Ένα πλήρες σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας (BESS) απαιτεί προσοχή σε δύο κύριους δείκτες απόδοσης: ο ένας που σχετίζεται με την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας και τη χρήση, δηλαδή, που σχετίζεται με τη χωρητικότητα. και το άλλο σχετίζεται με την ικανότητα αναπλήρωσης ή απελευθέρωσης ενέργειας, δηλαδή, που σχετίζεται με την ισχύ. Η σχέση μεταξύ αυτών των δύο πλευρών χρησιμοποιείται συχνά για να διακρίνει εάν το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας είναι-προσανατολισμένο στην ενέργεια ή στην ενέργεια-.
Χωρητικότητα συστήματος αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας
Αυτή η μέτρηση αντιπροσωπεύει τη θεωρητική μέγιστη ενεργειακή χωρητικότητα που μπορεί να κρατήσει ένα σύστημα αποθήκευσης, συνήθως εκφρασμένη σε κιλοβατώρες-ώρες (kWh) ή μεγαβάτ-ώρες (MWh). Αυτή είναι μια από τις πιο σημαντικές παραμέτρους ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας. Ωστόσο, η πραγματική χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητά του επηρεάζεται από το βάθος εκφόρτισης της μπαταρίας (DOD) και την απόδοση του συστήματος.
Η χωρητικότητα ενός BESS (Battery Energy Storage System) δίνει έμφαση στην ποσότητα ενέργειας που μπορεί να παραχθεί ή να χρησιμοποιηθεί, η οποία είναι διαφορετική από τον ορισμό της χωρητικότητας της μπαταρίας. Η χωρητικότητα της μπαταρίας αναφέρεται γενικά στη χωρητικότητα μιας μπαταρίας υπό ορισμένες συνθήκες (ρυθμός εκφόρτισης, θερμοκρασία, τάση τερματισμού, κ.λπ.) και μετράται σε αμπέρ-ώρες (Ah), που αντιπροσωπεύει το ολοκλήρωμα του ρεύματος με την πάροδο του χρόνου.
Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας: Μέγιστη ισχύς συστήματος
Η μέγιστη ισχύς του συστήματος αντανακλά τη μέγιστη χωρητικότητα φόρτισης και εκφόρτισης του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας και γενικά εκφράζεται σε κιλοβάτ (kW) ή μεγαβάτ (MW). Αυτός ο δείκτης απόδοσης καθορίζεται από τη σχεδίαση ολόκληρου του κύριου κυκλώματος, συμπεριλαμβανομένης της μπαταρίας, του κυκλώματος μετάδοσης DC, του PCS και της σύνδεσης AC, ακόμη και των απωλειών κατά τη λειτουργία στη μέγιστη ισχύ (αυτές οι απώλειες θα μετατραπούν κυρίως σε θερμότητα), γεγονός που επηρεάζει τη σχεδίαση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας και άλλου βοηθητικού εξοπλισμού. Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με την ίδια χωρητικότητα μπορεί να έχουν σημαντικά διαφορετικές λειτουργίες λόγω διαφορών στη μέγιστη ισχύ. Ακόμη και το ίδιο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας θα έχει μια τετραγωνική διαφορά στην απόδοση λόγω διαφορετικών επιπέδων ισχύος λειτουργίας.
Όταν η παράμετρος ισχύος είναι σχετικά μεγάλη σε σύγκριση με την παράμετρο χωρητικότητας, όπως 1 MW/500 kWh, ονομάζεται σύστημα αποθήκευσης ενέργειας τύπου ισχύος-. Αντίθετα, εάν είναι 500 kW/1 MWh, ονομάζεται σύστημα αποθήκευσης ενέργειας τύπου-ενέργειας. Επομένως, μερικές φορές εισάγεται η έννοια του χρόνου, όπως ο πρώτος χαρακτηρίζεται ως 1 MW/0,5 h και ο δεύτερος ως 500 kW/2 h.
Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας: Απώλεια ενέργειας και απόδοση
Η απόδοση ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας αντανακλά την απώλεια ενέργειας κατά τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης. Μπορεί να γίνει κατανοητό ως ο λόγος της ενέργειας που απελευθερώνεται από το σύστημα προς την ενέργεια που φορτίζεται σε αυτό, γνωστή και ως απόδοση του κύκλου. Αυτή η απώλεια δεν σχετίζεται μόνο με τον τεχνικό τύπο της μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας αλλά εξαρτάται και από ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως το σύστημα μετατροπής ισχύος (PCS). Με στενή έννοια, η απόδοση του συστήματος αντικατοπτρίζει πρωτίστως τις απώλειες στο κύριο κύκλωμα κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, από την μπαταρία, το δίαυλο DC, το PCS και τέλος στον μετασχηματιστή (εάν υπάρχει). Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές μηχανικής, η κατανάλωση ενέργειας του βοηθητικού εξοπλισμού, όπως το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας, συχνά περιλαμβάνεται στη συνολική απώλεια, επηρεάζοντας έτσι τη συνολική απόδοση.
Σχήμα: Σχέση ενεργειακού ισοζυγίου BESS
Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας: Αριθμός κύκλων
Ο αριθμός των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης μιας μπαταρίας καθορίζει τη διάρκεια ζωής της. Σε ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, λόγω της υψηλής αξίας της μπαταρίας, η διάρκεια ζωής της καθορίζει και τη διάρκεια ζωής ολόκληρου του συστήματος. Η υποβάθμιση της διάρκειας ζωής του κύκλου οδηγεί σε αύξηση της εσωτερικής αντίστασης, η οποία με τη σειρά της αυξάνει τις απώλειες και την παραγωγή θερμότητας, επιταχύνοντας περαιτέρω τη διαδικασία υποβάθμισης. Επιπλέον, η συχνή υπερφόρτιση και η υπερβολική εκφόρτιση προκαλούν την επαναλαμβανόμενη διάλυση και εναπόθεση μεταλλικών ουσιών στον ηλεκτρολύτη, η οποία επηρεάζει επίσης σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την ασφάλεια του κύκλου της μπαταρίας.
Για έναν συγκεκριμένο τύπο μπαταρίας ιόντων λιθίου-, ο αριθμός των κύκλων υπό συνθήκες φόρτισης 1C και εκφόρτισης 1C δείχνει σημαντικές διαφορές σε διαφορετικά βάθη εκφόρτισης (DOD), όπως φαίνεται στο σχήμα.
Κόστος συστήματος αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας
Το κόστος των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας σχετίζεται στενά με τη χωρητικότητα, την ισχύ και το περιβάλλον λειτουργίας του συστήματος. Γενικά, σε συστήματα αποθήκευσης{1}}τύπου ενέργειας, το κόστος των μπαταριών αντιπροσωπεύει ένα σχετικά υψηλό ποσοστό. ενώ σε συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικού-τύπου, το κόστος των μπαταριών είναι σχετικά χαμηλότερο. Ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, το κόστος της μπαταρίας αποτελεί επί του παρόντος το κύριο μέρος του συνολικού κόστους BESS και θα είναι επίσης ο κύριος τομέας για τη μείωση του κόστους στο μέλλον.
Η μονάδα κόστους μπορεί να εκφραστεί ως γιουάν/kWh ή γιουάν/kW, αλλά καμία δεν αντιπροσωπεύει πλήρως και με ακρίβεια τη σημασία της. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να προσδιορίζονται ταυτόχρονα τόσο η χωρητικότητα όσο και η ισχύς κατά τη διάρκεια των συζητήσεων για συγκεκριμένα έργα.
Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας: κόστος Χρόνος απόκρισης
Για το BESS (Battery Energy Storage Systems), τόσο η μετατροπή ισχύος όσο και ο χρόνος απόκρισης βρίσκονται στο εύρος χιλιοστών του δευτερολέπτου, το οποίο είναι αρκετό για εφαρμογές συστημάτων ισχύος. Εδώ το BESS υπερέχει σε σύγκριση με άλλες μεθόδους αποθήκευσης φυσικής ενέργειας, όπως η αποθήκευση ενέργειας με σφόνδυλο και η αντλούμενη-αποθηκευτική υδροηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, λόγω περιορισμών στην τάση, στις μεθόδους εγκατάστασης και στη χωρητικότητα της μπαταρίας, η ισχύς και η χωρητικότητα μιας μεμονωμένης μονάδας BESS είναι σχετικά περιορισμένες. Επομένως, σε μεγάλης κλίμακας-σταθμούς παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας, όπως αυτός που αποτελείται από δεκάδες συμβατικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας χαμηλής-τάσης 5 MW/2h παράλληλα συνδεδεμένα, το σημείο συμφόρησης στον χρόνο απόκρισης θα περιοριστεί κυρίως από τη μέθοδο επικοινωνίας και τον μηχανισμό προγραμματισμού. Θα επηρεαστεί επίσης από λειτουργίες όπως ο συντονισμός ισχύος και η καταστολή του κυκλοφορούντος ρεύματος μεταξύ των παράλληλων συσκευών. Ο χρόνος απόκρισης{10}}σε επίπεδο τελικού σταθμού μπορεί να είναι εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου ή ακόμη και δευτερόλεπτα. Φυσικά, μια μεμονωμένη μονάδα BESS 5MW/2h είναι απλώς ένα υποθετικό παράδειγμα. Η ίδια η υπερβολική παράλληλη σύνδεση των μπαταριών εγκυμονεί σημαντικούς κινδύνους για την ασφάλεια. Η επίλυση αυτού του προβλήματος απαιτεί αλλαγές στις μεθόδους ομαδικού ελέγχου και καινοτομίες και εφαρμογές νέων τεχνολογιών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, όπως η απευθείας σύνδεση υψηλής{15}}τάσης.
Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας: Άλλα χαρακτηριστικά
Σε άλλα σενάρια εφαρμογών ή οικονομικές αναλύσεις, χρησιμοποιούνται επίσης έννοιες όπως η ειδική ενέργεια (αναλογία ενέργειας-προς-μάζας, Wh/kg), ειδική ισχύς (αναλογία ισχύος-προς-μάζας, kW/kg) και ενεργειακή πυκνότητα ανά μονάδα επιφάνειας (ενέργεια-προς{{5}) ώρα W/m². Αυτές οι έννοιες είναι σχετικές για τον υπολογισμό του κόστους μεταφοράς του έργου και των απαιτήσεων χρήσης γης.