεγάλη περιοχή, έχουν κακή ευελιξία, δεν υποστηρίζουν την ανάμειξη νέων και παλιών μπαταριών και δυσκολεύονται να αναπληρώσουν την ισχύ. Αυτά τα προβλήματα θα γίνουν σταδιακά εμφανή στη μεταγενέστερη διαδικασία λειτουργίας.
Σε αυτό το στάδιο, η βιομηχανία αποθήκευσης ενέργειας εξακολουθεί να επιδιώκει το βέλτιστο κόστος επενδύσεων και η μείωση του κόστους είναι ο βασικός παράγοντας της τεχνικής σκέψης. Οι λόγοι πίσω από αυτό είναι διπλοί: πρώτον, το ασαφές μοντέλο αποθήκευσης κέρδους της αποθήκευσης ενέργειας και, δεύτερον, το γεγονός ότι τα περισσότερα έργα είναι νέα κατανομή και αποθήκευση ενέργειας και πολλοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αποσκοπούν στην επίτευξη αντίστοιχων στόχων.
2. Ενσωμάτωση αποθήκευσης ενέργειας δεύτερης γενιάς: κατανεμημένη λύση
Ο βασικός λόγος για την ικανότητα χαμηλής ισχύος σε όλο τον κύκλο ζωής των κεντρικών λύσεων είναι στην πραγματικότητα η ασυνέπεια των κυττάρων της μπαταρίας. Εάν κάθε πακέτο μπαταρίας δεν ελέγχεται με ακρίβεια, θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε μείωση του βάθους αποθήκευσης, της αποδοτικότητας του συστήματος και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.
Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, όλοι σκέφτηκαν να συνδέσουν ένα ενεργειακό βελτιστοποιητή σε κάθε μονάδα μπαταρίας
Το σύμπλεγμα μπαταριών συνδέεται με τον δίαυλο DC μέσω αυτού του βελτιστοποιητή ενέργειας (DC/DC) και στη συνέχεια συνδέεται με το πλέγμα μέσω υπολογιστών, το οποίο είναι μια κατανεμημένη λύση. Από την κεντρική έως την κατανεμημένη, ολόκληρο το σύστημα μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια την ισχύ κάθε συστάδας μπαταριών, στην επίλυση των προβλημάτων της ανεπαρκούς φόρτισης, της ελλιπούς εκφόρτισης και του κυκλοφορούντος ρεύματος που προκαλείται από την παράλληλη σύνδεση στην πλευρά DC, βελτιώνοντας σημαντικά το βάθος αποθήκευσης και εκκένωσης του συστήματος και εξασφαλίζοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ωστόσο, λόγω της προσθήκης μονάδων DC/DC, το κόστος του εξοπλισμού έχει αυξηθεί και οι μετατροπείς δύο σταδίων DC/DC και PCS έχουν μειωμένη αποτελεσματικότητα του κύκλου του συστήματος και αυξημένο χρόνο εντοπισμού σφαλμάτων σύνδεσης δικτύου.
Στο επίπεδο της φυσικής ενσωμάτωσης, η κατανεμημένη λύση εξακολουθεί να υιοθετεί τη διάταξη των εμπορευματοκιβωτίων, η οποία δεν μπορεί να επιτύχει ευέλικτη διάταξη εξοπλισμού, απομόνωση ασφαλείας διαμερίσματος και μεγάλο αριθμό μπαταριών που συνδέονται με έναν μόνο υπολογιστή και το πρόβλημα της σημαντικής απώλειας χωρητικότητας μετά την αποτυχία δεν έχει λυθεί.
Με την εμφάνιση κατανεμημένων λύσεων, οι άνθρωποι έχουν μετατοπιστεί από την απλή επιδίωξη του βέλτιστου επενδυτικού κόστους για την επιδίωξη του βέλτιστου κόστους ηλεκτρικής ενέργειας ανά κιλοβατώρα. Η πλήρης ικανότητα ισχύος του κύκλου ζωής έχει καταστεί όλο και πιο σημαντική και η σταδιακή διευκρίνιση των μοντέλων κέρδους αποθήκευσης ενέργειας έχει επίσης αναβαθμίσει τη ζήτηση της βιομηχανίας από την "ολοκλήρωση στόχων διανομής και αποθήκευσης" στο "πώς να επιτευχθεί κέρδη μέσω των σταθμών ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας".
3. Ενσωμάτωση αποθήκευσης ενέργειας τρίτης γενιάς: κατανεμημένη λύση
Είτε πρόκειται για μια κεντρική ή κατανεμημένη λύση, ο πυρήνας της είναι να χρησιμοποιεί παράλληλη σύγκλιση στην πλευρά DC και στη συνέχεια να αναστρέψει μέσω υπολογιστών, καθιστώντας το δοχείο απαραίτητη φυσική μορφή. Ωστόσο, ποτέ δεν κατάφερε να λύσει τα προβλήματα της χαμηλής απόδοσης του συστήματος και του υψηλού κόστους ηλεκτρικής ενέργειας σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής. Από την άλλη πλευρά, με τη συνεχή αύξηση της διαφοράς τιμής μεταξύ της βιομηχανικής και της εμπορικής ηλεκτρικής ενέργειας και της ταχείας αύξησης των κατανεμημένων φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων, έχουν αρχίσει να προκύπτουν μεγάλος αριθμός απαιτήσεων από τους χρήστες. Αυτή τη στιγμή, υπάρχει ένα σημείο ασυμβατότητας μεταξύ της φυσικής μορφής των δοχείων και του σύνθετου εδάφους των βιομηχανικών και εμπορικών φυτών. Ταυτόχρονα, η χωρητικότητα των μπαταριών εμπορευματοκιβωτίων, οι οποίες μπορούν εύκολα να φτάσουν σε πολλά MW, δεν μπορούν να ταιριάξουν με το φορτίο ηλεκτρικής ενέργειας των χρηστών. Χρειαζόμαστε μια πιο ευέλικτη λύση ενσωμάτωσης αποθήκευσης ενέργειας για να αντιμετωπίσουμε τα σημεία πόνου των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας από την πλευρά του χρήστη.
Το μικρό υπουργικό συμβούλιο έχει γίνει η φυσική μορφή της λύσης ενσωμάτωσης ενέργειας τρίτης γενιάς
Με βάση ένα μικρό υπουργικό συμβούλιο, εάν εξακολουθεί να χρησιμοποιείται η παράλληλη σύνδεση DC, εξακολουθεί να απαιτείται ένα μεγάλο γραφείο PCS για να ολοκληρωθεί η εργασία του μετατροπέα, η οποία περιλαμβάνει δύο θέματα. Το ένα είναι ότι οι υπολογιστές υψηλής χωρητικότητας καταλαμβάνουν μια μεγάλη περιοχή και έχουν υψηλές απαιτήσεις για τον ιστότοπο των χρηστών, ο οποίος εξακολουθεί να μην είναι κατάλληλος για πολλά σενάρια. Το δεύτερο σημείο είναι ότι στον βιομηχανικό και εμπορικό τομέα, με τις συνεχείς αλλαγές στο φορτίο ηλεκτρικής ενέργειας του χρήστη, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί η ευελιξία των επιχειρήσεων αναπλήρωσης ισχύος και επέκτασης. Οι υπολογιστές μεγάλης χωρητικότητας είναι δύσκολο να διατηρηθούν η αποτελεσματικότητα του συστήματος μετά την αναπλήρωση και την επέκταση της ισχύος και δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες των χρηστών όσον αφορά την ευελιξία.
Η συστηματοποίηση προϊόντων έχει γίνει η βασική έννοια της λύσης ενσωμάτωσης ενέργειας τρίτης γενιάς
Ως εκ τούτου, ορισμένοι κατασκευαστές πρότειναν να χρησιμοποιήσουν εξαιρετικά ενσωματωμένα συστήματα μπαταριών, υπολογιστές, BMS και συστήματα πυροπροστασίας ελέγχου θερμοκρασίας για τη δημιουργία ολοκληρωμένων μικρών ντουλαπιών, καθιστώντας συστηματικά τα προϊόντα. Χρησιμοποιώντας μικρά ντουλάπια, όχι μόνο μπορούν να ξεπεραστούν οι περιορισμοί των σεναρίων εφαρμογής, αλλά μπορεί επίσης να επιτευχθεί ευέλικτη επέκταση, επίλυση του προβλήματος της αναπλήρωσης ισχύος. Κάθε μικρό υπουργικό συμβούλιο ελέγχεται από ανεξάρτητα BMS και PCS και το βάθος αποθήκευσης μπορεί να φτάσει το 100%. Ο συντονισμός ύψους μεταξύ των υπολογιστών και των συστάδων μπαταριών έχει επίσης σπάσει μέσα από νέα ύψη στην απόδοση του συστήματος.
Οι κατανεμημένες λύσεις έχουν επίσης σημαντικές ανακαλύψεις στην ασφάλεια, καθώς ο φυσικός σχεδιασμός των μικρών ντουλαπιών και η αύξηση της ακρίβειας ελέγχου επιτρέπουν στο σύστημα να εντοπίζει γρήγορα και με ακρίβεια τις προβληματικές μπαταρίες σε περίπτωση κινδύνων ασφαλείας. Ταυτόχρονα, ο κίνδυνος θερμικής διαφυγής ελέγχεται επίσης μέσα σε ένα μόνο ντουλάπι. Όσο βελτιώνεται η αντοχή στη φωτιά και την έκρηξη του υπουργικού συμβουλίου, η περιοχή κρούσης μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά, επιτρέποντας στους πυροσβέστες αρκετό χρόνο για να αντιμετωπίσει τη σκηνή της πυρκαγιάς. Η Singularity Energy ήταν η πρώτη που πρότεινε κατανεμημένες λύσεις και έχει πλέον γίνει ένας αυξανόμενος μονόκερος στον κλάδο. Διάφοροι κατασκευαστές έχουν επίσης υιοθετήσει διανεμημένες λύσεις ενσωμάτωσης για νέα προϊόντα από την πλευρά του χρήστη.
Με την εμφάνιση ολοκληρωμένων λύσεων τρίτης γενιάς, τα κατανεμημένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας δεν χρησιμοποιούνται μόνο ευρέως από την πλευρά του χρήστη, αλλά και συχνά χρησιμοποιούνται σε έργα δικτύου μεγάλης κλίμακας. Η αύξηση της ικανότητας αποθήκευσης και εκφόρτισης πλήρους ζωής, η ασφάλεια και η επιχειρησιακή ευκολία που έφεραν οι διανεμημένες λύσεις έχει κάνει όλο και περισσότερους ιδιοκτήτες και ιδρύματα σχεδιασμού που επιθυμούν να υιοθετήσουν αυτό το νέο μοντέλο. Παρόλο που μπορεί να φέρει κάποιες αρχικές αυξήσεις των επενδύσεων, τα πλήρη οφέλη του κύκλου ζωής είναι ακόμα καλύτερα από τις λύσεις εμπορευματοκιβωτίων. Λαμβάνοντας την αυτόνομη περιοχή Ningxia, η οποία έχει την υψηλότερη αύξηση της νέας αποθήκευσης ενέργειας στην πλευρά του πλέγματος προέλευσης το 2024, ως παράδειγμα, έχουμε δει την μηνιαία έκθεση αποθήκευσης ενέργειας που κυκλοφόρησε από το Power Power Ningxia και επισκέφθηκε πολλούς τοπικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας με ιδρύματα. Οι συνολικές ώρες χρήσης των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν κατανεμημένες λύσεις βρίσκονται σε ηγετική θέση τον τρέχοντα μήνα και η μέση απόδοση μετατροπής πλευρικής μετατροπής είναι πάνω από 90%. Σύμφωνα με ανατροφοδότηση από το προσωπικό του χώρου, την EPC και τον ιδιοκτήτη, λόγω της χρήσης ενός κατανεμημένου συστήματος, η παρακολούθηση έχει γίνει πιο εκλεπτυσμένη και η ασφάλεια έχει βελτιωθεί. Στην πραγματικότητα, το προσωπικό του επιτόπου δεν υποχρεούται να είναι καθήκον στο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής, επιτυγχάνοντας πραγματικά ολοκληρωμένη ηλεκτρονική λειτουργία και συντήρηση.
