En poques paraules, l'emmagatzematge d'energia és el procés d'emmagatzemar energia no utilitzada i reutilitzar-la quan sigui necessari. En l'àmbit de l'energia, la tecnologia d'emmagatzematge d'energia té un paper crucial, ja que permet una producció estable de fonts d'energia renovables inestables com l'energia solar i eòlica, proporcionant un subministrament continu d'electricitat per a la nostra vida diària i el nostre treball. Entre ells, l'emmagatzematge d'energia electroquímica d'ions de liti s'ha convertit en una de les tecnologies d'emmagatzematge d'energia de més ràpid desenvolupament a causa de la seva alta densitat d'energia, llarga vida útil i ràpida velocitat de resposta.
1 Introducció bàsica
El sistema d'emmagatzematge d'energia consta d'una bateria, components elèctrics, suport mecànic, sistema de calefacció i refrigeració (sistema de gestió tèrmica), sistema de conversió d'energia bidireccional, sistema de gestió d'energia i sistema de gestió de bateries. La bateria es disposa, es connecta i es munta en un mòdul de bateria, i després es fixa i es munta juntament amb altres components dins de l'armari per formar l'armari de la bateria.
Definició generalitzada: l'emmagatzematge d'energia fa referència a l'emmagatzematge d'energia. Es refereix al procés cíclic d'emmagatzemar energia a través d'un mitjà o dispositiu i alliberar-la d'una forma específica en funció de les necessitats d'aplicació futures.
Definit de manera estreta: per a l'emmagatzematge d'energia elèctrica. Una sèrie de tecnologies i mesures que utilitzen mètodes químics o físics per emmagatzemar l'energia generada i alliberar-la en forma d'energia elèctrica quan sigui necessari. (Totes les introduccions posteriors es limiten a la definició limitada d'emmagatzematge d'energia elèctrica)
1. Terminologia i definicions
Bateria: com una de les vies tecnològiques clau per al nou emmagatzematge d'energia, les noves bateries d'emmagatzematge d'energia tenen un paper important per augmentar la proporció del consum d'energia renovable i garantir el funcionament segur i estable del sistema elèctric. Les bateries de liti, com a dispositius clau d'emmagatzematge d'energia, són el "centre" que determina el progrés de l'emmagatzematge d'energia electroquímica. Les bateries de liti es divideixen en bateries de fosfat de ferro de liti i bateries de liti ternàries segons diferents materials d'elèctrode positiu. El mercat d'emmagatzematge d'energia està dominat principalment per bateries de fosfat de ferro de liti i l'eliminació de la diferència màxima de la vall entre el dia i la nit és l'escenari principal d'aplicació dels sistemes d'emmagatzematge d'energia. El temps d'ús del producte afecta directament els ingressos del projecte. Les unitats d'emmagatzematge d'energia, normalment referides a bateries, són els dispositius bàsics utilitzats en els sistemes d'emmagatzematge d'energia per emmagatzemar i alliberar energia elèctrica.
Cel·la: una única bateria, la unitat més petita d'una bateria.
Mòdul/paquet de bateries: un paquet estàndard per a una sèrie de bateries individuals.
Bastidor/clúster de bateries: unitat d'emmagatzematge d'energia formada per una sèrie de mòduls de bateries.
Panell de recollida de bateries (BCP): Situat entre el bastidor de bateries i l'inversor d'emmagatzematge d'energia, semblant a una caixa combinadora de CC fotovoltaica.
Sistema de conversió d'energia (PCS): Un inversor DC/AC bidireccional.
Sistema de gestió de la bateria (BMS): gestió i manteniment intel·ligent de diverses unitats de bateria per evitar la sobrecàrrega i la sobredescàrrega, allargar la vida útil de la bateria i controlar l'estat de la bateria.
Material de l'elèctrode positiu: Part de la bateria que pateix reaccions d'oxidació. Els materials d'elèctrodes positius comuns inclouen òxid de cobalt de liti (LiCoO2), fosfat de ferro de liti (LiFePO4), òxid de cobalt de liti níquel manganès (NMC), etc.
Material de l'elèctrode negatiu: Part de la bateria que experimenta una reacció de reducció. Els materials d'elèctrodes negatius comuns inclouen grafit, silici, estany, etc. Electròlit: el medi per al transport d'ions a les bateries, que pot ser líquid o sòlid (electròlit sòlid). Els electròlits permeten que els ions es moguin entre elèctrodes positius i negatius, completant el procés de càrrega i descàrrega.
Diafragma: situat entre els elèctrodes positius i negatius, la seva funció és evitar que el contacte directe entre els elèctrodes positius i negatius provoqui un curtcircuit, alhora que permet el pas dels ions.
Col·lector de corrent: fet típicament de metalls com el coure i l'alumini, utilitzat per transmetre el corrent d'una pila de bateria a un circuit extern.
Carcassa de la bateria: l'estructura externa d'una bateria que s'utilitza per protegir els components interns i proporcionar suport mecànic.
Sistema de gestió de bateries (BMS): encarregat de supervisar i gestionar el procés de càrrega i descàrrega de les bateries, assegurant el seu funcionament segur i optimitzant-ne el rendiment i la vida útil.
Sistema de gestió d'energia (EMS): és un sistema intel·ligent que integra programari i maquinari, utilitzat per supervisar, controlar i optimitzar el flux i el consum d'energia en sistemes energètics. Es basa en la recollida de dades, l'anàlisi i la tecnologia de suport a les decisions, que pot controlar l'estat de funcionament, el consum d'energia i les condicions ambientals dels equips energètics en temps real, aconseguint així una gestió eficient i optimització de l'energia.
Sistema de calefacció, ventilació i aire condicionat (HVAC): normalment s'utilitza en contenidors de bateries per garantir la ventilació, la dissipació de la calor i l'aïllament de les bateries.
Capacitat de la bateria: la quantitat de càrrega Q que es pot contenir o alliberar, és a dir, capacitat de la bateria (Ah)=actual (A) x temps de descàrrega (h), normalment mesurada en Ah (amperes hores). Per exemple, si la bateria d'emmagatzematge d'energia està etiquetada com a 96Ah, teòricament es pot utilitzar durant 1 hora amb un corrent de treball de 96A.
Energia de la bateria: l'energia emmagatzemada en una bateria, mesurada en Wh (watts hora), on Wh és igual al voltatge (V) multiplicat per la capacitat de la bateria (Ah). Per exemple, una bateria de 3,2 V/96 Ah té una energia de 307,2 Wh, i si connectem quatre d'aquestes bateries en sèrie, formem un paquet de bateries amb una tensió de 12,8 V i una capacitat de 96 Ah. Tot i que la capacitat de la bateria no augmenta, l'energia total augmenta quatre vegades.
Taxa de descàrrega de càrrega (C-Rate): la taxa de descàrrega es refereix al valor actual necessari per descarregar la seva capacitat nominal en un temps especificat, que és numèricament igual a un múltiple de la capacitat nominal de la bateria. És a dir, el corrent de càrrega i descàrrega (A) dividit per la capacitat nominal (Ah), amb la unitat generalment C (abreviatura de taxa C), com ara 0.5C, 1C, etc.
Capacitat d'energia garantida (GPC): la capacitat mínima alliberada per un sistema d'emmagatzematge d'energia durant un període d'ús especificat.
Eficiència d'anada i tornada (RTE): la relació entre la quantitat total d'electricitat alliberada del terminal de CA quan la bateria està completament carregada i la quantitat d'electricitat necessària per carregar completament el terminal de CA, tenint en compte les pèrdues d'equip i l'autoconsum durant la càrrega i descàrrega.
Cicle de vida: la vida útil d'una bateria es divideix en dos paràmetres: cicle de vida i vida del calendari. El cicle de vida es refereix al nombre de vegades que una bateria pot fer cicles durant la càrrega i la descàrrega. En condicions ideals de temperatura i humitat, carregueu i descarregueu al corrent nominal i calculeu el nombre de cicles que experimenta la bateria quan la seva capacitat disminueix al 80%. La vida útil del calendari fa referència al període de temps durant el qual una bateria arriba al final de la seva vida útil (la capacitat disminueix fins al 80%) en condicions d'ús específiques. En general, es pot avaluar el valor més petit dels dos.