Jednostavno rečeno, skladištenje energije je proces skladištenja neiskorištene energije i njezinog ponovnog korištenja kada je to potrebno. U području energije, tehnologija skladištenja energije igra ključnu ulogu jer omogućuje stabilnu proizvodnju nestabilnih obnovljivih izvora energije kao što su solarna energija i energija vjetra, osiguravajući kontinuiranu opskrbu električnom energijom za naš svakodnevni život i rad. Među njima, litij-ionska elektrokemijska pohrana energije postala je jedna od tehnologija pohrane energije koja se najbrže razvija zbog svoje visoke gustoće energije, dugog životnog vijeka i brze reakcije.
1 Osnovni uvod
Sustav za pohranu energije sastoji se od baterije, električnih komponenti, mehaničke potpore, sustava grijanja i hlađenja (sustav toplinskog upravljanja), dvosmjernog sustava za pretvorbu energije, sustava upravljanja energijom i sustava upravljanja baterijom. Baterija je raspoređena, povezana i sastavljena u baterijski modul, a zatim fiksirana i sastavljena zajedno s drugim komponentama unutar kućišta kako bi se formirao baterijski ormarić.
Generalizirana definicija: Skladištenje energije odnosi se na skladištenje energije. Odnosi se na ciklički proces pohranjivanja energije kroz medij ili uređaj i njezino otpuštanje u određenom obliku na temelju budućih potreba primjene.
Usko definirano: za skladištenje električne energije. Niz tehnologija i mjera koje koriste kemijske ili fizičke metode za pohranjivanje generirane energije i oslobađanje u obliku električne energije kada je to potrebno. (Svi naredni uvodi ograničeni su na usku definiciju pohrane električne energije)
1. Terminologija i definicije
Baterija: Kao jedan od ključnih tehnoloških pravaca za novo skladištenje energije, nove baterije za skladištenje energije igraju važnu ulogu u povećanju udjela potrošnje obnovljive energije i osiguravanju sigurnog i stabilnog rada elektroenergetskog sustava. Litijske baterije, kao ključni uređaji za pohranjivanje energije, "središte" su koje određuje napredak elektrokemijskog pohranjivanja energije. Litijeve baterije dijele se na litij željezo fosfatne baterije i ternarne litijeve baterije prema različitim materijalima pozitivnih elektroda. Tržištem pohrane energije uglavnom dominiraju litij-željezo-fosfatne baterije, a eliminacija vršne razlike između dana i noći glavni je scenarij primjene sustava za pohranu energije. Vrijeme korištenja proizvoda izravno utječe na prihode projekta. Jedinice za pohranu energije, koje se obično odnose na baterije, osnovni su uređaji koji se koriste u sustavima za pohranu energije za pohranu i oslobađanje električne energije.
Ćelija: jedna baterija, najmanja jedinica baterije.
Baterijski modul/paket: Standardni paket za niz pojedinačnih baterija.
Stalak za baterije/klaster: jedinica za pohranu energije sastavljena od niza baterijskih modula.
Ploča za prikupljanje baterija (BCP): Nalazi se između police za baterije i pretvarača za pohranu energije, slično fotonaponskoj kutiji za kombiniranje istosmjerne struje.
Power Conversion System (PCS): dvosmjerni DC/AC pretvarač.
Sustav upravljanja baterijom (BMS): Inteligentno upravljanje i održavanje raznih baterijskih jedinica kako bi se spriječilo prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje, produljilo trajanje baterije i nadgledalo stanje baterije.
Materijal pozitivne elektrode: Dio baterije koji prolazi kroz oksidacijske reakcije. Uobičajeni materijali za pozitivne elektrode uključuju litij kobalt oksid (LiCoO2), litij željezo fosfat (LiFePO4), litij nikal mangan kobalt oksid (NMC) itd.
Materijal negativne elektrode: Dio baterije koji prolazi reakciju redukcije. Uobičajeni materijali za negativne elektrode uključuju grafit, silicij, kositar, itd. Elektrolit: medij za prijenos iona u baterijama, koji može biti tekući ili čvrsti (kruti elektrolit). Elektroliti omogućuju kretanje iona između pozitivnih i negativnih elektroda, dovršavajući proces punjenja i pražnjenja.
Dijafragma: nalazi se između pozitivne i negativne elektrode, njezina je funkcija spriječiti izravan kontakt između pozitivne i negativne elektrode od uzroka kratkog spoja, dok dopušta prolaz iona.
Sakupljač struje: obično izrađen od metala kao što su bakar i aluminij, koristi se za prijenos struje baterije u vanjski krug.
Kućište baterije: vanjska struktura baterije koja se koristi za zaštitu unutarnjih komponenti i pružanje mehaničke podrške.
Sustav upravljanja baterijama (BMS): odgovoran je za nadzor i upravljanje procesom punjenja i pražnjenja baterija, osiguravajući njihov siguran rad i optimizirajući njihovu izvedbu i životni vijek.
Sustav upravljanja energijom (EMS): To je inteligentni sustav koji integrira softver i hardver, koji se koristi za praćenje, kontrolu i optimizaciju protoka i potrošnje energije u energetskim sustavima. Temelji se na prikupljanju podataka, analizi i tehnologiji podrške odlučivanju, koja može pratiti radni status, potrošnju energije i okolišne uvjete energetske opreme u stvarnom vremenu, čime se postiže učinkovito upravljanje i optimizacija energije.
Sustav grijanja, ventilacije i klimatizacije (HVAC): obično se koristi u spremnicima baterija kako bi se osigurala ventilacija, odvođenje topline i izolacija baterija.
Kapacitet baterije: Količina napunjenosti Q koja se može zadržati ili otpustiti, tj. kapacitet baterije (Ah)=struja (A) x vrijeme pražnjenja (h), obično se mjeri u Ah (amper sati). Na primjer, ako je baterija za pohranu energije označena kao 96Ah, teoretski se može koristiti 1 sat pri radnoj struji od 96A.
Energija baterije: Energija pohranjena u bateriji, mjerena u Wh (watt sati), gdje je Wh jednako naponu (V) pomnoženom s kapacitetom baterije (Ah). Primjerice, baterija od 3,2V/96Ah ima energiju 307,2Wh, a spojimo li četiri takve baterije u seriju, formiramo baterijski paket napona 12,8V i kapaciteta 96Ah. Iako se kapacitet baterije ne povećava, ukupna energija se povećava četiri puta.
Brzina pražnjenja punjenja (C-Rate): Brzina pražnjenja odnosi se na trenutnu vrijednost potrebnu za pražnjenje njenog nazivnog kapaciteta unutar određenog vremena, koja je brojčano jednaka višekratniku nazivnog kapaciteta baterije. Naime, struja punjenja i pražnjenja (A) podijeljena s nazivnim kapacitetom (Ah), pri čemu je jedinica općenito C (skraćeno od C-rate), kao što je 0.5C, 1C, itd.
Zajamčeni kapacitet napajanja (GPC): minimalni kapacitet koji oslobađa sustav za pohranu energije unutar određenog razdoblja korištenja.
Učinkovitost povratnog putovanja (RTE): omjer ukupne količine električne energije oslobođene iz AC terminala kada je baterija potpuno napunjena i količine električne energije potrebne za potpuno punjenje AC terminala, uzimajući u obzir gubitke opreme i vlastitu potrošnju tijekom punjenja i pražnjenje.
Životni vijek baterije: životni vijek baterije podijeljen je na dva parametra: ciklusni vijek i kalendarski vijek trajanja. Životni vijek baterije odnosi se na broj ciklusa punjenja i pražnjenja baterije. Pod idealnim uvjetima temperature i vlažnosti, punite i praznite nazivnom strujom i izračunajte broj ciklusa koje baterija prođe kada njezin kapacitet padne na 80%. Kalendarski životni vijek odnosi se na vremenski raspon tijekom kojeg baterija doseže kraj svog vijeka trajanja (opadanje kapaciteta na 80%) pod određenim uvjetima korištenja. Općenito, može se procijeniti manja vrijednost od ta dva.