מהם ההבדלים בטכנולוגיה ובאסטרטגיות בקרה בין מערכות אחסון אנרגיה ומערכות מבוססות רשת או רשתות?

הטכנולוגיות הבאות לרשת ויצירת רשת של מערכות אחסון אנרגיה מייצגות שני מצבי עבודה שונים, שיש להם הבדלים משמעותיים בתפקידיהם, במאפיינים התפקודיים ובתרחישי היישום שלהם במערכת החשמל.

הֶבדֵל

שיטת חיבור לרשת:

שניהם מחוברים לרשת באמצעות ממירים, אך עקרונות הפעולה שלהם שונים. הציוד המחובר לרשת פועל כמקור זרם, בהסתמך על התייחסות המתח שמספקת רשת החשמל החיצונית כדי לסנכרן את הפלט שלו; וציוד לבניית רשת הוא כמו מקור מתח, המסוגל ליצור באופן עצמאי מתח ותדר יציבים ללא תמיכת רשת חשמל חיצונית.

תרומת יציבות:

אחסון אנרגיה מחובר לרשת פועל בעיקר בסביבת רשת יציבה ואין לו את היכולת לספק תמיכה במתח או בתדר; להיפך, אחסון אנרגיה מבוסס רשת ממשיך לספק כוח לעומסים במהלך תקלות ברשת ועוזר לשמור על היציבות והאמינות של רשתות החשמל המקומיות.

תרחישי יישום:

סוג הרשת הבא מתאים לשימוש ברשתות חשמל גדולות בעלות יציבות טובה, בעלות נמוכה ויישום קל; סוג הרשת מתאים יותר ליישום במערכות ייצור חשמל מבוזרות, רשתות מיקרו או אזורים מרוחקים, במיוחד במצבים בהם נדרשת תגובה מהירה או קיבולת עומס יתר גבוהה לטווח קצר.

יתרונות וחסרונות

עקוב אחר סוג הרשת

יתרונות: מבנה פשוט ואמין, עלות השקעה ראשונית נמוכה; קל לשילוב בתשתית חשמל קיימת.

חסרון: חוסר יכולת תמיכה לרשת החשמל, לא מסוגל לשמור באופן עצמאי על פעילות במקרה של חוסר יציבות ברשת.

סוג רשת

יתרונות: בנייה עצמאית של רשת החשמל, מתן תמיכה במתח ובתדר; בעל גמישות וכושר הסתגלות חזקים יותר, במיוחד בהתמודדות עם מצבים בלתי צפויים.

חסרונות: דרישות טכניות מורכבות יחסית גבוהות יותר, ההשקעה הראשונית גדולה יותר, וגם הקושי בתכנון והטמעה גדול יותר.

דוּגמָה

עקוב אחר הדוגמה של הרשת

מערכת אחסון אנרגיה של סוללת ליתיום 500kW/1MWh הותקנה בפארק תעשייתי בדרום סין. המערכת מאמצת רשת בעקבות PCS (מערכת המרת כוח) ומשמשת בעיקר לגילוח שיא, מילוי עמק ותפוקת אנרגיה חדשה חלקה. בפרויקט זה, מערכת אגירת האנרגיה מחוברת לתחנת הכוח הפוטו-וולטאית ומחוברת לרשת החשמל. מערכת בקרת EMS משמשת לבקרה מתואמת כדי לייעל את משק החשמל של הפארק כולו.

דוגמה לסוג בניית רשת

State Grid Corporation של סין פרסמה דוח על בקרת רשת אחסון אנרגיה ובדיקות חיבור לרשת לשנת 2024, שהזכיר כי מדדי ביצועים מרכזיים כגון ויסות תדר ראשוני, תגובת אינרציה ובקרת שיכוך של מערכת אחסון אנרגיה מסוג רשת אומתו באמצעות בדיקה בפועל.

לדוגמה, במבחן ויסות תדר, מערכת אחסון האנרגיה מסוג רשת הפגינה מהירות תגובה דינמית מצוינת, המסוגלת לכוונן את תפוקת ההספק הפעיל בתוך אלפיות שניות, ולסייע לרשת החשמל לשחזר במהירות את יציבות התדר.

השוואת פרמטרים

PCS מחובר לרשת: מאופיין בדרך כלל במאפייני מקור זרם, כאשר הספק המוצא מושפע מאוד מתנאי הרשת, מתאים לניהול אנרגיה בסביבות רשת קונבנציונליות. יישום טיפוסי הוא מערכת אחסון האנרגיה של סוללת ליתיום 500kW/1MWh במקרה הנ"ל, שתפקידה העיקרי הוא לעקוב אחר השינויים ברשת החשמל ולהבטיח חילופי אנרגיה חלקים.

PCS מסוג רשת: הצגת מאפייני מקור מתח, מסוגל להתאים באופן אקטיבי את מתח המוצא והתדר, ולשמור על רציפות אספקת החשמל גם במקרה של הפסקת רשת. מערכות מסוג זה מצוידות לרוב באלגוריתמים וטכנולוגיות בקרה מתקדמים יותר, כגון אסטרטגיות בקרת סנכרון הספק, המאפשרות להן להתאים ישירות את ההספק הפעיל/תגובתי כאשר התפוקה משתנה בצד ייצור החשמל.

ישנם הבדלים מהותיים באסטרטגיות הבקרה של טכנולוגיות אחסון אנרגיה של רשתות ויצירת רשת, אשר באות לידי ביטוי באופן שבו הן מתקשרות עם הרשת, מגיבות לשינויים ברשת ובסוגי השירותים שהן מספקות.

ההבדלים הספציפיים בין שתי אסטרטגיות הבקרה הטכניות:

יעדי בקרה

רשת בעקבות שליטה: הליבה שלו היא לעקוב אחר מצב רשת החשמל, כלומר, המהפך מתאים את התפוקה שלו לפי המתח והתדירות של רשת החשמל. לפי שיטת בקרה זו, המהפך נחשב למקור זרם, שמחדיר כמה שיותר אנרגיה חשמלית לרשת ומתנתק אוטומטית כדי להגן על עצמו במקרה של הפרעות ברשת. לכן, המשימה העיקרית של רשת בעקבות בקרה היא למקסם את ניצול האנרגיה החדשה במסגרת רשת החשמל הקיימת.

בקרת סוג רשת: מטרתה לדמות את ההתנהגות של גנרטורים סינכרוניים מסורתיים, לבסס ולתחזק באופן פעיל את רמות המתח והתדר של רשתות החשמל המקומיות. המשמעות היא שגם ללא תמיכה חיצונית ברשת החשמל, ממירים מסוג רשת יכולים ליצור סביבת אספקת חשמל יציבה. ממירים מסוג רשת הם בעצם מקורות מתח שמוציאים מתח ותדר באמצעות אותות פרמטרים פנימיים של מתח. הם יכולים לפעול באופן עצמאי או במקביל למקורות כוח אחרים.

מנגנון תגובה

בקרה בעקבות רשת: עקב הסתמכות על רשתות חשמל חיצוניות כדי לספק אותות ייחוס, ייתכן שהממירים הבאים לרשת לא יוכלו לספק תמיכה יעילה לרשת כאשר מתרחשות תקלות או תנודות חריגות, ועשויים לבחור להתנתק למטרות הגנה עצמית. לדוגמה, בתנאי נסיעה במתח נמוך (LVRT) או במתח גבוה (HVRT), ממירים הקשורים לרשת צריכים להפחית במהירות את הספק המוצא או אפילו להפסיק לחלוטין לייצר חשמל כדי למנוע פגיעה בציוד.

בקרת סוג רשת: עם יכולת "רכב דרך" חזקה יותר, הוא יכול לפעול ברציפות במהלך תקלות ברשת החשמל ולהזריק זרם קצר חשמלי הכרחי או לשחרר אנרגיה קינטית לתוך המערכת, מה שעוזר לשחזר את יציבות המתח והתדר. זה הופך ממירים מסוג רשת למתאימים יותר ליישומים הדורשים יציבות רשת גבוהה, כגון רשתות מיקרו או מערכות אספקת חשמל עצמאיות באזורים מרוחקים.

מאפייני שירות

בקרה בעקבות רשת: משרתת בעיקר ניהול אנרגיה, כגון גילוח שיא ומילוי עמק, החלקת תפוקת אנרגיה לסירוגין וכו'. סוג זה של יישום מתרחש בדרך כלל בסביבות רשת חשמל גדולות, שבהן לרשת עצמה יש מספיק אינרציה וחוזק כדי לספוג כל אי יציבות פוטנציאלית .

בקרת סוג רשת: בנוסף לניהול אנרגיה, היא מספקת גם שירותי עזר חשובים, כולל אך לא רק תמיכת מתח מהירה, תגובת אינרציה, ויסות תדר ראשוני וכו'. פונקציות אלו חיוניות לשיפור רמת זרם הקצר של המערכת ושיפור חוסנה של רשת החשמל.

אלגוריתם בקרה

בקרת מעקב אחר הרשת: בדרך כלל, האלגוריתם של מעקב ההספק המרבי (MPPT) משמש כדי להבטיח את יעילות הניצול המקסימלית של אנרגיה חדשה, תוך שיתוף פעולה עם טכנולוגיית לולאה נעילת שלב (PLL) להשגת סנכרון עם רשת החשמל.

בקרת סוג רשת: מסתמכת יותר על אלגוריתמים מתקדמים כגון Droop Control ו-Virtual Synchronous Machine (VSG), אשר מחקים את ההתנהגות הדינמית של גנרטורים סינכרוניים כדי להסתגל טוב יותר לתהליכים החולפים של מערכות חשמל.