Een compleet batterij-energieopslagsysteem (BESS) vereist aandacht voor twee belangrijke prestatie-indicatoren: één gerelateerd aan energieopslagcapaciteit en -gebruik, dwz gerelateerd aan capaciteit; en de andere heeft te maken met het vermogen om energie aan te vullen of vrij te geven, dwz gerelateerd aan macht. De relatie tussen deze twee aspecten wordt vaak gebruikt om te onderscheiden of het energieopslagsysteem energie-gericht of energie-gericht is.
Capaciteit van het batterij-energieopslagsysteem
Deze statistiek vertegenwoordigt de theoretische maximale energiecapaciteit die een opslagsysteem kan bevatten, meestal uitgedrukt in kilowatt-uur (kWh) of megawatt-uur (MWh). Dit is een van de belangrijkste parameters van een energieopslagsysteem; de werkelijke bruikbare capaciteit wordt echter beïnvloed door de ontladingsdiepte (DOD) van de batterij en de systeemefficiëntie.
De capaciteit van een BESS (Battery Energy Storage System) benadrukt de hoeveelheid energie die kan worden geproduceerd of benut, wat anders is dan de definitie van batterijcapaciteit. Batterijcapaciteit verwijst doorgaans naar de capaciteit van een batterij onder bepaalde omstandigheden (ontladingssnelheid, temperatuur, eindspanning, enz.) en wordt gemeten in ampère-uur (Ah), wat de integraal van de stroom in de tijd weergeeft.
Batterij-energieopslagsysteem: Maximaal systeemvermogen
Het maximale vermogen van het systeem weerspiegelt de maximale laad- en ontlaadcapaciteit van het energieopslagsysteem en wordt doorgaans uitgedrukt in kilowatt (kW) of megawatt (MW). Deze prestatie-indicator wordt bepaald door het ontwerp van het gehele hoofdcircuit, inclusief de batterij, het DC-transmissiecircuit, PCS en AC-aansluiting, en zelfs de verliezen tijdens bedrijf op maximaal vermogen (deze verliezen worden voornamelijk omgezet in warmte), wat van invloed is op het ontwerp van het temperatuurregelsysteem en andere hulpapparatuur. Energieopslagsystemen met dezelfde capaciteit kunnen aanzienlijk verschillende functionaliteiten hebben vanwege verschillen in maximaal vermogen; zelfs hetzelfde energieopslagsysteem zal een kwadratisch verschil in efficiëntie ervaren als gevolg van verschillende bedrijfsvermogensniveaus.
Wanneer de vermogensparameter relatief groot is in vergelijking met de capaciteitsparameter, zoals 1 MW/500 kWh, wordt dit een energieopslagsysteem van het -type genoemd; omgekeerd, als het 500 kW/1 MWh is, wordt het een energieopslagsysteem van het-type genoemd. Daarom wordt soms het concept van tijd geïntroduceerd, waarbij de eerste wordt aangeduid als 1 MW/0,5 uur, en de laatste als 500 kW/2 uur.
Batterij-energieopslagsysteem: energieverlies en efficiëntie
De efficiëntie van een energieopslagsysteem weerspiegelt het energieverlies tijdens het laad- en ontlaadproces. Het kan worden opgevat als de verhouding tussen de energie die door het systeem wordt vrijgegeven en de energie die erin wordt geladen, ook wel de cyclusefficiëntie genoemd. Dit verlies houdt niet alleen verband met het technische type van de energieopslagbatterij, maar is ook afhankelijk van elektrische componenten zoals het stroomconversiesysteem (PCS). In enge zin weerspiegelt de systeemefficiëntie in de eerste plaats de verliezen in het hoofdcircuit tijdens het laden en ontladen, van de batterij, DC-bus, PCS en uiteindelijk naar de transformator (indien aanwezig). Bij praktische technische toepassingen is het energieverbruik van hulpapparatuur, zoals het temperatuurregelsysteem, echter vaak inbegrepen in het totale verlies, waardoor de algehele efficiëntie wordt beïnvloed.
Figuur: BESS-energiebalansrelatie
Batterij-energieopslagsysteem: aantal cycli
Het aantal laad-{0}}ontlaadcycli van een batterij bepaalt de levensduur ervan. Bij een energieopslagsysteem bepaalt de levensduur van de batterij, vanwege de hoge waarde van de batterij, ook de levensduur van het gehele systeem. De verslechtering van de levensduur van de cyclus leidt tot een toename van de interne weerstand, wat op zijn beurt de verliezen en de warmteontwikkeling vergroot, waardoor het afbraakproces verder wordt versneld. Bovendien veroorzaken veelvuldig overladen en te veel ontladen -het herhaaldelijk oplossen en neerslaan van metaalachtige stoffen in de elektrolyt, wat ook een aanzienlijke invloed heeft op de levensduur en de veiligheid van de batterij.
Voor een bepaald type lithium{0}}ionbatterij vertoont het aantal cycli onder 1C-oplaad- en 1C-ontlaadomstandigheden aanzienlijke verschillen bij verschillende ontladingsdieptes (DOD), zoals weergegeven in de afbeelding.
Kosten batterij-energieopslagsysteem
De kosten van energieopslagsystemen hangen nauw samen met de capaciteit, het vermogen en de gebruiksomgeving van het systeem. Over het algemeen vormen de kosten van batterijen in energieopslagsystemen- een relatief hoog aandeel; terwijl bij energieopslagsystemen- de kosten van batterijen relatief lager zijn. Hoe het ook zij, de kosten van het batterijpakket vormen momenteel echter het grootste deel van de totale BESS-kosten, en zullen ook in de toekomst het belangrijkste gebied voor kostenbesparingen zijn.
De kosteneenheid kan worden uitgedrukt als yuan/kWh of yuan/kW, maar geen van beide geeft de betekenis ervan volledig en nauwkeurig weer. Daarom is het essentieel om zowel capaciteit als vermogen gelijktijdig te specificeren tijdens de bespreking van specifieke projecten.
Batterij-energieopslagsysteem: kosten Reactietijd
Voor BESS (Battery Energy Storage Systems) liggen zowel de stroomconversie als de responstijd in het bereik van milliseconden, wat voldoende is voor toepassingen in energiesystemen. Dit is waar BESS uitblinkt in vergelijking met andere methoden voor fysieke energieopslag, zoals energieopslag met vliegwielen en waterkracht met pomp{1}}opslag. Vanwege beperkingen in spanning, installatiemethoden en batterijcelcapaciteit zijn het vermogen en de capaciteit van een enkele BESS-eenheid echter relatief beperkt. Daarom zal het knelpunt in de responstijd in grootschalige energieopslagcentrales, zoals een installatie die bestaat uit tientallen conventionele laagspanningssystemen van 5 MW/2 uur die parallel zijn aangesloten, voornamelijk worden beperkt door de communicatiemethode en het planningsmechanisme. Het zal ook worden beïnvloed door functies zoals stroomcoördinatie en circulatiestroomonderdrukking tussen de parallelle apparaten. De responstijd op eindstation-niveau kan honderden milliseconden of zelfs seconden bedragen. Natuurlijk is een enkele BESS-eenheid van 5 MW/2 uur slechts een hypothetisch voorbeeld; de buitensporige parallelle aansluiting van batterijen zelf brengt aanzienlijke veiligheidsrisico's met zich mee. Het oplossen van dit probleem vereist veranderingen in groepscontrolemethoden en doorbraken en toepassingen van nieuwe technologieën voor energieopslagsystemen, zoals directe hoogspanningsverbindingen.
Batterij-energieopslagsysteem: Overige kenmerken
In andere toepassingsscenario's of economische analyses worden ook concepten gebruikt zoals specifieke energie (verhouding energie{0}}tot-massa, Wh/kg), specifiek vermogen (verhouding vermogen-tot-massa, kW/kg) en energiedichtheid per oppervlakte-eenheid (verhouding energie-tot-oppervlakte, Wh/m²). Deze concepten zijn relevant voor het berekenen van de transportkosten van projecten en de vereisten voor landgebruik.