Auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicherung gibt es fünf Hauptlösungswege. In diesem Artikel werden diese fünf technischen Wege kurz vorgestellt.
1. Zentralisiert
Batteriecluster→DC-Kabel→DC-Kombinationskasten→DC-Kabel→zentraler Konverter→AC-Kabel→Aufwärtstransformator
Mehrere Batteriecluster werden direkt auf der DC-Seite parallel an die Stromschiene angeschlossen. Die Gleichstromleistung wird zusammengeführt und über einen Energiespeicherwandler in Wechselstrom umgewandelt. Diese Methode ist derzeit ein weit verbreiteter technischer Weg.
Der Vorteil ist, dass die Steuerung einfach ist, aber der Nachteil ist, dass es eine Lücke zwischen den Batterieclustern gibt. Wenn die Spannungen uneinheitlich sind, treten Umlaufströme auf.
2. Dezentralisiert
Batteriecluster → Gleichstromkabel → Konverter → Wechselstromkabel → Wechselstromkombinationskasten → Wechselstromkabel → Aufwärtstransformator
Jeder Batteriecluster ist einzeln mit einem Energiespeicherwandler in Reihe geschaltet, und auf der AC-Busseite sind mehrere Energiespeicherwandler parallel geschaltet, nicht aber auf der DC-Seite.
Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie das Zirkulationsproblem zwischen den Batterieclustern lösen kann und dass jedes Cluster unabhängig verwaltet oder von Fehlern isoliert werden kann. Der Nachteil ist, dass es aufgrund der großen Anzahl von Wandlern eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems erfordert.
3. Verteilter Typ
Batteriecluster→DC/DC→DC-Kabel→Einzelwandler→AC-Kabel→AC-Kombinationskasten→AC-Kabel→Steppentransformator
Jede Batteriegruppe wird über einen Gleichstromtransformator (DC/DC) in eine einheitliche Spannung umgewandelt und dann auf der Gleichstromseite parallel geschaltet. Der Gleichstrom wird zusammengeführt und über einen Energiespeicherwandler in Wechselstrom umgewandelt.
Im Gegensatz zum zentralen Typ verwendet der verteilte Typ DC/DC in jedem Batteriecluster. Der Vorteil ist, dass das Problem des Umlaufstroms aufgrund unterschiedlicher Spannungen zwischen den Batterieclustern gelöst werden kann. Der Nachteil ist, dass DC/DC-Komponenten hinzugefügt werden und Energieverluste auftreten.
4. String-Typ
Batterie-Cluster→DC/DC→DC-Kabel→Mehrfachwandler→AC-Kabel→AC-Kombinatorbox→AC-Kabel→Steppentransformator
Ähnlich wie beim dezentralen Typ besteht der Unterschied darin, dass die Gleichstromenergie durch mehrere Wandler mit geringerer Kapazität in Wechselstrom umgewandelt wird, anstatt durch einen Wandler mit größerer Kapazität. Dies hat den Vorteil, dass ein Ausfall eines einzelnen Wandlers nicht das gesamte Energiespeichersystem beeinträchtigt.
5. Hochspannungskaskade, direkt montierter Typ
Batterie → H-Brücke (DC/AC-Netzteil) → H-Brücken-Kaskade → Dreiphasen-Sternschaltung.
Das System enthält mehrere Energiespeichereinheiten. Jede Energiespeichereinheit besteht aus einer H-Brücke und einem unabhängigen kleinen Batteriestapel. Jede Phase besteht aus mehreren Energiespeichern, die bis zu einer bestimmten Spannung in Reihe geschaltet und direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen sind. Der Vorteil besteht darin, dass kein Aufwärtstransformator erforderlich ist, was die Systemverluste und den Platzbedarf reduziert.
Es gibt keine Parallelschaltung zwischen Batterieclustern und das Problem der Zirkulation zwischen den Clustern entfällt. Der Nachteil ist, dass sie erst ab einer Leistung von 5 MW wirtschaftlich ist und nur Spannungsebenen wie 6 kV und 10 kV ausgeben kann, was für industrielle und gewerbliche Anwendungen zu wenig flexibel ist.
6. Die wichtigsten Methoden der Energiespeicherung
Energiespeicherung bedeutet, elektrische Energie in andere Energieformen umzuwandeln und zu speichern. Die grundlegende Methode der Energiespeicherung besteht darin, elektrische Energie zunächst in andere Energieformen umzuwandeln, sie in einem Energiespeicher zu speichern und bei Bedarf wieder freizugeben; je nach den Eigenschaften der Energieumwandlung kann elektrische Energie in kinetische Energie, potenzielle Energie, chemische Energie usw. umgewandelt werden.
Der Zweck der Energiespeicherung besteht hauptsächlich darin, einen stabilen Betrieb der Elektrizität auf der Einspeise-, Übertragungs- und Verbraucherseite zu erreichen. Zu den spezifischen Anwendungsszenarien gehören:
Es wird in den Bereichen Spitzenausgleich und Talfüllung des Stromnetzes, Lastglättung und schnelle Anpassung der Stromnetzfrequenz eingesetzt, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Stromnetzbetriebs zu verbessern;
Es wird im Bereich der Stromerzeugung aus neuen Energien eingesetzt, um die Auswirkungen kurzfristiger Änderungen in Photovoltaik- und Windenergieanlagen auf das Stromnetz zu verringern und das Phänomen der "Abkehr von Licht und Wind" zu reduzieren;
Es wird in Ladestationen für neue Energiefahrzeuge eingesetzt, um die Auswirkungen des groß angelegten sofortigen Aufladens von neuen Energiefahrzeugen auf das Stromnetz zu verringern, und kann auch die Strompreisdifferenz zwischen Spitzen- und Tiefstwerten nutzen.
Das Energiespeichersystem realisiert das Laden und Entladen von elektrischer Energie durch den Energiespeicherwechselrichter.
7. physikalische Energiespeicherung und elektrochemische Energiespeicherung.
Entsprechend den verschiedenen Energieumwandlungsmethoden kann die Energiespeicherung in physikalische Energiespeicherung, elektrochemische Energiespeicherung und andere Energiespeichermethoden unterteilt werden:
Zu den physikalischen Energiespeichern gehören die Pumpspeicherung, die Druckluftspeicherung und die Schwungradspeicherung. Die Pumpspeicherung hat eine große Kapazität und niedrige Stromkosten und ist derzeit die am weitesten verbreitete Energiespeichermethode bei der physikalischen Energiespeicherung.
Die elektrochemische Energiespeicherung ist eine Art der Energiespeicherung, die sich in den letzten Jahren rasant entwickelt hat und hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher, Blei-Säure-Batterie-Energiespeicher und Flow-Batterie-Energiespeicher umfasst.
Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch gute Zykluseigenschaften und eine schnelle Reaktionszeit aus und sind derzeit die beliebteste Art der Energiespeicherung. Die wichtigste Energiespeichermethode bei der elektrochemischen Energiespeicherung.
Andere Methoden der Energiespeicherung sind die supraleitende Energiespeicherung und die Energiespeicherung mit Superkondensatoren. Derzeit werden sie wegen der hohen Herstellungskosten und aus anderen Gründen nur selten eingesetzt, und es wurden lediglich Demonstrationsprojekte durchgeführt.
8. die wichtigsten Methoden der Energiespeicherung
Energiespeicher werden hauptsächlich in der Stromnetzübertragung und -verteilung und bei Hilfsdiensten, bei der Netzintegration erneuerbarer Energien, bei dezentralen Netzen und Mikronetzen sowie in verbraucherseitigen Teilen eingesetzt.
Im Hinblick auf die Übertragung und Verteilung des Stromnetzes und die Hilfsdienste bestehen die Hauptfunktionen der Energiespeichertechnologie darin, Stromnetzspitzen abzufangen, zu laden, zu starten und Übertragungsengpässe zu entschärfen sowie den Ausbau der Übertragungs- und Verteilungsnetze zu verzögern.
Bei der Netzanbindung erneuerbarer Energien wird die Energiespeicherung hauptsächlich zur Glättung der Leistung erneuerbarer Energien, zur Absorption überschüssiger Energie zur Verringerung der "Wind- und Lichtabschaltung" und zur sofortigen Netzanbindung verwendet; bei dezentralen Netzen und Mikronetzen wird die Energiespeicherung hauptsächlich zur Stabilisierung der Systemleistung eingesetzt. Sie dienen als Reservestromquelle und verbessern die Flexibilität bei der Planung.
Auf der Nutzerseite wird die Energiespeicherung vor allem für industrielle und gewerbliche Spitzenlastabschaltung, Nachfragesteuerung und Energiekostenmanagement eingesetzt.
9.Zusammenfassung
Als eine der Schlüsseltechnologien im Bereich der erneuerbaren Energien sind die kontinuierliche Entwicklung und die breite Anwendung der elektrochemischen Energiespeicherung zu einem wichtigen Trend in der heutigen globalen Energiewende geworden. Dazu gehören Lithium-Ionen-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien, Lithium-Schwefel-Batterien, Flüssigenergiespeicher und Superkondensatoren.
Jeder dieser Wege hat seine eigenen Merkmale, wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt und hat unterschiedliche Fortschritte bei der Verbesserung der Energiespeicherdichte, der Kostensenkung und der Verlängerung der Lebensdauer gemacht. Durch kontinuierliche Forschung und Innovation wird die elektrochemische Energiespeichertechnologie mehr Möglichkeiten für die Energiespeicherung und -nutzung bieten und wesentlich zum Aufbau eines sauberen und nachhaltigen Energiesystems beitragen.
In Zukunft werden weitere Herausforderungen und Chancen die kontinuierliche Innovation bei elektrochemischen Energiespeicherlösungen vorantreiben, um den wachsenden Energiebedarf zu decken und die Entwicklung der grünen Energie zu fördern.
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