תחת משבר האקלים העולמי, החלפת דלקים מאובנים באנרגיה נקייה הפכה לדרך הבסיסית לאנושות להשגת יעדי נייטרליות פחמן. עם זאת, עם העלייה המתמשכת בשיעור הרוח הלא יציבה והאנרגיה הנקייה הסולארית המחוברת לרשת החשמל, היא מהווה אתגרים אדירים לתפעול היציב של רשת החשמל. טכנולוגיית אחסון אנרגיה פותרת את הבעיה של חוסר איזון מרחבי וזמני ברוח ואנרגיה נקייה סולארית, מבטיחה את הפעולה הבטוחה והיציבה של רשת הכוח, ויוצרת סוג חדש של מערכת כוח עם המבנה הבסיסי של "אחסון עומס מקור", והופכת לתמיכה חשובה לאנושות להשגת פתרונות אנרגיה ברת קיימא.
במבט קדימה לתעשיית אחסון האנרגיה בשנת 2025, הופעתה המתמשכת של פתרונות שילוב מערכת היא הנושא העיקרי שעובר הן בצד המשתמש והן בצד רשת המקור. כיצד לשלב רכיבי מפתח כגון חבילות סוללות, ממירי אחסון אנרגיה (PCS), מערכות ניהול סוללות (BMS) ומערכות ניהול אנרגיה (EMS) באמצעות פתרונות יעילים למקסום כלכלת המערכת והבטיחות הפכו לעיקרון הראשון של פיתוח התעשייה. צורת המוצר המורכבת של אחסון אנרגיה בשילוב מצבי יישום מורכבים הניחה את הבסיס למהפכת הטכנולוגיה של האינטגרציה. אז השאלה היא, איזה סוג של מסלול אינטגרציה יש לבחור בתרחישי יישומים שונים כעת? לאן תלך מפת הדרכים הטכנולוגית העתידית?
1. שילוב אחסון אנרגיה מהדור הראשון: פיתרון ריכוזי
אחסון אנרגיה ריכוזי הוא מסלול האינטגרציה של הזרם המרכזי של הדור הראשון בענף, המחבר בין אשכולות סוללות מרובות במקביל בצד DC, ויוצר מיכל סוללה עם BMS, מערכת בקרת טמפרטורה, מערכת הגנה מפני אש אוטומטית ומכשיר חלוקת AC/DC. במקביל, בקטע הממיר ובגבירה, המחשבים והשנאי משולבים למיכל כוח, ושני המכולות מחוברים באמצעות כבל DC.
בשל היתרונות של סף טכנולוגי בעל עלות נמוכה וסף טכנולוגי נמוך, הוא כבש במהירות את שוק אחסון האנרגיה והפך לנתיב שילוב האחסון האנרגיה של הזרם המרכזי הראשון, ובעיקר ממוקד לתחנות כוח אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול בצד רשת המקור.
עם זאת, לאחר מספר גדול של פעולות מחוברות לרשת, פתרונות ריכוזיים מתמודדים גם עם בעיות רבות. עלינו לחזק כאן מושג, עלות החשמל המלאה של מחזור החיים, המושפעת משני גורמי ליבה: עלות ההשקעה המלאה של מחזור החיים ויכולת תפוקת החשמל המלאה של מחזור החיים. הבעיה הגדולה ביותר עם פתרונות ריכוזיים היא חוסר היכולת להשיג יכולת תפוקה מיטבית של מחזור חיים מלא.
לאחר חיבור מקביל של סוללות בצד DC, בגלל ההבדלים בביצועים החשמליים בין סוללות שונות, עלול שלא להטען או לשחרר כל סוללה, מה שעלול גם לגרום לבעיות זרימה חמורות. על מנת להימנע מבעיות בטיחות המערכת הנגרמות כתוצאה מחזור הדם, ישמרו מרווח של 10% במהלך טעינה ופריקה, מה שמקטין את עומק האחסון והפריקה. מבחינת תכנון פיזור החום, המכולות משתמשות בדרך כלל ב 1-2 מזגנים מרכזיים ודורשים תעלות אוויר ארוכות יותר, וכתוצאה מכך יעילות קירור נמוכה והבדלי טמפרטורה גדולים בתוך המכולה. זה מחמיר את חוסר העקביות של תאי הסוללה ומקטין את מספר מחזורי המערכת. לתהליך ההמרה, ישנם אשכולות סוללות רבים המחוברים למחשבים יחידים, וברגע שתתרחש תקלה, אובדן הקיבולת הוא משמעותי ומשפיע על יעילות המערכת. הפחתה ביכולת תפוקת מחזור החיים המלאה פירושה שפתרונות ריכוזיים יכולים רק לשמור על יעילות כלכלית טובה באמצעות הפחתת עלויות. עם זאת, הפחתת עלויות מביאה גם בעיות בטיחות נוספות. עד כה, רוב תחנות הכוח לאחסון אנרגיה שנתקלו בבעיות בטיחות אימצו גם פתרונות ריכוזיים. יחד עם זאת, מנקודת מבט של פעולה ותחזוקה, יחידות תא גדולות טרומי -טרום תופסות שטח גדול, סובלות מגמישות לקויה, אינן תומכות ערבוב של סוללות חדשות וישנות ומקשים לחדש את הכוח. בעיות אלה יתבררו בהדרגה בתהליך הפעולה המאוחר יותר.
בשלב זה, ענף אחסון האנרגיה עדיין רודף את עלות ההשקעה האופטימלית, והפחתת עלויות היא גורם הליבה של שיקול טכני. הסיבות שמאחורי זה הן כפולות: ראשית, מודל הרווח הלא ברור של אחסון אנרגיה, ושנית, העובדה שרוב הפרויקטים הם חלוקת ואחסון אנרגיה חדשים, ותחנות כוח רבות מכוונות להשיג יעדים תואמים.
2. שילוב אחסון אנרגיה מהדור השני: פתרון מבוזר
הסיבה העיקרית ליכולת תפוקת ההספק הנמוכה לאורך כל מחזור החיים של פתרונות ריכוזיים היא למעשה חוסר העקביות של תאי הסוללה. אם כל חבילת סוללה אינה נשלטת במדויק, היא בהכרח תוביל לירידה בעומק האחסון, יעילות המערכת וחיי הסוללה.
כדי לפתור בעיה זו, כולם חשבו לחבר מיטוב אנרגיה לכל מודול סוללה
אשכול הסוללות מחובר לאוטובוס DC דרך אופטימיזציה של אנרגיה זו (DC/DC), ואז מחובר לרשת דרך PCS, שהוא פיתרון מבוזר. ממרכזי ועד מופץ, המערכת כולה יכולה לשלוט במדויק על הכוח של כל אשכול סוללות, ולפתור את הבעיות של טעינה לא מספקת, פריקה לא שלמה וזרם מחזור הנגרם כתוצאה מחיבור מקביל בצד DC, לשפר מאוד את עומק האחסון והפריקה של המערכת והבטחת חיי הסוללה. עם זאת, בשל תוספת של מודולי DC/DC, עלויות הציוד עלו, והממירים הדו-שלביים של DC/DC ו- PCS הפחיתו את יעילות מחזור המערכת והגדילו את זמן ניפוי חיבור הרשת.
ברמת האינטגרציה הפיזית, הפיתרון המופץ עדיין מאמצת פריסת מכולות, שאינה יכולה להשיג פריסת ציוד גמישה, בידוד בטיחות מחיצה ומספר גדול של סוללות המחוברות למחשבים יחידים, ובעיית אובדן יכולת משמעותי לאחר כישלון לא נפתרה.
עם הופעת פתרונות מבוזרים, אנשים עברו פשוט ממיקום עלויות השקעה אופטימליות לעלויות חשמל אופטימליות לשעה של קילוואט. יכולת תפוקת מחזור החיים המלאה של מחזור החיים הפכה חשובה יותר ויותר, והבהרה הדרגתית של דגמי רווחי האחסון באנרגיה שדרגה גם את הביקוש בתעשייה מ"השלמת יעדי הפצה ואחסון "ל"איך לבצע רווחים באמצעות תחנות כוח לאחסון אנרגיה".
3. שילוב אחסון אנרגיה דור שלישי: פתרון מבוזר
בין אם מדובר בפתרון ריכוזי או מופץ, הליבה שלו היא להשתמש בהתכנסות מקבילה בצד DC ואז להפוך דרך מחשבים אישיים, מה שהופך את המכולה לצורה פיזית הכרחית. עם זאת, היא מעולם לא הצליחה לפתור את הבעיות של יעילות מערכת נמוכה ועלות חשמל גבוהה לאורך כל מחזור החיים. מצד שני, עם העלייה המתמשכת בהבדל המחירים בין חשמל תעשייתי למסחרי והעלייה המהירה במתקנים פוטו -וולטאיים מבוזרים, החלו להופיע מספר גדול של דרישות צדדי המשתמש. נכון לעכשיו, יש נקודת כאב של אי התאמה בין הצורה הפיזית של המכולות לבין השטח המורכב של צמחים תעשייתיים ומסחריים. במקביל, הקיבולת של סוללות המכולות, שיכולות להגיע בקלות למספר מגה -וואט, אינה יכולה להתאים לעומס החשמל של המשתמשים. אנו זקוקים לפיתרון אינטגרציה לאחסון אנרגיה גמיש יותר כדי לטפל בנקודות הכאב של מערכות אחסון אנרגיה בצד המשתמש.
הארון הקטן הפך לצורה הפיזית של פיתרון שילוב האחסון באנרגיה מהדור השלישי
על בסיס ארון קטן, אם עדיין משתמשים בחיבור המקביל בצד DC, עדיין יש צורך בארון PCS גדול כדי להשלים את עבודת המהפך, הכוללת שני סוגיות. האחת היא כי מחשבים אישיים בעלי קיבולת גבוהה תופסים שטח גדול ויש להם דרישות גבוהות לאתר המשתמשים, שעדיין אינו מתאים לתרחישים רבים; הנקודה השנייה היא שבמגזר התעשייתי והמסחרי, עם השינויים המתמשכים בעומס החשמל של המשתמשים, יש לשפר את הגמישות של חידוש הכוח והרחבה. מחשבים גדולים בקיבולת קשה לשמירה על יעילות המערכת לאחר חידוש והתרחבות כוח, ואינם יכולים לענות על צרכי המשתמשים מבחינת הגמישות.
שיטת מוצרים הפכה למושג הליבה של פיתרון שילוב האחסון באנרגיה מהדור השלישי
לפיכך, חלק מהיצרנים הציעו להשתמש במערכות הגנה מפני אשכולות סוללות משולבים מאוד, מחשבים אישיים, BMS ומערכות הגנת אש בקרת טמפרטורה ליצירת ארונות קטנים משולבים, מה שהופך את המוצרים לשיטתיים. על ידי שימוש בארונות קטנים, לא רק שניתן להתגבר על המגבלות של תרחישי היישום, אלא ניתן להשיג גם התרחבות גמישה, ולפתור את בעיית חידוש הכוח. כל ארון קטן נשלט על ידי BMS ו- PCS עצמאיים, ועומק האחסון יכול להגיע ל 100%. תיאום הגובה בין מחשבים אישיים לאשכולות סוללות פרץ גם גבהים חדשים ביעילות המערכת.
לפתרונות מבוזרים יש גם פריצות דרך משמעותיות בבטיחות, שכן התכנון הפיזי של ארונות קטנים והגידול ברמת הדיוק מבקר מאפשר למערכת לאתר במהירות ובמדויק סוללות בעייתיות במקרה של סיכוני בטיחות. יחד עם זאת, הסיכון לברחה תרמית נשלט גם הוא בתוך ארון יחיד. כל עוד משופרת האש והתנגדות הפיצוץ של הקבינט, ניתן להפחית ביעילות את אזור ההשפעה, מה שמאפשר לכבאים מספיק זמן להתמודד עם זירת האש. אנרגיית הסינגולריות הייתה הראשונה שהציעה פתרונות מבוזרים וכעת הפכה לחד -קרן עולה בענף. יצרנים שונים אימצו גם פתרונות אינטגרציה מופצים למוצרים חדשים בצד המשתמש.
עם הופעתם של פתרונות משולבים מהדור השלישי, מערכות אחסון אנרגיה מבוזרות אינן נמצאות בשימוש נרחב רק בצד המשתמש, אלא גם משמשים לעתים קרובות בפרויקטים של רשת מקור רחבת היקף. הגידול ביכולת האחסון והפריקה המלאה של מחזור החיים, הבטיחות והנוחות התפעולית שהובאו על ידי Solutions Solutions הפך יותר ויותר בעלי ומכוני עיצוב המוכנים לאמץ מודל חדש זה. למרות שזה עשוי להביא כמה עליות ההשקעה הראשוניות, היתרונות המלאים של מחזור החיים עדיין טובים יותר מפתרונות מכולות. לקיחת האזור האוטונומי של נינגקסיה, עם העלייה הגבוהה ביותר באחסון אנרגיה חדש בצד רשת המקור בשנת 2024, כדוגמה, ראינו את דו"ח אחסון האנרגיה החודשי שפורסם על ידי רשת נינגקסיה פאוור וביקרנו בתחנות כוח רבות לאחסון אנרגיה מקומיות עם מוסדות. שעות הניצול המקיפות של תחנות כוח המשתמשות בפתרונות מבוזרים נמצאות במצב המוביל בחודש הנוכחי, ויעילות ההמרה הממוצעת בצד AC היא מעל 90%. על פי משוב של כוח אדם באתר, EPC והבעלים, עקב השימוש במערכת מבוזרת, המעקב הפך לעודן יותר והשיפור האבטחה. למעשה, כוח אדם באתר אינו נדרש להיות בתפקיד בתחנת הכוח, ולהשיג באמת פעולה מקוונת מקוונת ותחזוקה.
