Connaissance de base des armoires de stockage d'énergie : analyse panoramique des principes aux applications

Les armoires de stockage d'énergie sont des dispositifs intégrés utilisés dans les systèmes énergétiques modernes pour stocker l'énergie électrique et la libérer à la demande. Son essence est de réaliser le transfert temporel et spatial de l'énergie électrique par des moyens électrochimiques (principalement des batteries lithium-ion). Selon la configuration actuelle du projet, le stockage d'énergie d'une seule armoire de stockage d'énergie peut atteindre des milliers de kilowattheures, ce qui équivaut à la demande en électricité de centaines de foyers ordinaires pendant une journée. Cette caractéristique de stockage d'énergie à grande échelle lui permet de jouer le rôle de « régulateur flexible » dans les domaines de la production d'énergie nouvelle et de la régulation des pointes du réseau électrique. Du point de vue de la classification technique, les armoires de stockage d'énergie sont principalement divisées en deux types : centralisées et distribuées. Les armoires de stockage d'énergie centralisées sont principalement utilisées dans des scénarios à haute-puissance tels que les grands parcs éoliens et photovoltaïques, les centrales électriques au sol ou les parcs industriels ; les armoires de stockage d'énergie distribuée conviennent mieux aux utilisateurs industriels et commerciaux, aux complexes commerciaux ou aux micro-réseaux et à d'autres occasions avec un espace limité et un déploiement flexible.

 

Quel que soit le type, la valeur fondamentale des armoires de stockage d’énergie est de résoudre le problème d’inadéquation temporelle entre l’offre et la demande d’énergie. En prenant la production d'énergie photovoltaïque comme exemple, les armoires de stockage d'énergie peuvent stocker l'excès d'énergie généré par le système photovoltaïque lorsque l'ensoleillement est suffisant et le restituer la nuit ou lorsque la production photovoltaïque est insuffisante par temps nuageux, améliorant ainsi considérablement le taux d'autoconsommation et la facilité de connexion au réseau des énergies renouvelables. Dans la configuration technique de l'armoire de stockage d'énergie éolienne solaire ou de l'armoire de stockage de batterie solaire, l'armoire de stockage d'énergie est utilisée conjointement avec des onduleurs photovoltaïques et des contrôleurs de production d'énergie éolienne pour former un pool tampon d'énergie du côté de la nouvelle production d'énergie, lissant efficacement l'impact de la production d'énergie intermittente sur le réseau électrique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un système complet d’armoires de stockage d’énergie est hautement intégré à partir de quatre modules fonctionnels principaux. Le noyau énergétique de l’armoire de stockage de batteries solaires est composé de plusieurs modules de batteries connectés en série et en parallèle. Les produits grand public utilisent des cellules modulaires au lithium fer phosphate, avec une durée de vie généralement supérieure à 6 000 fois, et peuvent supporter un fonctionnement stable pendant plus de dix ans dans des conditions de charge et de décharge quotidiennes. Le système de gestion de batterie (BMS) est comme le capteur du système nerveux. Il surveille la tension, la température et la résistance interne de chaque chaîne de batteries en temps réel. Il utilise une technologie d'équilibrage actif pour éliminer les différences entre les cellules et éviter les surcharges, les-décharges excessives et l'emballement thermique.

 

Le système de conversion de puissance (PCS) est la plaque tournante de la conversion de forme d’énergie électrique et est responsable de la conversion bidirectionnelle entre le courant alternatif et le courant continu. L'efficacité de conversion des PCS modernes a dépassé 96 % et ils disposent de fonctions de support de réseau telles que la compensation de puissance réactive et la suppression des harmoniques. Le système de gestion de l'énergie (EMS) est le « cerveau » de l'ensemble du système. Basé sur la prévision de la charge, les signaux de prix de l'électricité et l'état de la batterie, il optimise de manière dynamique les stratégies de charge et de décharge pour maximiser les avantages économiques tout en garantissant la sécurité de l'alimentation électrique. Le système de gestion thermique utilise des algorithmes précis de contrôle de la température pour garantir que la batterie fonctionne toujours dans la zone de température optimale de 15 degrés à 35 degrés, retardant ainsi la décoloration de la capacité.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La conversion d'énergie de l'armoire de stockage d'énergie suit le principe de base d'une réaction électrochimique réversible. En prenant comme exemple les batteries au lithium fer phosphate, pendant le processus de charge, les ions lithium sont détachés de l'électrode positive (lithium fer phosphate) et intégrés dans l'électrode négative (graphite) à travers l'électrolyte et le séparateur ; pendant le processus de décharge, les ions lithium sont détachés de l’électrode négative et renvoyés à l’électrode positive. Ce processus d'insertion et d'extraction répétées réalise la conversion mutuelle de l'énergie électrique et de l'énergie chimique. BMS joue le rôle de contrôle des processus. Il ajuste dynamiquement le courant de charge et de décharge ainsi que la tension de coupure-pour empêcher la batterie d'entrer dans un état de surcharge ou de décharge excessive-, prolongeant ainsi considérablement la durée de vie de la batterie.

 

Au niveau de l'interaction avec le réseau électrique, les armoires de stockage d'énergie améliorent la stabilité et l'économie de fonctionnement du système électrique grâce à quatre capacités de base. Premièrement, le contrôle de la régulation de fréquence : la vitesse de réponse en puissance de l'armoire de stockage d'énergie peut atteindre des centaines de millisecondes et elle peut rapidement absorber ou injecter de l'énergie lorsque la fréquence du réseau fluctue. Il présente des avantages évidents par rapport au taux de régulation de fréquence des unités thermiques traditionnelles. Deuxièmement, la prise en charge de la tension : grâce à la compensation de la puissance réactive ou au fonctionnement en puissance à quatre-quadrants, les armoires de stockage d'énergie peuvent améliorer la qualité de la tension des réseaux électriques locaux, particulièrement adaptées aux extrémités-d'alimentation longue distance ou aux zones à forte pénétration de nouvelle énergie. Troisièmement, le transfert de charge : profiter de la différence de prix de l'électricité en pointe-dans la vallée pour facturer pendant les bas prix de l'électricité et décharger pendant les périodes de pointe afin d'obtenir une réduction significative des dépenses en électricité. Il s’agit également du modèle de profit le plus important pour les projets industriels et commerciaux de stockage d’énergie. Quatrièmement, fonctionnement en îlot : lorsqu'une panne de courant se produit dans le réseau électrique de niveau supérieur-, l'armoire de stockage d'énergie dotée d'une capacité de commutation hors réseau-peut se déconnecter automatiquement du réseau et passer en mode îlot pour continuer à fournir de l'énergie aux charges clés jusqu'à ce que le réseau soit restauré.

 

Du point de vue de l'ingénierie de la gestion de l'énergie, la stratégie d'exploitation quotidienne des armoires de stockage d'énergie doit prendre en compte de manière exhaustive l'heure locale-d'utilisation-la politique de prix de l'électricité, les caractéristiques de la courbe de charge et le modèle de dégradation de la durée de vie du cycle de la batterie. Un scénario d'application industrielle et commerciale typique est le suivant : l'armoire de stockage d'énergie est chargée à une puissance définie pendant les heures de basse vallée de la nuit (correspondant à des prix de l'électricité plus bas) et déchargée pour une utilisation en charge pendant les heures de pointe de la journée (correspondant à des prix de l'électricité plus élevés). L'efficacité aller-retour-(côté CA vers côté CA) détermine la perte réelle par kilowatt-heure de charge et de décharge. À des températures ambiantes idéales, l'efficacité aller-retour-peut atteindre un bon niveau, c'est-à-dire que pour chaque 100 kWh d'électricité absorbée par le réseau, environ 88 à 92 kWh d'électricité effective peuvent être libérés. Les pertes sont principalement réparties dans les pertes de commutation des semi-conducteurs de puissance du PCS, l'autoconsommation du BMS et des systèmes auxiliaires et la résistance interne de la batterie qui est convertie en chaleur pendant le processus de charge et de décharge. Dans des environnements à basse température ou dans des conditions de fonctionnement à débit élevé, l'efficacité diminuera considérablement. L'optimisation du système de gestion thermique et des stratégies de charge et de décharge est donc d'une grande importance pour maintenir l'efficacité moyenne tout au long de l'année.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Du côté de la production d'électricité, les armoires de stockage d'énergie atténuent efficacement la volatilité et les caractéristiques anti-pic de l'énergie éolienne, photovoltaïque et d'autres énergies nouvelles. Étant donné que l’énergie éolienne a souvent un rendement plus élevé et une charge plus faible dans la seconde moitié de la nuit, il existe un décalage temporel entre la production maximale du photovoltaïque à midi et la charge de pointe. Les centrales électriques qui ne disposent pas de moyens de stockage d’énergie sont souvent contraintes d’abandonner l’énergie éolienne ou lumineuse. En configurant une armoire de stockage d'énergie centralisée à côté de la station de surpression, cette partie de l'énergie électrique initialement abandonnée peut être stockée et libérée pendant les périodes où le réseau peut l'accueillir ou lorsque la demande de charge est élevée. Cette application réduit non seulement le gaspillage d'énergie propre, mais améliore également la capacité des sociétés de production d'électricité à répondre aux instructions de répartition du réseau. Dans le même temps, elle peut gagner des revenus supplémentaires en participant au marché des services auxiliaires de rasage de pointe-.

 

Du côté de l’énergie industrielle et commerciale, les armoires de stockage d’énergie aident les utilisateurs à optimiser la structure de leur facture d’électricité. La facture d'électricité des utilisateurs industriels et commerciaux se compose de deux parties : la facture d'électricité par unité d'électricité et la facture d'électricité de base (basée sur la capacité ou la demande du transformateur). D'une part, les armoires de stockage d'énergie réduisent les factures d'électricité grâce à l'arbitrage entre les pointes et les vallées ; d’autre part, ils réduisent la valeur de la demande mensuelle maximale en réduisant les pics et en comblant les creux de la demande d’électricité, réduisant ainsi directement les factures d’électricité de base. Pour les lignes de production ou les centres de données nécessitant une alimentation électrique ininterrompue, les armoires de stockage d'énergie peuvent également être utilisées comme sources d'alimentation de secours d'urgence, passant automatiquement en mode hors réseau-lorsque le réseau électrique ne parvient pas à assurer l'arrêt normal ou le fonctionnement continu des équipements clés. De plus, une fois que les opérateurs de communication ont configuré des armoires intégrées de stockage d'énergie dans des sites tels que les stations de base 5G, ils peuvent non seulement réduire les coûts d'électricité de fonctionnement du site en profitant de la différence de prix entre les pics-et-la vallée, mais également fournir une alimentation CC de secours pour les équipements de communication lorsque l'alimentation secteur est interrompue, améliorant ainsi la fiabilité du réseau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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