Czym jest system magazynowania energii w bateriach (BESS)?

System magazynowania energii oparty na bateriach (BESS) to urządzenie przechowujące energię elektryczną w bateriach w celu późniejszego wykorzystania. Ładuje się z sieci, paneli słonecznych lub innych źródeł generacji w okresach niskiego zapotrzebowania lub wysokiej generacji, a rozładowuje się w okresach szczytowego zapotrzebowania lub gdy generacja jest niedostępna. Dla zakupujących z sektora komercyjnego i przemysłowego zrozumienie architektury BESS, opcji chemii baterii oraz klasyfikacji skalowych jest kluczowe przy podejmowaniu świadomych decyzji zakupowych.

Podstawowe składniki BESS

System magazynowania energii w postaci akumulatorów składa się z pięciu głównych komponentów. Moduły akumulatorów przechowują energię elektryczną, zwykle wykorzystując ogniwach litowo-żelazowo-fosforanowych (LiFePO4) lub litowo-manganowo-kobaltowych (NMC). System zarządzania akumulatorami (BMS) monitoruje napięcie, temperaturę i prąd przepływający przez poszczególne ogniwa, zapewniając wielopoziomową ochronę przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem oraz zdarzeniami termicznymi. System konwersji mocy (PCS) lub falownik przekształca stałą napięcie wyjściowe akumulatora (DC) na przemienną (AC) do połączenia z siecią lub odbiornikami. Obudowa zapewnia ochronę przed czynnikami zewnętrznymi; stopień ochrony IP65 umożliwia montaż na zewnątrz. System zarządzania temperaturą reguluje temperaturę akumulatorów w celu utrzymania ich wydajności i bezpieczeństwa. Moduły LiFePO4 o wymiarach 651,5 mm × 445 mm × 235 mm oraz o parametrach 51,2 V i 100 Ah integrują te komponenty w zwartej, montowanej na ścianie konstrukcji.

Porównanie chemiczne baterii

Wybór chemii akumulatora określa profil bezpieczeństwa systemu magazynowania energii (BESS), jego żywotność cyklową oraz całkowity koszt posiadania. Akumulatory LiFePO4 osiągają odporność na niestabilność termiczną powyżej 500 stopni Celsjusza, podczas gdy komórki NMC osiągają niestabilność termiczną przy temperaturze około 200 stopni Celsjusza. LiFePO4 zapewnia 6000 lub więcej cykli ładowania w porównaniu do 2000–3000 cykli dla NMC. W zastosowaniach wymagających ponad 10-letniej eksploatacji dłuższa żywotność cyklowa LiFePO4 zmniejsza częstotliwość wymiany i obniża całkowity koszt posiadania. Certyfikaty, w tym CE, RoHS oraz UN38.3, potwierdzają zgodność systemu akumulatorowego z międzynarodowymi standardami bezpieczeństwa, ochrony środowiska oraz transportu.

Klasyfikacja skali systemów magazynowania energii (BESS)

Systemy magazynowania energii w bateriach są klasyfikowane według pojemności i zastosowania na trzy skale. Domowe systemy magazynowania energii w bateriach (BESS) wykorzystują moduły montowane na ścianie o pojemności 5,12 kWh na jednostkę, zwykle konfigurowane w zakresie 5–20 kWh całkowitej pojemności, służące do zapewnienia rezerwowego zasilania domowego oraz samozużycia energii pochodzącej z instalacji fotowoltaicznych. Komercyjne i przemysłowe systemy magazynowania energii w bateriach (C&I BESS) mają pojemność od 20 kWh do kilku megawatogodzin i wspierają takie funkcje jak ograniczanie szczytowego poboru mocy, redukcja opłat za zapotrzebowanie szczytowe oraz zapewnianie zasilania rezerwowego dla obiektów komercyjnych. Systemy magazynowania energii w bateriach na skalę sieciową (utility-scale BESS) przekraczają 1 MWh i zapewniają usługi sieciowe, takie jak regulacja częstotliwości, integracja źródeł energii odnawialnej oraz zapewnienie stabilnej mocy dostarczanej do sieci. Projekt parkingu słonecznego o mocy 1,5 MW w Brazylii stanowi przykład integracji systemu magazynowania energii w bateriach w skali komercyjnej i przemysłowej (C&I) z generacją energii słonecznej.

Kluczowe zastosowania

Zastosowania systemów magazynowania energii (BESS) obejmują sektor mieszkalny, komercyjny oraz sieci energetyczne. W przypadku domów jednorodzinnych BESS zapewnia zasilanie awaryjne w czasie przerw w dostawie energii oraz maksymalizuje samozużycie energii pochodzącej z instalacji fotowoltaicznych. Dla obiektów komercyjnych system ten pozwala na ograniczenie opłat za szczytowe zapotrzebowanie mocy, zapewnia nieprzerwane zasilanie oraz wspiera zarządzanie kosztami energii. W lokalizacjach odłączonych od sieci i oddalonych od niej BESS umożliwia niezależność energetyczną opartą na źródłach odnawialnych. Przykładem zastosowania BESS w środowisku wyspiarskim i odłączonym od sieci jest instalacja na Malediwach, która generuje rocznie 15 milionów kWh energii elektrycznej i pozwala zmniejszyć zużycie oleju napędowego o 50 ton rocznie – zastępując w ten sposób agregaty prądotwórcze zasilane olejem napędowym. Systemy magazynowania energii zintegrowane z parkingami fotowoltaicznymi oferują pojemności magazynowania wynoszące 3,84 kWh, 7,68 kWh, 11,52 kWh oraz 15,36 kWh i są przeznaczone dla nieruchomości łączących infrastrukturę parkingu z generowaniem energii.

Bezpieczeństwo i doświadczenie w zakresie wdrażania

Zapis bezpieczeństwa technologii BESS jest krytycznym kryterium zakupowym. Ponad 30 000 montowanych na ścianie jednostek magazynowania energii z litowo-żelazowo-fosforanu (LiFePO4) zostało zainstalowanych w Niemczech, Australii i Japonii bez zgłoszenia żadnych incydentów związanych z bezpieczeństwem. Ta historia wdrożeń, połączona z progowym temperaturowym unikania termicznego (thermal runaway) przekraczającym 500 °C oraz ochroną środowiskową zgodną ze stopniem IP65, stanowi dowód niezawodności systemów BESS opartych na LiFePO4 w różnorodnych warunkach klimatycznych i środowiskach instalacyjnych. Wielowarstwowy system ochrony BMS, obejmujący zabezpieczenia przed przekroczeniem napięcia, niedoborem napięcia, przekroczeniem prądu, zwarciem oraz przekroczeniem temperatury, zapewnia bezpieczeństwo eksploatacji przez cały okres użytkowania systemu.

Integracja z energią odnawialną

System magazynowania energii (BESS) integruje się z panelami słonecznymi, turbinami wiatrowymi oraz hybrydowymi systemami energetycznymi, aby wyrównać niestabilną produkcję energii i zapewnić stabilne wyjście mocy. W połączeniu z parkingami wyposażonymi w panele fotowoltaiczne system BESS gromadzi nadmiarową energię słoneczną wytworzoną w ciągu dnia do użytku w nocy, zwiększając samowystarczalność obiektu w zakresie energii odnawialnej. Przenośna bateria do magazynowania energii o konstrukcji przesuwanej („rolling-desk-style”) o pojemności od 2 do 20 kWh zapewnia przenośne magazynowanie energii, które można ponownie rozmieszczać w miarę zmiany lokalizacji źródeł generacji. Falowniki fotowoltaiczne oraz mechanizmy śledzenia pozycji słońca – w tym konstrukcje jednoosiowe i dwuosiowe – współpracują z systemem BESS w celu zoptymalizowania zbierania energii słonecznej oraz dostosowania czasu jej dostarczania.

Często zadawane pytania

Pytanie: Co oznacza skrót BESS w kontekście magazynowania energii?

Odpowiedź: BESS to skrót od Battery Energy Storage System (system magazynowania energii oparty na bateriach). Jest to system gromadzący energię elektryczną w bateriach w celu późniejszego wykorzystania; składa się z modułów bateryjnych, systemu zarządzania baterią (BMS), systemu konwersji mocy (PCS), obudowy oraz systemu zarządzania temperaturą.

Pytanie: Jaka jest różnica między chemią LiFePO4 a NMC w przypadku systemów BESS?

A: LiFePO4 zapewnia odporność na termiczny rozkład powyżej 500 °C oraz ponad 6000 cykli ładowania, podczas gdy NMC osiąga termiczny rozkład przy około 200 °C i 2000–3000 cyklach. LiFePO4 zapewnia dłuższą żywotność i wyższe marginesy bezpieczeństwa w zastosowaniach systemów magazynowania energii (BESS).

Q: Jakiej wielkości system BESS potrzebuję do mojego zastosowania?

A: W zastosowaniach mieszkaniowych stosuje się zwykle systemy ścienne o pojemności od 5 do 20 kWh. Obiekty komercyjne wymagają systemów o pojemności od 20 kWh do kilku megawatogodzin. Systemy na skalę sieciową przekraczają 1 MWh. Zintegrowane z parkingami słoneczne systemy magazynowania energii oferują pojemności od 3,84 do 15,36 kWh dla obiektów łączących miejsca postojowe z generowaniem energii.