Az akkumulátoros energiatároló rendszermegoldás egy integrált csomag – cellák, akkumulátorkezelő rendszer, teljesítményátalakító rendszer, energiakezelő szoftver, hőkezelés és tűzvédelmi hardver –, amelyet egy adott kitöltési tényezőhöz, nem pedig kapacitásszámhoz méreteznek. A megfelelő konfiguráció három dologtól függ, amelyeket meg kell határoznia, mielőtt kapcsolatba lépne bármelyik beszállítóval: a teljesítmény-energia aránytól, a telephely környezeti és helybeli korlátaitól, valamint az alkalmazás által megkövetelt kisütési gyakoriságtól. A kémia ezekből következik, nem pedig fordítva. Két azonos megawattórás névleges teljesítményű projekt eltérő hűtési architektúrát és eltérő tűzvédelmi költségvetést igényelhet.
Mit tartalmaz egy BESS megoldás az akkumulátorokon túl?
Hat egymástól függő alrendszer alkot egy akkumulátoros energiatároló rendszer megoldás; nagy teljesítményű vagy helyszűkében lévő projekteknél a hőmérsékleti határérték általában a többi előtt érvényesül. Az akkumulátormodulok tárolják a töltést. Az akkumulátorkezelő rendszer nyomon követi a cellafeszültséget, a hőmérsékletet és a töltöttségi állapotot. Az energiaátalakító rendszer mindkét irányban mozgatja az energiát az egyenáramú tároló és a váltakozó áramú hálózat vagy terhelés között. Az energiakezelő rendszer dönti el, hogy mikor történjen a töltés és a kisütés, az árjelek, a terhelési profil és a hálózati feltételek alapján. A hőmérséklet-szabályozás a cellákat a működési ablakukon belül tartja. A biztonsági rendszerek észlelik, elszigetelik és elnyomják a meghibásodásokat. A teljes szállítási terjedelem jellemzően magában foglalja az egyenáramú védelmet, a váltakozó áramú kapcsolóberendezéseket, a transzformátort, a mérést, a SCADA-t és a kommunikációt, a segédtápellátást, a gázérzékelést, a szellőztetést, a földelést és a kiberbiztonsági vezérléseket.
Az, hogy melyik korlátozás lép először érvénybe, projektfüggő. Más projekteknél az összekapcsolási kapacitás, a transzformátor vagy a PCS névleges értékei, a helyszín elrendezése és a tűzvédelmi elválasztása, a zajhatárértékek vagy az engedélyezési előírások dominálhatnak, mielőtt bármilyen hőhatárt elérnének. Általánosságban a csatolás érvényes. A PCS névleges értéke felső határt szab arra, hogy milyen gyorsan tud a csomag ciklusokat váltani. A realizált ciklussebesség – amelyet szintén befolyásol a felhasználható energia, az egyenfeszültség-ablak, az épületfelügyeleti rendszer áramkorlátai, valamint a feszültségkorlátok és a hőmérséklet-csökkentés – befolyásolja a hőtermelést. A hőtermelés korlátozza a hűtési architektúrát, a hűtési architektúra pedig a szekrény méretét és a parazita terhelést határozza meg.
A teljesítmény és az energia két különálló specifikáció
Egy akkumulátoros energiatároló rendszer méretezéséhez két független szám szükséges: a megawattban megadott teljesítmény és a megawattórában megadott energia. Ha összekeverjük őket, akkor egy olyan rendszert kapunk, amely megfelelően van méretezve a rossz problémára. A teljesítmény azt írja le, hogy a rendszer mennyi energiát szállít egy adott pillanatban. Az energia azt írja le, hogy mennyi ideig képes fenntartani ezt a teljesítményt. Egy 1 MW / 4 MWh-s rendszer nagyjából négy órán át adja le teljes névleges teljesítményét; egy 1 MW / 1 MWh-s rendszer ugyanezt a pillanatnyi teljesítményt nyújtja körülbelül egy órán át.
Mindkét számnak peremfeltételeknek kell megfelelnie, mielőtt bármit is jelentene egy szerződésben. Meg kell adni, hogy az energia DC névleges vagy AC szállítható, hogy névleges vagy felhasználható-e a SOC tartalék után, hogy az élettartam elején van-e megadva vagy az élettartam végén garantált, és hogy az oda-vissza hatásfok magában foglalja-e a PCS-t és a segédterheléseket. Két, azonos MWh értéket tartalmazó árajánlat jelentősen eltérhet a szállított energia tekintetében, ha ezeket a határértékeket alkalmazzuk.
A teljesítmény és az energia aránya – a C-arány – hasznos elsődleges mutatója a hőigénynek, bár nem helyettesítheti a cellaszintű ellenállásadatokat és az időben felbontott kitöltési tényező modellt. Azonos névleges energiakapacitású és egyenfeszültségű rendszerek esetén a kisütési időtartam négy óráról egyre csökkentése az áramerősséget nagyjából négyszeresére növeli. Egy egyszerűsített állandó ellenállású modell szerint a pillanatnyi I²R hőtermelési teljesítmény körülbelül tizenhatszorosára nő. A teljes kisütés során fellépő kumulatív ellenálláshő körülbelül négyszeresére nő, mivel a kisülés negyedével annyi ideig tart. A tényleges értékek a cella ellenállásától, a töltési állapottól, a hőmérséklettől és a feszültségarchitektúrától függenek.
A csúcsteljesítmény és az összesített energia közötti különbség teszi a hűtési időtartamot, nem pedig a kapacitás kérdésévé. Egy hűtőrendszernek el kell utasítania a pillanatnyi csúcsot; az átlag alábecsüli azt, amivel szembesül. Két azonos energiát tároló rendszer, az egyik egy óránként, a másik pedig négy óránként ciklizálódik, ezért olyan hűtési terheléseket mutat, amelyek sokkal jobban eltérnek, mint a névleges teljesítményük sugallja. Ez az oka annak, hogy a frekvenciaszabályozó eszközök és a négyórás arbitrázseszközök ritkán osztanak meg azonos hűtési architektúrát, még akkor is, ha kapacitásuk megegyezik, és ezért szűkíti le egy magas C-arányú alkalmazás a megvalósítható kémiai anyagok és házak körét, mielőtt bármilyen kereskedelmi preferenciát alkalmaznának.
Ahol a kémia korlátozza a döntést
Az akkumulátorkémia meghatározza a megoldás tervezésének termikus és biztonsági keretét. A konfigurációra gyakorolt gyakorlati hatása azonban szűkebb, mint amit a legtöbb összehasonlító táblázat sugall. A lítium-vas-foszfát általában termikusan stabilabb, mint a... nikkel-mangán-kobalt készítmények, amelyek befolyásolják a rendszerszintű tűzteszt teljesítményét. Az ólom-savas akkumulátorok továbbra is használhatók ott, ahol a költség dominál, és a ciklusok száma alacsony. Az áramlási akkumulátorok a köteg és a tartályok egymástól független méretezésével, alacsonyabb energiasűrűséggel választják le az energiát az energiáról. A nátrium alapú kémiai anyagok egy feltörekvő osztályt képviselnek, amely az anyagbőségen alapul.
A legtöbb útmutató a kémiai összetételt említi elsődleges döntésként, azonban a domináns további következménye a termikus és szabályozási, nem pedig az elektromos. A nagyobb belső termikus stabilitással rendelkező kémiai összetétel javíthatja a rendszer szintű tűzteszt teljesítményét. Az elválasztási távolságokat és a sugárzáselnyomási követelményeket azonban nem kizárólag a kémiai összetétel határozza meg – nem pedig a felsorolt rendszerkonfiguráció, az alkalmazandó szabványkiadás, az UL 9540A tesztadatok, a telepítési elrendezés és az AHJ elfogadása. A hőtani és szabályozási következmények nélkül kiválasztott kémiai összetétel kétszeres döntés.
A hőgazdálkodás az, ahol a BESS konfigurációi eltérnek
A termikus architektúra rendszerszintű útvonalválasztási döntés. Ez az a specifikáció is, amely a legnagyobb valószínűséggel öröklődik vizsgálat nélkül egy másik C-arányhoz készült referenciatervből. A kereskedelmi BESS termékek elsősorban HVAC-alapú megoldásokat használnak. léghűtés vagy közvetett folyadékhűtés. A merülőhűtés egy feltörekvő lehetőség, ahol a hőmérséklet-egyenletesség vagy a terjedési ellenállás az elsődleges, bár a telepítési bázisa és a szolgáltatási ökoszisztéma továbbra is korlátozottabb.
| Hűtési útvonal | Alkalmas | Fő korlát |
|---|---|---|
| Kényszerlevegős (HVAC) | Alacsony C-arányú, mérsékelt környezeti hőmérsékletű, költségérzékeny helyszínek | A levegő alacsony hőkapacitása korlátozza az eltávolítási sebességet; a gradiensek a nagy csomagok között nőnek |
| Közvetett folyadék (hideg lemez) | Közepes vagy magas C-arány, sűrű csomagolás, széles környezeti ingadozások | Hűtőfolyadék-hurkot, szivattyú parazitákat és szivárgási útvonal-tervezést igényel |
| Elmélyülés | Magas C-arány, nagyfokú egyenletesség, terjedési ellenállás prioritás | Folyadékkompatibilitás, súly, szervizelhetőség, korlátozott telepítési bázis |
Konfigurációs döntés során a hőmérséklet-szórást egy adott szinten – cella, modul vagy rack – kell meghatározni, ne csak átlagként, mert az átlaghőmérsékleti adatok nem tudják megkülönböztetni ezt a három útvonalat. A modulok közötti hőmérséklet-egyenetlenség különbségeket okoz a belső ellenállásban, a rendelkezésre álló teljesítményben és az öregedési sebességben. Idővel ezek a különbségek növelik a cellakiegyensúlyozatlanságot, és a BMS eléri a feszültség- vagy hőmérsékleti korlátait a külső modulokon, mielőtt a csomag egésze lemerülne, ami csökkenti a használható rendszerenergiát. Egy olyan útvonal, amely csökkenti az átlaghőmérsékletet, miközben szélesíti a szórást, több használható energiába kerülhet, mint amennyit a hűtési terhelésben megtakarít.
Az útvonalválasztás itt a cikk végét jelenti; a terjedés mögötti mechanizmus a csomag szintű tervezés. Ez a hőút szakaszokban mozog – a cellától és a modultól a hővezető lemezhez őket összekötő hővezető anyagokon keresztül a hőt elvezető folyadékhűtő hurokba. Az Trumonytechs szállítja a csatlakozó anyagokat és a hidegvezető lemez folyadékhűtő komponenseit, amelyek ezekben a középső szakaszokban helyezkednek el. Egy adott anyag vagy lemez illesztése egy réshez, egy összeszerelési feszültséghez vagy egy áramlási célponthoz külön mérnöki lépés, és a modell szintű vezetőképességi vagy szigetelési értékek az ellenőrzött termékadatokhoz tartoznak, nem pedig az útvonalválasztási döntéshez. A terjedés mögött álló hőtermelő források, az optimális lítium-ion üzemi ablakok és a hidegvezető lemez hőátadási kialakítása a következők alá tartozik: az akkumulátorcsomag hőkezelésének optimalizálása, egy csomag szintű réteg az útvonalválasztási döntés alatt. Ahol az útvonal már rögzített, és a kérdés a hardver és a szimuláció hatóköre, az a következővel van tele: az akkumulátor hőkezelése.
A biztonsági alapkövetelményeket meghatározó szabványok
Az Egyesült Államok BESS megfelelősége kiterjed a termékszabványokra, a tűzvédelmi és építési előírásokra, a villamos szerelési követelményekre és a projektspecifikus AHJ-feltételekre. Nincs egyetlen dokumentum sem, amely ezt lefedné. Az UL 9540 az energiatároló rendszerek és berendezések biztonsági szabványa; a rendszerek listázva vannak benne, de nem tanúsítva. Az UL 9540A egy vizsgálati módszer a következők értékelésére: termikus elszabadulás tűzterjedés. Empirikus adatokat állít elő, nem pedig egy sikeres/sikertelen eredményt – olyan adatokat, amelyeket a tervezők és az illetékes hatóságok használnak a távolságok, a szellőztetés és a tűzvédelmi stratégiák meghatározásához. Az UL Solutions szerint ez az értékelés cella-, modul-, egység- és telepítési szinten történik. Az NFPA 855 a helyhez kötött energiatároló rendszerek telepítési szabványa, amely a telephelyi szintű akadályokkal, a tűzoltással, a monitorozással és a szellőztetéssel foglalkozik. Akkor érvényes, ha egy állam, város vagy adminisztratív tanács elfogadta vagy hivatkozott rá.
Az UL 9540, az UL 9540A és az NFPA 855 szabványok az IFC vagy NFPA 1 szabványok, az elektromos telepítésre vonatkozó NEC 706. cikkely, az álló alkalmazásokban használt akkumulátorokra vonatkozó UL 1973, a PCS és összekötő berendezésekre vonatkozó UL 1741 szabvány, valamint a helyi összekapcsolási követelmények mellett helyezkednek el. Az Egyesült Államokon kívüli projektek egyenértékű keretrendszerek szerint működnek, a szokásos referenciapontok az IEC 62619 és az IEC 62933 sorozat. A konfiguráció rögzítése előtt ellenőrizze a célpiacra vonatkozó szabványkészletet.
Mivel az UL 9540A eredmények befolyásolják az NFPA 855 követelmények szigorúságát, a rendszer tesztadatai befolyásolják a helyszíni költségeket az alapozás kiöntése előtt. Az adatok kérése helyszíni költségbemenet, nem pedig megfelelőségi formalitás. A jelentés csak akkor segít, ha a tesztelt konfiguráció megfelel a javasolt telepítésnek. Ellenőrizze, hogy mely kiadások vonatkoznak a célterületen, mivel a követelmények kapacitás, távolság, valamint lakossági és nem lakossági telepítés szerint eltérőek.
Melyik változót kell először megerősíteni
Mielőtt bármilyen további specifikációs munka megkezdődne, két bemeneti adatot kell meghatározni: a munkaciklust (kisütés időtartama, napi ciklusok száma, kisütési mélység) és a helyszín hő- és térbeli burkolatait (környezeti tartomány, rendelkezésre álló helyigény, beltéri vagy kültéri elhelyezés).
Mindkettő költséges vagy később lehetetlen megváltoztatni. A munkaciklust a kereskedelmi alkalmazás határozza meg, és a telephely általában fix eszköz. Más változók bizonyos rugalmasságot biztosítanak a koncepciótervezés során, de a kémiai anyagokat, a burkolat architektúráját és a beszállítói platformot rögzíteni kell a részletes engedélyeztetés, a tűzvizsgálat és az üzemi egyensúly megtervezése előtt. Ezen tevékenységek mindegyike fix bemenetként használja fel a korábbi választásokat. Egy rugalmas változó rögzítése egy fix változó előtt a BESS beszerzésében a leggyakoribb hibamódot eredményezi: egy olyan rendszert, amely helyesen épül fel egy specifikáció szerint, de már nem felel meg az alkalmazásnak.
Rövid időtartamú, csak biztonsági mentést biztosító alkalmazásokhoz, ahol nincs időbeli eltolódás és nincs igény szerinti terhelés, egy generátor vagy szünetmentes tápegység (UPS) rendelkezhet alacsonyabb beépített áramerősséggel. leszállított kilowattóránkénti költség. Az akkumulátoros tárolást érdemes megkérdőjelezni. A tisztességes összehasonlításhoz egy életciklus-modellre van szükség, amely kiterjed a kiesések gyakoriságára és időtartamára, az üzemanyag-ellátásra és a karbantartásra, a kibocsátási és zajkorlátozásokra, a válaszidőre, a kereslet-díj megtakarításokra, a hálózati szolgáltatási vagy kapacitásbevételekre, valamint a ki nem szolgált terhelés költségére. Az energiatárolás általában ott keletkezik, ahol egyszerre több funkciót lát el. Az egyetlen funkciót is magában foglaló eset is megállja a helyét, de tesztelni kell, nem pedig feltételezni.
Az árajánlatok összehasonlítása előtt írásban megerősítendő paraméterek:
| Paraméter | Mit kell megerősíteni |
|---|---|
| Névleges váltóáram | Folyamatos és túlterhelési besorolás |
| Hasznos váltakozó áramú energia | BOL-on és EOL-on garantáltan |
| Időtartam | Névleges AC kimeneten |
| Oda-vissza hatékonyság | Vizsgálati határ és segédterhelések |
| Elérhetőség | Meghatározás és kizárások |
| Hőmérséklet egyenletessége | Mérési szint: cella, modul vagy rack |
| Segédfogyasztás | Készenléti és teljes terheléses állapotok |
| Lebomlás | Naptári és kerékpáros feltételezések |
| Tűzvizsgálat | Pontosan tesztelt konfiguráció |
| Garancia | Áteresztőképesség, ciklusok, SOC és hőmérsékleti korlátok |
Hol kezdjem a BESS specifikáció kidolgozását?
Két változó befolyásolja a döntést: az alkalmazás által előírt kitöltési tényező, valamint a telephely által biztosított hő- és térbeli burok. Ha ezeket meghatározzuk, a kémia, a hűtési útvonal és a burkolat kevesebb találgatással követhető. Minden további tényező – a degradációs előrejelzések, a tűzvédelmi költségvetés, az alapterület – ezekből öröklődik.
Ami továbbra is projektspecifikus, az a kitöltési tényező és a helyi szabályozási környezet közötti kölcsönhatás, amelyet egyetlen cikk sem old meg távolról. Ahol egy csomag hűtési feltételezését egy alacsonyabb C-arányú referenciatervből veszik át ellenőrzés nélkül, a szokásos eredmény elfogadható átlaghőmérsékletek elfogadhatatlan modulonkénti szórás mellett. Az ebben a szakaszban végrehajtott korrekció egy újratervezés, nem pedig hangolási gyakorlat. Az Trumonytechs hideglemezes és folyadékhűtéses alkatrészei pontosan ezen a ponton végzik a munkájukat, az útvonalakat egy megadott kitöltési tényezőhöz, nem pedig egy névleges teljesítményhez viszonyítva mérlegelve, mivel ezek a működési pontokon térnek el leginkább, ahol a névleges értékek konvergálnak.
A következő beszállítói megbeszélés előtt össze kell gyűjteni a kisülés időtartamát és a napi ciklusszám profilját, a csúcs- és átlagos energiafogyasztást, a telephely éves környezeti hőmérsékleti tartományát, a rendelkezésre álló helyigényt és beltéri vagy kültéri elhelyezést, a hálózati összekapcsolási korlátot, valamint az AHJ jelenlegi álláspontját a telepítési szintű tűzvizsgálatokkal kapcsolatban. E hat bemeneti adat birtokában a beszállító méretezni tudja a rendszert, és árat szabhat a hő- és biztonsági hatókörének anélkül, hogy feltételezésekre hivatkozna az adatok helyett.
Ahol ez a cikk véget ér
Három döntés esik e cikk keretein kívül, mindegyikhez külön útmutató tartozik:
- Hűtőhurok és hűtőlemez kialakítása – miután a nyomvonalat rögzítették, következik a csatorna geometriájának, az áramláskiegyenlítésnek és a szivattyú méretezésének meghatározása. Lásd: folyadékhűtő rendszer tervezése elektromos járművek akkumulátorához és ESS hőkezeléshez.
- Hőmegfutás megelőzése rendszerszinten – a szabványokkal foglalkozó rész itt csak a megfelelőségi koordinátákat adja meg; a terjedési ellenállás mögött meghúzódó mérnöki munkát a Hogyan lehet megelőzni a hőmegfutást a BESS-ben?.
- Telepített költségtartományok – ez a cikk szándékosan kerüli az áradatokat, mivel azok a kémiával, a piaccal és a mérettel együtt változnak. A jelenlegi tartományok a következők: napelemes tárolórendszer költsége.
GYIK
A nagyobb MWh névleges teljesítmény hosszabb élettartamú rendszert jelent?
Nem. A kapacitás határozza meg az időtartamot, nem az élettartamot. Ciklusélet a kisülési mélységtől, az üzemi hőmérséklettől és a C-aránytól függ – egy nagyméretű, forró éghajlaton intenzíven üzemeltethető rendszer gyorsabban elhasználódhat, mint egy kisebb, óvatosan üzemeltetett rendszer.
Mi a különbség az AC és az DC névleges kapacitás között?
Az egyenáramú kapacitást az akkumulátor kivezetésein mérik. A váltóáramú kapacitás az, ami a PCS átalakítás és a segédterhelések után a csatlakozási ponton eléri az áramot. A leadható váltóáramú energia mindig alacsonyabb, és ez a különbség a segédterhelés fogyasztásának növekedésével növekszik, ezért a hűtési architektúra befolyásolja a jótállásra igénybe vehető darabszámot.
Megváltoztatható a hűtési architektúra a telepítés után?
Ritkán történik jelentős átdolgozás nélkül, mivel az útvonal meghatározza a burkolat geometriáját, a szerkezeti terhelést és gyakran magát a csomag kialakítását is.
Minden BESS telepítéshez szükséges az UL 9540A tesztelés?
A követelmények a kapacitás, az elkülönítési távolság és a telepítés típusa szerint változnak, az alkalmazandó kiadás pedig a joghatóságtól függ. Ahelyett, hogy általános szabályt feltételeznénk, egyeztessen az Ahjun-nal.
Mit kell tartalmaznia egy BESS vizsgálatnak?
Üzemi tényező, a helyszín környezeti tartománya, a helyigény és elhelyezés, az összekapcsolási korlát, valamint az AHJ álláspontja a tűzvizsgálattal kapcsolatban. Ezek nélkül a beszállító feltételezésekkel helyettesíti az adatokat, és az árajánlat a feltételezéseket tükrözi a helyszín helyett.
További olvasmányok
- UL 9540A tesztmódszer akkumulátoros energiatároló rendszerekhez (BESS) — UL Solutions (szabványügyi testület). Meghatározza a cella/modul/egység/telepítés tűzterjedési vizsgálatát; az adatokat a tervezők és az épületgépészek használják az elkülönítési és tűzvédelmi intézkedések meghatározásához, ami alátámasztja a cikk azon állítását, hogy az UL 9540A eredmények kérése a helyszíni költségekhez kapcsolódik, nem pedig formalitás.
- Energiatároló rendszerek (ESS) telepítési előírásai és követelményei – GYIK — UL Solutions. Tisztázza, hogy mely előírások és tesztszintű követelmények vonatkoznak a lakossági és nem lakossági telepítésekre és kiadásokra, támogatva a szabványok alapvonalát.
- NFPA 855, Helyhez kötött energiatároló rendszerek telepítésére vonatkozó szabvány — NFPA (szabványügyi testület). A védelmi gátakra, a zajcsökkentésre, a monitorozásra és a szellőztetésre vonatkozó telephelyi szintű telepítési szabvány; erősítse meg az Ön joghatóságában elfogadott kiadást az AHJ-nél.
Kapcsolódó cikkek
- Mi az az energiacella? Akkumulátormérnöki meghatározás, tervezés és hőkezelés — A cellát az itt tárgyalt MW/MWh és a termikus határértékek mögötti építőelemként határozza meg egységszinten.
- Mi az a virágföld: Felhasználás és előnyök — Elmagyarázza, hogyan védik és hővel párosítják a kiöntőanyagok az akkumulátorcsomagok hűtőfolyadék-útvonala mentén elhelyezkedő elektronikáját.
- Mi a különbség a cserepezés és a tömítés között? — Két védelmi módszert választ szét, amelyek közül a csomagtervező mérnök választhat a modulok és az elektronika tokozásakor.
- Melyek a legjobb anyagok az EV akkumulátorok lezárására? — Áttekinti az akkumulátorcsomagok tömítési és csatlakozóanyag-lehetőségeit, kiterjesztve a csatlakozóanyag-lépést a hőútban.
- Hőpaszta alternatíva: Mérnöki opciók és hogyan válasszuk ki — Összehasonlítja a tervezett hőillesztőfelület-opciókat, amelyek a cellákat a hideglemezhez csatlakoztatják a cella-hűtőközeg útvonalon.
