Giải thích về các thành phần của hệ thống lưu trữ năng lượng pin: Tế bào, BMS, PCS, v.v.

Một kỹ sư cơ sở đánh giá dự án lưu trữ năng lượng pin 500 kW / 1 MWh thường so sánh vòng đời, giá mỗi kilowatt giờ và chế độ bảo hành. Những con số đó quan trọng nhưng chúng không nói lên toàn bộ câu chuyện. Hiệu suất thực sự của một Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) đến từ cách các thành phần của nó hoạt động cùng nhau: các tế bào, hệ thống quản lý pin (BMS), hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS), hệ thống quản lý năng lượng (EMS), hệ thống quản lý nhiệt và cơ sở hạ tầng phòng cháy chữa cháy. Một tế bào chất lượng cao vẫn hoạt động kém nếu BMS hạn chế hoạt động của nó, nếu PCS cắt nguồn điện hoặc nếu chiến lược làm mát cho phép nhiệt độ thay đổi. Kết luận rất trực tiếp: trước khi chọn BESS, hãy hiểu từng thành phần và cách nó ảnh hưởng đến sự an toàn, hiệu quả và tuổi thọ sử dụng.

Hệ thống pin: Pin, mô-đun và gói

Hệ thống pin là nơi năng lượng điện được lưu trữ hóa học. Đơn vị chức năng nhỏ nhất là tế bào, chứa cực âm, cực dương, chất điện phân và chất phân tách. Trong các ứng dụng cố định, lithium-sắt-phosphate (LFP) là hóa chất phổ biến nhất vì tính ổn định nhiệt và vòng đời dài, trong khi niken-mangan-coban (NMC) cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhưng phải trả giá bằng việc quản lý nhiệt chặt chẽ hơn. Thành phần hóa học tế bào được chọn cho một dự án đặt ra cơ sở cho mức độ an toàn và tốc độ xuống cấp của toàn bộ hệ thống.

Các ô được kết nối nối tiếp và song song để tạo thành các mô đun; các mô-đun được tập hợp thành gói; và các gói được lắp đặt vào giá đỡ hoặc tủ. Hệ thống phân cấp này xác định điện áp định mức, công suất và diện tích vật lý của hệ thống lưu trữ. Đối với người xây dựng gói, tìm nguồn cung ứng tế bào pin từ một lô sản xuất duy nhất làm giảm đáng kể nguy cơ mất cân bằng tế bào và sai lệch công suất sớm.

Các nhà sản xuất pin - Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Ninh Ba Nxten Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Ninh Ba Nxten là nhà sản xuất và nhà máy tùy chỉnh Pin Trung Quốc, Giới thiệu sản phẩm: Bột lithium-ion... Xem sản phẩm →

Đối với những người mua không muốn tự lắp ráp các gói hàng của mình, hãy sử dụng các gói phù hợp mô-đun pin rút ngắn thời gian lắp ráp và loại bỏ phần lớn thử nghiệm nội bộ. Dù bạn đi theo con đường nào, hãy kiểm tra các điểm sau:

Pin Lithium Iron Phosphate, Nhà sản xuất mô-đun pin Lithium Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Ninh Ba Nxten là nhà sản xuất pin lithium iron phosphate và nhà máy sản xuất mô-đun pin lithium tại Trung Quốc, OEM/... Xem sản phẩm →

• Vòng đời ở độ sâu xả dự kiến, không chỉ giá trị trong bảng dữ liệu được đo ở 25°C.
• Kết hợp giữa các tế bào về điện áp và điện trở trong trước khi lắp đặt.
• Thiết kế thanh cái và kết nối để có điện trở thấp và phân phối dòng đều.
• Xếp hạng IP và xếp hạng độ rung của vỏ gói đối với môi trường tại chỗ.

Tỷ lệ giữa công suất định mức và năng lượng dự trữ cũng thúc đẩy việc lựa chọn thành phần. Hệ thống 1 MW / 2 MWh có thời gian phóng điện khoảng hai giờ; hệ thống 1 MW / 4 MWh cung cấp bốn giờ. Công suất năng lượng cao hơn trên mỗi giá có nghĩa là nhiều ô hơn trên mỗi mô-đun và chú ý nhiều hơn đến thiết kế nhiệt. Nếu thông số kỹ thuật của dự án được nêu là công suất và thời lượng tối đa, hãy xác minh rằng số lượng tế bào, xếp hạng PCS và công suất làm mát đều phù hợp với mục tiêu đó.

Hệ thống quản lý pin: Bộ não an toàn

BMS giám sát điện áp, dòng điện và nhiệt độ ở cấp độ tế bào. Nó ước tính trạng thái sạc (SoC) và trạng thái sức khỏe (SoH), thực hiện cân bằng tế bào và kích hoạt bảo vệ bất cứ khi nào một tham số vượt quá giới hạn của nó. Trong các hệ thống lắp đặt lớn hơn, BMS chính giao tiếp với PCS và EMS để yêu cầu giảm công suất hoặc ngắt kết nối hoàn toàn. Chức năng cốt lõi của nó là:

1. Bảo vệ quá áp và thiếu điện áp để ngăn ngừa hư hỏng tế bào vĩnh viễn.
2. Bảo vệ quá nhiệt và quá dòng để giảm nguy cơ thoát nhiệt.
3. Cân bằng thụ động hoặc chủ động giữ tất cả các tế bào bên trong một cửa sổ điện áp hẹp.
4. Báo cáo SoC và SoH cung cấp khả năng theo dõi bảo hành và tối ưu hóa EMS.

Hệ thống chuyển đổi năng lượng: Giao diện lưới

PCS là bộ biến tần hai chiều có chức năng chuyển đổi nguồn DC từ pin thành nguồn AC cho lưới điện và đảo ngược dòng điện trong quá trình sạc. Nó kiểm soát tốc độ sạc và xả, duy trì điện áp và tần số trong giới hạn mã lưới và cung cấp phản hồi nhanh cần thiết cho các dịch vụ lưới điện. Hiệu suất khứ hồi của phần cứng PCS hiện đại vượt quá 97% , nhưng giá trị thực tế nhìn thấy tại hiện trường phụ thuộc vào điểm vận hành, cỡ cáp và tổn thất máy biến áp.

Tốc độ phản hồi là một điểm khác biệt. Việc điều chỉnh tần số yêu cầu phản ứng của PCS trong vòng một phần nghìn giây và việc chuyển đổi liền mạch từ sạc sang xả sẽ tránh dòng điện tăng đột biến có thể gây căng thẳng cho pin. Cấu trúc liên kết PCS cũng tuân theo kiến ​​trúc dự án: bộ biến tần trung tâm xử lý các khối nguồn lớn và tiết kiệm chi phí cho các nhà máy quy mô tiện ích, trong khi bộ biến tần chuỗi chia hệ thống thành các đơn vị nhỏ hơn để bảo trì dễ dàng hơn và có tính sẵn sàng cao hơn trong lắp đặt thương mại và công nghiệp. Bản thân PCS tạo ra nhiệt, do đó vỏ của nó phải được làm mát đầy đủ và liên kết DC giữa pin và biến tần phải được hợp nhất và bảo vệ theo định mức dòng điện sự cố của pin.

Hệ thống quản lý năng lượng: Lớp quyết định

EMS quyết định thời điểm hệ thống sạc, thời điểm xả và ở mức công suất nào. Nó hoạt động với dữ liệu đầu vào như:

• Biểu giá điện cho thời điểm cao điểm và chênh lệch giá năng lượng.
• Dự báo tải và thế hệ tái tạo để điều phối tối ưu.
• Tín hiệu lưới hoặc lệnh điều khiển trực tiếp cho các chương trình đáp ứng nhu cầu.
• Giới hạn hoạt động của pin được báo cáo bởi BMS.

Hãy xem xét một người dùng thương mại về biểu giá theo thời gian sử dụng: sạc từ hệ thống năng lượng mặt trời vào giữa ngày và xả vào giờ cao điểm buổi tối có thể cắt giảm phí nhu cầu một tỷ lệ đáng kể mỗi tháng. Giá trị đó chỉ hiện thực hóa khi EMS nhận được dữ liệu tải chính xác và BMS cho phép độ sâu xả cần thiết. Nếu không có sự phối hợp hợp lý, pin vẫn có thể bị sạc một phần khi đạt đỉnh điểm. Trong hệ thống dân dụng, EMS thường chạy dưới dạng chương trình cơ sở bên trong biến tần lai; trong các dự án quy mô thương mại và tiện ích, nó thường là bộ điều khiển riêng biệt hoặc nền tảng đám mây được kết nối với SCADA.

Quản lý nhiệt và HVAC

Nhiệt độ là yếu tố mạnh nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phai màu của dung lượng; nhiệt độ thấp làm giảm dung lượng sử dụng và tăng nguy cơ mạ lithium trong quá trình sạc nhanh. Hệ thống quản lý nhiệt giữ các tế bào bên trong cửa sổ được khuyến nghị, thường là 15 °C đến 35 °C đối với hóa học LFP . Việc lựa chọn giữa làm mát bằng không khí và bằng chất lỏng có tác động trực tiếp đến hiệu suất và ngân sách.

Làm mát bằng chất lỏng đang trở thành giải pháp mặc định cho các hệ thống lắp đặt tiện ích và thương mại lớn vì nó giữ nhiệt độ tế bào lan truyền ở mức nhỏ và cho phép mật độ năng lượng cao hơn bên trong vỏ bọc. Quyết định có nên sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng chất lỏng phụ thuộc vào quy mô dự án, nhiệt độ môi trường và kiểu tải. Ở những vùng có khí hậu nóng, thùng chứa được làm mát bằng không khí có thể cần thêm luồng không khí thông gió, điều này mang nhiều bụi và độ ẩm vào thùng chứa hơn; làm mát bằng chất lỏng giữ cho ngăn chứa pin được kín và giảm tải cho thùng chứa HVAC, với chi phí bảo trì thêm máy bơm và đường ống. Đối với những người mua muốn có giải pháp tiền chế, gói lưu trữ năng lượng pin làm mát bằng chất lỏng kết hợp các tế bào, BMS và phần cứng nhiệt trong một đơn vị được thử nghiệm.

Các nhà sản xuất gói lưu trữ năng lượng pin làm mát bằng chất lỏng - Ninh Ba Nxten Energy Te Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Ninh Ba Nxten là nhà sản xuất và nhà máy tùy chỉnh Gói lưu trữ năng lượng pin làm mát bằng chất lỏng của Trung Quốc, Mô tả sản phẩm... Xem sản phẩm →

Cơ sở hạ tầng an toàn và chữa cháy

Phòng cháy chữa cháy không phải là một tùy chọn bổ sung. Một BESS hoàn chỉnh phải bao gồm phát hiện khí hydro và hơi điện phân, phát hiện khói, cảm biến nhiệt và hệ thống triệt tiêu. Các phương pháp ngăn chặn phổ biến bao gồm:

• Làm sạch hệ thống chất dập tắt mà không để lại cặn trên thiết bị điện tử.
• Hệ thống phun sương nước để bảo vệ toàn bộ thùng chứa trong các hệ thống lắp đặt lớn.
• Chất khí dung và chất đẩy rắn để bảo vệ cấp độ tủ nhỏ gọn.

Thiết kế vỏ bọc cũng quan trọng không kém: lỗ thông hơi giảm áp, ngăn chứa pin kín và vật liệu chống cháy. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn như UL 9540A và NFPA 855 hiện là kỳ vọng cơ bản của hầu hết các dự án. Cách bố trí thùng chứa cũng đóng một vai trò quan trọng trong vấn đề an toàn: các giá đỡ pin phải được đặt cách nhau để bảo trì và hạn chế tích tụ nhiệt giữa các giá đỡ liền kề. Việc phát hiện khí phải lấy mẫu ngăn liên tục và hệ thống triệt tiêu sẽ tự động kích hoạt trước khi nhiệt độ đạt đến mức tới hạn. Người vận hành nên lên lịch kiểm tra định kỳ chuỗi phát hiện vì không thể tin cậy vào một hệ thống triệt tiêu không bao giờ được kiểm tra.

Nguồn phụ, thiết bị chuyển mạch và giám sát

Ngoài các khối chức năng chính, mọi BESS đều cần có thiết bị điện phụ trợ: Thiết bị đóng cắt và cầu chì DC, cầu dao AC, máy biến áp tăng áp, đo doanh thu, hệ thống nối đất và cổng giám sát địa điểm cung cấp nền tảng SCADA. Việc nối đất đúng cách sẽ ngăn chặn sự cố gia tăng và đo lường chính xác sẽ đo năng lượng thực được cung cấp. Giám sát tốt cũng phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ bất thường giữa các tế bào để người vận hành có thể can thiệp trước khi xảy ra lỗi.

Kiến trúc truyền thông cũng quan trọng như hệ thống dây điện. BMS thường giao tiếp với PCS qua CAN, trong khi bộ điều khiển địa điểm giao tiếp với EMS và SCADA qua Modbus TCP hoặc IEC 61850. Đảm bảo nhà cung cấp cung cấp hỗ trợ đầy đủ cho các giao thức được sử dụng bởi nền tảng giám sát của bạn và có thể áp dụng các bản cập nhật chương trình cơ sở mà không cần đưa hệ thống ngoại tuyến trong thời gian dài. Đối với các chủ sở hữu thương mại và công nghiệp, việc giám sát từ xa giúp giảm chi phí bảo trì và cung cấp dữ liệu vận hành cần thiết cho các báo cáo hiệu suất và yêu cầu bảo hành.

Tại sao thiết kế thành phần tích hợp lại thắng

Mỗi thành phần trong BESS đều có một công việc cụ thể nhưng hệ thống chỉ hoạt động tốt khi tất cả chúng hoạt động như một. BMS xác định các giới hạn, PCS chuyển đổi nguồn điện, EMS đưa ra quyết định và hệ thống phòng cháy và nhiệt giữ mọi thứ an toàn. Các thành phần không khớp tạo ra sự kém hiệu quả, xuống cấp nhanh hơn và có thể tránh được rủi ro về an toàn.

Đây là lý do tại sao phương pháp sản xuất tích hợp lại quan trọng. Một nhà cung cấp như NXTEN, chuyên kiểm soát sản xuất tế bào, lắp ráp mô-đun, xây dựng gói và tích hợp hệ thống , có thể kết hợp tất cả các thành phần ở giai đoạn thiết kế, kiểm tra hệ thống hoàn chỉnh cùng nhau và đưa ra một điểm bảo hành duy nhất. Khi bạn đưa ra yêu cầu báo giá, hãy bao gồm hồ sơ tải, mục tiêu tự tiêu thụ hoặc khả năng phục hồi mục tiêu, phạm vi nhiệt độ môi trường, dấu chân có sẵn và thời gian phản hồi cần thiết. Yêu cầu nhà sản xuất nêu rõ mức chênh lệch nhiệt độ thiết kế, hiệu suất khứ hồi được đảm bảo và các điều kiện gắn liền với bảo hành vòng đời. Những chi tiết này tiết lộ liệu hệ thống được thiết kế tổng thể hay chỉ được lắp ráp từ các bộ phận.