In der Energiewirtschaft ist die Energiespeicherung derzeit am weitesten verbreitet.
Mehr als ein Dutzend Provinzen, darunter Shandong, Shanxi, Xinjiang, Innere Mongolei, Anhui und Tibet, haben Dokumente herausgegeben, die die Ausstattung von Solar- und Windkraftanlagen mit Energiespeichersystemen vorschreiben.
Obwohl die Energiewirtschaft schon lange erkannt hat, dass Energiespeicher eine effektive Lösung für die Schwankungen und die Volatilität von Solar- und Windenergie darstellen, um die Energienutzung zu fördern und Abschaltungen zu reduzieren, hat der drastische Preisverfall diesen Vorteil noch verstärkt. Aufgrund technologischer und kostenbedingter Einschränkungen wurde die Technologie jedoch lange Zeit vernachlässigt. Heute, nach der offiziellen Empfehlung der Energiewirtschaft, genießt die Energiespeicherung endlich die verdiente Anerkennung.
Damit Energiespeicher den großen Sprung vom „Tüpfelchen auf dem i“ zur „unverzichtbaren Marktressource“ schaffen, bedarf es nicht nur einer klareren und stärkeren politischen Unterstützung, sondern gleichzeitig muss die Entwicklung der optischen Speicherindustrie durch Technologie- und Produktinnovationen gefördert werden. Wie lässt sich das am besten kombinieren? Welche Herausforderungen birgt die Konvergenz? All diese Fragen müssen beantwortet werden.
1. Was sind typische Systemszenarien?
Derzeit sind hauptsächlich folgende Systeme auf dem Markt:
Das AC-seitige Kopplungsschema bezeichnet die Verbindung von Photovoltaik und Energiespeicher auf der Wechselstromseite. Das Energiespeichersystem kann an die Niederspannungsseite oder an einen 10-kV- bis 35-kV-Bus angeschlossen werden. Das Schema eignet sich für große optische Speicherkraftwerke, die zentrale Anordnung von Energiespeichersystemen sowie für einfaches Betriebsmanagement und die Netzsteuerung.
Die DC-seitige Kopplungsschaltung bezeichnet die Verbindung des Energiespeichersystems mit der DC-Seite. Dadurch werden weniger Verbindungen für die Leistungsumwandlung zwischen den beiden Systemen benötigt, was zu geringeren Energieverlusten und niedrigeren Investitionskosten führt. In diesem Fall muss der Solarwechselrichter über eine Schnittstelle zum Energiespeicher verfügen.
2. Wie lässt sich die Integration von 1 + 1 > 2 erreichen?
Es gibt Fusionslösungen, aber die Fusion, um den Effekt 1 + 1 > 2 zu erreichen, ist nicht einfach.
Die optische Fusionstechnologie ist komplexer. Das Integrationssystem muss den sicheren und stabilen Betrieb von Photovoltaikanlagen, Energiespeichern und Stromnetzen gewährleisten und die Grenzen zwischen Hardware-, Software- und Systemebene überwinden.
In optischen Speicherfusionssystemen gibt es zahlreiche Geräte, deren Hardware- und Software-Schnittstellenkompatibilitätsprobleme gelöst werden müssen. Da die Geräte oft von verschiedenen Herstellern stammen, erhöhen sich die Schwierigkeiten und Kosten bei der Kraftwerksplanung, der Gerätebeschaffung, dem Betrieb und der Wartung. Vor allem aber unterscheiden sich die Kommunikationsschnittstellen der verschiedenen Geräte, sodass Systemintegratoren mit den unterschiedlichen Protokollen und Schnittstellen vertraut sein müssen.
Optische Speicherfusion ist daher keine einfache physikalische Kombination von Photovoltaik- und Energiespeicheranlagen, sondern beruht auf der Nutzung von Tiefenfusionstechnologie, um den Effekt 1 + 1 > 2 zu erzielen. Dies stellt die Integrationsfähigkeit des Integrators auf eine sehr hohe Probe.
3. Die Branchenintegrationsstörung entstand durch den Niedrigpreiswettbewerb.
Die Systemintegration ist der Schlüssel zum Bau von optischen Speicherkraftwerken, doch im Bereich der Integration im Inland gibt es viele Herausforderungen.
Einerseits gibt es nur wenige Unternehmen mit integrierter Kompetenz im Bereich optischer Speichersysteme. Sowohl technologische als auch geschäftliche Konvergenz – die Energiespeicherung in unserem Land befindet sich noch in einem frühen Stadium der industriellen Entwicklung. Viele Unternehmen sind in einzelnen Bereichen wie Solarwechselrichtern, Energiespeicherbatterien, PCS, EMS usw. stark, aber nur wenige verfügen über integrierte optische Speichersysteme.
Andererseits hat der Preiskampf deutlich zugenommen, wodurch Unternehmen unter Kostendruck geraten. Aktuell ist der Gebotspreis für Energiespeicher im inländischen Markt für neue Energien von 2,15 Yuan/Wh (EPC-Preis) auf 1,699 Yuan/Wh (EPC-Preis) gesunken und liegt damit weit unter den branchenüblichen Kosten.
Unterschiedliche Szenarien stellen unterschiedliche Anforderungen an Energiespeichersysteme, und es gibt keinen einheitlichen Standard für die Konstruktion und die Kosten von Energiespeichersystemen; daher kann es leicht zu einer Grauzone werden.
„Unternehmen bieten derzeit auf Batterien, wobei 6.000 Ladezyklen als Standard gelten. Es gibt in der Branche keinen einheitlichen Bewertungsstandard. Einige Hersteller bieten für Projekte mit Batterien, die weniger als 3.000 Ladezyklen aufweisen, zu Niedrigpreisen. Preislich können wir da natürlich nicht mithalten“, sagte ein erfahrener Experte für Energiespeicherung resigniert.
„Der kritischste Aspekt der Integration von Energiespeichersystemen ist natürlich das Sicherheitsmanagement der Gleichstromseite, also des Batteriesystems. Dies erfordert ein sehr umfassendes Schutzkonzept“, so die Quelle weiter. Zelle, Modul, Batteriecluster und Batteriemanagement – diese vier Ebenen sind miteinander verriegelt. Ein gutes Schutzkonzept ermöglicht die Echtzeitüberwachung des Betriebszustands, eine frühzeitige Fehlerwarnung und im Fehlerfall einen stufenweisen und schnell gekoppelten Schutz.
Andernfalls können kleine Fehler leicht zu großen Problemen führen. In den letzten Jahren ereigneten sich in Südkorea über 30 Brände, deren Ursache zumeist in Konstruktionsmängeln elektrischer Anlagen und im Versagen von Schutzsystemen lag.
Der Test ist damit noch nicht abgeschlossen. Es gibt Probleme mit der Batterielebensdauer, weshalb ein System zur Temperaturregelung des Energiespeichers unerlässlich ist. Strenge thermische Simulationen und experimentelle Überprüfungen, die Auslegung der Luftkanäle in den Energiespeicherbehältern, die Konfiguration der Klimaanlage usw. – diese Bereiche werden nicht ausreichend kontrolliert und ausgelegt. Dies kann leicht zu Temperaturungleichgewichten in den Lithiumbatterien innerhalb des Behälters führen und die Instabilität der Zellen verschärfen.
Dem Autor ist ein 4H-Energiespeichersystem begegnet, bei dem eine Temperaturdifferenz der Zelle von 22℃ nicht nur die Batterielebensdauer stark beeinträchtigt, sondern auch das Risiko für den Betrieb des Energiespeicherkraftwerks erhöht.
4. Wie können Energiespeichersysteme effizient verwaltet werden?
Von der Auswahl des Speicherkonzepts bis zur Systemintegration sind der sichere Betrieb und der optimale Nutzen des gesamten Energiespeichersystems eng mit dem Betrieb und der Verwaltung des Gesamtsystems verbunden.
Im Vergleich zum herkömmlichen wirtschaftlichen Einsatzmodus von Kraftwerken sollte bei der Einsatzplanung des optischen Speicherkraftwerks die effektive Steuerung von Batterien und Umrichtern im Speicherkraftwerk umfassend berücksichtigt werden, um so die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des gesamten Kraftwerks zu verbessern.
Hier kommt die Bedeutung des Energiemanagementsystems (EMS – RRB –, des intelligenten Gehirns der optischen Speicheranlage) ins Spiel. Wie funktioniert die Energiespeicherung in Verbindung mit Photovoltaikanlagen und Stromnetzen? Wie hoch sollte die Batterie geladen werden, wie erfolgt der Ladevorgang und wie wird die Sicherheit gewährleistet? All dies erfordert ein intelligentes und effizientes EMS für das integrierte Management.
Am Beispiel der Glättung des Photovoltaiksystems lässt sich zeigen, dass das Energiespeichersystem auf der Glättungsregelung der Photovoltaik-Stromerzeugung basieren kann. Dabei wird der Glättungsparameter festgelegt, das Energiemanagementsystem (EMS) verwendet diesen Glättungsparameter als Regelungsziel. Durch die Anwendung einer Schnelllade- und -entladeregelung auf das Energiespeichersystem wird sichergestellt, dass die Ausgangsleistung des Stromerzeugungssystems im Bereich der festgelegten Änderungsrate liegt.
Aktuell ist es in der Branche üblich, intelligente Energiemanagementsysteme (EMS) auf Basis von Photovoltaik-Leistungsprognosen und den Millisekunden-Reaktionseigenschaften von Energiespeichern einzusetzen, um eine reibungslose Steuerung von Photovoltaikanlagen zu gewährleisten, die Auswirkungen auf das Stromnetz zu reduzieren und dessen Stabilität und Zuverlässigkeit zu verbessern. Gleichzeitig wurde ein Millisekunden-Verbindungsmechanismus zwischen Batteriemanagementsystem (BMS), Stromverteilungssystem (PCS) und EMS implementiert, um die Batterie und das Gesamtsystem zu schützen.
Darüber hinaus ermöglicht ein fortschrittliches intelligentes EMS auch ein digitales integriertes Multi-Energie-Management, eine umfassende Abdeckung von Haar, Übertragung und Verteilung mit der gesamten Szene.
