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Batterie-Energiespeichersysteme Einführung
Glossar der Begriffe
Notstrom nach einem katastrophalen Netzausfall bieten Batterien eine aktive Leistungs- und Energiereserve, die Übertragungs- und Verteilungsleitungen mit Strom versorgen, Startstrom für Generatoren bereitstellen oder eine Referenzfrequenz bereitstellen kann.
Dekarbonisierung ist die Reduzierung von Kohlendioxidemissionen und Treibhausgasen in die Atmosphäre durch die Verwendung von kohlenstoffarmen Energiequellen.
Lastnivellierung/-management stellt eine nachfrageseitige kundenbezogene Dienstleistung bereit. Zu den Lastmanagementdiensten gehören die Verwaltung der Stromqualität, der Stromzuverlässigkeit (netzgekoppelter oder Microgrid-Betrieb), der zeitversetzten Bereitstellung von elektrischer Energie im Einzelhandel, des Lastmanagements und der Maximierung des Verbrauchs erneuerbarer Energien, was sich auf das Laden des Batteriespeichersystems in Zeiten bezieht, in denen erneuerbare Energien verfügbar sind um die maximale erneuerbare Energie aus dem Batteriesystem zu verbrauchen, oder anders gesagt, tagsüber mit Solar und bei starkem Wind oder nachts mit Wind zu laden.
Die Spitzenkapazität ist die verfügbare Batteriekapazität, um die höchste Energiemenge zu unterstützen, die ein Endverbraucher in einem festgelegten Zeitraum aus dem Netz bezieht.
Peak Shaving ist das Ausgleichen von Spitzen im Stromverbrauch, indem Batterien bei niedrigen Tarifen geladen und bei hohen Stromtarifen entladen werden.
Unterübertragungsspannungen sind Netzspannungen von 4 kV - 69 kV.
Superkondensator/Ultrakondensator ist ein Hochleistungskondensator mit einem viel höheren Kapazitätswert als andere Kondensatoren, aber mit niedrigeren Spannungsgrenzen, der die Lücke zwischen Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbaren Batterien schließt. (1
Übertragungsspannungen sind Netzübertragungsleitungsspannungen von 138 kV - 765 kV.
1) https://en.wikipedia.org/wiki/Superkondensator
Überblick
Um sich ein klares Bild von Batterie-Energiespeicherprodukten und -dienstleistungen zu machen, die von Industrieanbietern angeboten werden, muss man ein grundlegendes Verständnis der Rolle von Batterien in einem Batterie-Energiespeichersystem haben. Sie werden zum Speichern von Energie verwendet, die andere elektronische und/oder elektromechanische Komponenten antreibt, um Strom zu erzeugen. Diese Komponenten werden mit Batterien verwendet, um ein vollständiges Batterie-Energiespeichersystem zu schaffen, das in der gesamten Elektrizitäts-Wertschöpfungskette eingesetzt werden kann.
Ziel
Sol Donum™ entwickelt und fertigt schlüsselfertige Batterie-Energiespeichersystemprodukte. Dieses Dokument bietet eine einführende Zusammenfassung von Batterie-Energiespeichersystemen und wie sie die Elektrizitäts-Wertschöpfungskette („das Netz“) von der Stromerzeugung bis zum Stromverbraucher des Endverbrauchers unterstützen. Dadurch wird dem Leser ein besseres Verständnis dafür vermittelt, was unsere Produkte leisten und wie wichtige Anwendungen von Batteriespeichern zur Unterstützung der Netzbetriebsstabilität eingesetzt werden.
Was ist eine Batterie für ein Energiespeichersystem?
Energiespeichersystem (BESS) ist der generische Referenzname der Industrie für eine Sammlung von Geräten, die Energie in Batterien speichern, die später bei Bedarf verwendet werden, und die Batterien mit einem elektrischen Netzwerk verbinden. Ein typisches BESS besteht aus folgenden Komponenten:
- Batterien und Batteriemanagementsystem; Wechselrichter oder Stromrichter für Wechselspannung; Schaltgeräte und Schutzschaltungen; Transformator und Kontroll- und Managementsystem.
Die Vorteile der Batteriespeicherung
Da das Netz dezentraler wird, können die Benutzer von mehreren Anwendungen gespeicherter Energie profitieren, was zu positiven Investitionsrenditen in Bereichen wie der Reduzierung von CO2-Emissionen, der Optimierung und der Aufrechterhaltung der Betriebskontinuität (COOP) führt, wenn die Stromqualität schwankt oder der Strom ausfällt. Spezifische Vorteile:
- Private und gewerbliche Nutzer, die Energiespeicher mit Solarenergie für das Lastmanagement verbinden, können auch von der Verfügbarkeit von Notstrom, Energiekosteneinsparungen oder netzunabhängigem Strom profitieren. Frequenzregulierung, Notstromversorgung oder andere Hilfsdienste für Versorgungsunternehmen. Die für erneuerbare Energien gespeicherte Kapazität kann als Backup-Strom des Versorgungsunternehmens verwendet werden, wenn es keine Sonne gibt. Reduzierung der Schwankungen der erneuerbaren Energieerzeugung durch Bereitstellung eines Puffers. Bereitstellung von Infrastrukturunterstützung für das flüchtige Laden von Elektrofahrzeugen. Senkung oder Eliminierung der Stromgebühren im Zusammenhang mit kurzfristiger Spitzenlast.
Die Stromwertschöpfungskette und Batteriespeicherung
Die Elektrizitäts-Wertschöpfungskette (auch bekannt als elektrische Energie-Wertschöpfungskette) wird gemeinhin als „das Netz“ bezeichnet. Es besteht aus verschiedenen Segmenten (Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung), um den Endverbrauchern Strom zuzuführen. Abbildung 1 skizziert die verschiedenen Segmente der Elektrizitäts-Wertschöpfungskette, Batterieanwendungen und den angewandten Batteriezweck in jedem Segment.
Abbildung 1, Elektrizitäts-Wertschöpfungskette. Batterieanwendung und Verwendungszweck in jedem Segment.
Batterien in der Stromwertschöpfungskette verbinden
Die meisten Batterien sind Geräte, die Energie als Gleichstrom (DC) abgeben, wobei der Strom in eine Richtung fließt. Das Netz besteht hauptsächlich aus Wechselstrom (AC), bei dem der Strom in eine Richtung und dann in die andere Richtung fließt (große Netzübergangspunkte verwenden Megavolt-Gleichstrom). Die Wechselstromrichtung ändert sich im US-amerikanischen Stromnetz etwa 60 Mal pro Sekunde und in anderen Regionen der Welt, z. B. in Europa, 50 Mal pro Sekunde. Daher werden spezialisierte Leistungsumwandlungsgeräte verwendet, um DC-Batterieenergie in AC-Energie des Netzes umzuwandeln
2) https://engineering.mit.edu/engage/ask-an-engineer/whats-the-difference-between-ac-and-dc/
Arten von Energiespeicherbatterien
Batterien sind die wichtigste, aber nicht die einzige Komponente eines Batterie-Energiespeichersystems. Batterien speichern Energie, die später verwendet wird, um Lasten direkt oder über Leistungsumwandlungsgeräte wie DC-zu-AC-Wechselrichter und DC-zu-DC-, AC-zu-DC- oder AC-zu-AC-Wandler zu versorgen. Batterien können mechanisch (Schwungrad, Wasserspeicher, Schwerkraftsystem usw.), elektrochemisch (Lithium-Ionen, versiegelte Bleisäure usw.) oder ein elektrisches Gerät (Super-/Ultrakondensatoren) sein und können in Größe und Leistung variieren von:
- 3,7-VDC-Lithium-Ionen-Batteriespeichersysteme in Mobiltelefonen; Solargeneratorbatterien, die mehrere Kilowatt abgeben, um kleine Geräte zu betreiben; Lithium und versiegelte Blei-Säure-Batterien für das ganze Haus; PV-Installationsbatterien; 800 VDC, 70 kWh-Batterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, Batterien für Rechenzentren von mehreren hundert Watt bis 10 MW, bis; Netzstützende Batterien bei Tausenden von Volt mit Speicherkapazitäten bis in den Gigawattbereich.
Unabhängig von Größe und Typ ist das Konzept dasselbe: Batterien speichern Energie, die zu einem späteren Zeitpunkt verwendet wird, um in Sekunden, Minuten, Stunden, Tagen oder länger Strom bereitzustellen. Abbildung 2 zeigt Batterietypen, die hauptsächlich für die Speicherung von Netzenergie verwendet werden, nach Entladezeit (Zeit, die eine Batterie eine Last versorgen kann), Speicherkapazität (wie viel Energie eine Batterie speichern kann) und Anwendungsfällen. Je nach Anwendung dominiert Lithium-Ionen den Bereich von 1 kW bis 10 MW, während mechanische Batterien den Bereich von 10 MW bis 1 GW dominieren.
Abbildung 2, Batterietypen und Kapazitäten. Veranschaulicht, wie sie verwendet werden und ihre Leistungsfähigkeit.
Batteriespeicherkapazität nach Anwendung
Batterien werden in verschiedenen Anwendungen basierend auf einer Metrik verwendet, die als Größe, Gewicht und Leistung (SWAP) bekannt ist, zusammen mit Spannung, Entlade- und Laderate, Kosten, Sicherheit und Betriebsumgebung. Zusammen beeinflussen diese Faktoren das Design des Ingenieurs bei der Auswahl einer Batterie zur Versorgung einer bestimmten Last. Unter Bezugnahme auf die Batteriespeicherkapazitätsachse in Abbildung 2, beginnend bei 1 kW (1000 Watt) bis 1 GW (1.000.000.000 Watt), ist Tabelle 1 ein Beispiel für Batterieanwendungsfälle nach Batteriespeicherkapazität:
| Bereich | 1 kWh - 5 kWh | 5 kWh - 10 kWh | 10 kWh - 100 kWh | 100 kWh - 10 MWh | 10 MWh und höher |
|---|---|---|---|---|---|
| Anwendungsfälle | Netzunabhängige Solargeneratoren; RV-Leistung; Utility Vehicle Power und; Meeresenergie | Peak Shaving, Lastnivellierung und Off-Grid Power für private PV-Anlagen. | Kommerzielle und private Sicherung, Lastausgleich und netzunabhängige Stromversorgung. | USV für Rechenzentren; Sub-Transmissi on Support und; Telekom-Backup | Utility Sub-Transmissi on und Transmission Support |
Tabelle 1, Batterieanwendungen und -nutzung über Speicherkapazitätssegmente hinweg, 1 kWh - 1 GWh.
Abschluss
Batterien werden immer wichtiger für die Aufrechterhaltung der Qualität, Effizienz, Gesundheit, Wirksamkeit und Stabilität der gesamten Elektrizitäts-Wertschöpfungskette und für die Bereitstellung von Energiespeichern für kleinere elektrische Lasten und netzunabhängige Systeme. Der Import von Batterien zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität, zur Unterstützung der Dekarbonisierung, der Netzdezentralisierung und des steigenden Energiebedarfs sowie zur Senkung der Energiekosten wird mit der Nachfrage der Endverbraucher nach Strom weiter zunehmen, wodurch die Technologie für die weltweite Energieerzeugung und -bereitstellung unerlässlich wird.
Über Sun Gift™
Sol Donum™ (www.soldonum.com) ist ein in den USA ansässiger Entwickler und Integrator von Energietechnologie, der 2019 gegründet wurde. Unsere Produkte sind für den Betrieb in den härtesten Umgebungen ausgelegt und unser Bereich für professionelle Dienstleistungen bietet Engineering und technischen Support für Batteriespeicher- und Energielösungen in der Umgebung unsere Technologie. Mit unserer einzigartigen IT- und Energiesystemerfahrung leisten wir unseren Beitrag zu einer dezentralisierten und dekarbonisierten Energiezukunft durch unsere Energiespeicherprodukte, die die vorhandene elektrische Energie ergänzen, zur Kosteneinsparung unabhängig arbeiten oder direkte Notstromversorgung für die Betriebskontinuität bereitstellen. Unsere Produkte eignen sich für Anwendungsfälle im Bereich von 1,5 kWh bis 10 MWh. Wir freuen uns über Ihren Anruf oder Ihre E-Mail, um zu besprechen, wie wir Batteriespeicher für Ihr Unternehmen bereitstellen können info@soldonum.com.
DUNS: 122232337 | KÄFIG: 93ML5 | NAICS: 335911, 335999, 541330 | PSC: 6117, 6130, 6140
Akronyme
A - Ampere
AC - Wechselstrom
BESS - Batterie-Energiespeichersystem
COOP - Betriebskontinuität
DC - Gleichstrom
EV - Elektrofahrzeug
GW - Gigawatt
GWh - Gigawattstunde
Hz - Hertz KW - Kilowatt
kWh - Kilowattstunden
LFP - Lithium-Ferro-Phosphat
LiFePo4 - Lithiumeisenphosphat
MW – Megawatt MWh – Megawattstunde
ROI – Return on Investment
SWAP - Größe, Gewicht und Leistung
USV - Unterbrechungsfreie Stromversorgung
