Mae system storio ynni microgrid yn storio trydan gormodol a gynhyrchir o ffynonellau dosbarthedig fel paneli solar neu dyrbinau gwynt, yna'n rhyddhau'r pŵer hwn pan fydd cynhyrchiant yn gostwng neu pan fydd y galw'n cynyddu. Mae'r system yn gweithredu trwy fanciau batri (yn nodweddiadol lithiwm-ion) sy'n gysylltiedig ag offer trosi pŵer a rheolydd deallus sy'n rheoli codi tâl, gollwng, a llif pŵer rhwng y microgrid, y storfa a'r prif grid.
Cydrannau Craidd System Storio Ynni Microgrid
Mae pob system storio ynni microgrid yn cynnwys pedair elfen sylfaenol sy'n gweithio gyda'i gilydd i ddal, storio a dosbarthu pŵer trydanol.
Mae'r system storio ynni batri (BESS) yn ffurfio calon y llawdriniaeth. Mae batris ïon lithiwm yn dominyddu'r farchnad oherwydd eu bod yn cynnig 5 i 6 gwaith yn fwy o ddwysedd ynni na batris asid plwm a gallant gwblhau 3,000-4,000 o gylchoedd gwefru cyn diraddio i 80% o gapasiti. Mewn cymhariaeth, dim ond 400{17}}500 o gylchredau y mae batris plwm yn eu rheoli cyn gostwng i gapasiti o 50%. Gallai system graddfa cyfleustodau nodweddiadol amrywio o 300 kW/386 kWh ar gyfer gosodiadau llai i sawl megawat gyda megawat-oriau lluosog o gapasiti storio.
Mae'r system rheoli batri (BMS) yn monitro folteddau celloedd unigol, tymereddau a chyflwr gwefru ar draws y banc batri cyfan. Mae hyn yn atal codi gormod, yn rheoli cydbwyso celloedd, ac yn amddiffyn rhag rhediad thermol. Mae rheoli tymheredd yn hollbwysig-lithiwm-Mae batris ïon yn perfformio orau rhwng 40-110 gradd Fahrenheit, gan ofyn am systemau oeri neu wresogi gweithredol mewn llawer o osodiadau.
Mae systemau trosi pŵer yn pontio'r bwlch rhwng storio batri DC a phŵer grid AC. Gan fod batris yn storio ynni fel cerrynt uniongyrchol ond mae'r rhan fwyaf o gridiau'n gweithredu ar gerrynt eiledol, mae gwrthdroyddion deugyfeiriadol yn trin y trawsnewid i'r ddau gyfeiriad. Mae'r gwrthdroyddion hyn hefyd yn rheoli paramedrau ansawdd pŵer fel rheoleiddio foltedd a sefydlogi amledd.
Mae'r system rheoli ynni (EMS) yn gweithredu fel yr ymennydd canolog, gan wneud penderfyniadau amser real am lif ynni. Trwy'r EMS, mae'r adnoddau ynni dosbarthedig, y system storio, a'r prif grid yn cael eu rheoli ar y cyd i sefydlogi amrywiadau, darparu dosbarthiad lleol, ac osgoi colledion trosglwyddo. Mae'r meddalwedd hwn yn dadansoddi rhagolygon cynhyrchu, rhagfynegiadau llwyth, prisiau trydan a chyflwr batri yn barhaus i wneud y gorau o berfformiad y system.
Sut mae Ynni'n Llifo Trwy'r System
Mae'r cylch codi tâl a gollwng mewn system storio ynni microgrid yn dilyn proses gydlynol a reolir gan systemau rheoli hierarchaidd sy'n gweithredu ar wahanol raddfeydd amser.
Yn ystod cyfnodau gwefru, pan fydd paneli solar yn cynhyrchu mwy o drydan nag y mae llwythi lleol yn ei ddefnyddio neu pan fydd prisiau trydan grid yn gostwng yn ystod yr oriau brig, mae'r EMS yn cyfeirio pŵer dros ben i'r banc batri. Mae'r system trosi pŵer yn trawsnewid pŵer AC o eneraduron neu'r grid yn gerrynt DC sy'n addas ar gyfer gwefru batri. Pan fydd dyfeisiau storio ynni lluosog gyda galluoedd amrywiol ar gael, mae'r system yn cydlynu eu gwefru fel nad yw dyfeisiau llai yn cael eu gwefru'n llawn cyn rhai mwy, yn seiliedig ar eu cyflwr gwefru.
Mae'r broses ollwng yn gwrthdroi'r llif hwn. Pan fydd cynhyrchiant adnewyddadwy yn gostwng-megis ar ôl machlud ar gyfer systemau solar-neu pan fydd y galw am drydan ar ei uchaf, mae'r rheolydd yn rhoi signal i'r batris i ryddhau ynni sydd wedi'i storio. Mae'r gwrthdröydd yn trosi pŵer batri DC yn ôl i AC, gan gydweddu â gofynion foltedd ac amlder y grid. Gall BESS ddechrau gollwng ynni i grid mewn tua dwy eiliad, gan ddarparu ymateb cyflym na all generaduron tanwydd ffosil gyfateb.
Nid yw llif pŵer bob amser yn llinol. Yn y modd sy'n gysylltiedig â'r grid, gall y microgrid dynnu pŵer o'r prif grid ar yr un pryd, cynhyrchu pŵer o ffynonellau lleol, gwefru batris, rhyddhau batris, a gwasanaethu llwythi lleol-yn seiliedig ar yr hyn y mae'r algorithm optimeiddio yn ei bennu sydd fwyaf darbodus neu ddibynadwy ar yr adeg honno.
Pensaernïaeth Rheoli Tair Haen
Mae system storio ynni microgrid wedi'i dylunio'n gywir yn defnyddio strwythur rheoli hierarchaidd gyda lefelau cynradd, eilaidd a thrydyddol yn gweithredu ar raddfeydd amser arafach.
Mae rheolaeth gynradd yn gweithredu mewn milieiliadau, gan sefydlogi foltedd ac amlder o fewn y microgrid. Mae'r haen hon yn sicrhau pan fydd llwyth mawr yn troi ymlaen yn sydyn neu pan fydd allbwn panel solar yn disgyn oherwydd gorchudd cwmwl, mae'r system yn ymateb ar unwaith i gynnal ansawdd pŵer. Mae'r prif reolaeth hefyd yn rheoli sut mae pŵer gweithredol ac adweithiol yn cael ei rannu ymhlith adnoddau ynni gwasgaredig lluosog heb fod angen cyfathrebu rhyngddynt.
Mae rheolaeth eilaidd yn gweithio eiliad-i-munudau, gan weithredu fel goruchwyliwr canolog. Mae'n adfer foltedd ac amlder y microgrid ac yn gwneud iawn am wyriadau a achosir gan amrywiadau o lwythi neu ffynonellau adnewyddadwy. Mae'r lefel hon yn cywiro unrhyw ddrifft na allai'r prif reolaeth fynd i'r afael ag ef yn llawn a gellir ei gynllunio i fodloni gofynion ansawdd pŵer penodol fel cydbwyso foltedd ar bwyntiau cysylltu critigol.
Mae rheolaeth drydyddol yn gweithredu o funudau i oriau, gan ganolbwyntio ar optimeiddio economaidd a rhyngweithio grid. Mae'r lefel hon yn aml yn cynnwys rhagfynegi tywydd, tariff grid, a llwythi yn yr oriau neu'r diwrnod nesaf i ddylunio cynllun anfon generadur sy'n cyflawni arbedion economaidd. Er enghraifft, gallai benderfynu y bydd gwefru batris am 2 AM pan fydd trydan yn costio $0.03/kWh a gollwng ar 6 PM pan fydd cyfraddau'n taro $0.35/kWh yn gwneud y mwyaf o arbedion.
Dulliau Gweithredol: Grid-Cysylltiedig vs
Mae systemau storio ynni microgrid yn gweithredu mewn dau ddull sylfaenol wahanol, pob un â strategaethau ac amcanion rheoli gwahanol.
Yn y modd sy'n gysylltiedig â'r grid, mae'r microgrid yn parhau i fod wedi'i gysoni â'r prif grid cyfleustodau trwy bwynt cyplu cyffredin (PCC). Yma, mae'r system storio yn darparu ffrydiau gwerth lluosog. Mae'n perfformio eillio brig trwy ollwng yn ystod- cyfnodau galw uchel i leihau costau cyfleustodau drud. Gall BESS hefyd wneud microgrid yn fwy gwydn-yn ystod toriad cyfleustodau neu ostyngiad dros dro mewn ynni a gynhyrchir gan y microgrid, gall BESS ddod ar-lein bron yn syth bin i gynnal llwythi critigol. Gallai'r system hefyd ddarparu gwasanaethau rheoleiddio amlder i'r cyfleustodau, gan godi tâl a rhyddhau'n gyflym i helpu i gydbwyso cyflenwad a galw grid.
Mae modd ynys yn actifadu pan fydd y microgrid yn datgysylltu o'r prif grid, naill ai'n fwriadol neu oherwydd toriad. Pan fydd y microgrid wedi'i ddatgysylltu o'r grid pŵer ac yn gweithredu'n annibynnol, mae allbwn ynni dosbarthedig yn newid gyda ffactorau amgylcheddol ac ni all ddarparu allbwn sefydlog ar gyfer llwythi. Mae storio yn dod yn hanfodol ar gyfer pontio'r bylchau hyn. Rhaid i'r system reoli gydbwyso cynhyrchu, llwyth a chyflwr gwefru batri yn ofalus heb unrhyw gefnogaeth allanol. Os bydd batris yn disbyddu yn ystod ynysiad estynedig, mae protocolau colli llwyth yn datgysylltu llwythi nad ydynt yn hanfodol yn awtomatig i gadw pŵer ar gyfer gwasanaethau hanfodol.
Mae angen rheolaeth soffistigedig ar y trawsnewidiad rhwng moddau. Pan ganfyddir aflonyddwch grid, rhaid i'r system storio ynni microgrid ddatgysylltu o fewn cylchoedd, ffurfio ei chyfeirnod foltedd ac amledd sefydlog ei hun, a pharhau i weini llwythi yn ddi-dor-i gyd heb ymyrraeth amlwg i ddefnyddwyr terfynol.
Enghreifftiau o Weithredu'r Byd go iawn-
Mae archwilio gosodiadau gwirioneddol yn dangos sut mae theori yn trosi i ymarfer gyda metrigau perfformiad penodol.
Gosododd Enel X system storio ynni microgrid mewn cyfadeilad tai 625-uned yn ardal Brownsville Brooklyn, gan gyfuno system solar ffotofoltäig 400 kW, storfa ynni 300 kW/1.2 MWh, a chell danwydd 400 kW. Mae'r cyfluniad hwn yn darparu pŵer gwydn i'r cyfadeilad yn ystod toriadau grid wrth leihau costau trydan trwy hunan-ddefnydd solar a rheoli tâl galw.
Ar raddfa fwy, mae microgrid storio solar Enel X ar gyfer ffatri Eaton Electrical yn Las Piedras, Puerto Rico yn integreiddio bron i 5 MW o ynni ffotofoltäig solar a thua 1.1 MW/2.2 MWh o storfa batri. Mae'r cynhwysedd storio sylweddol yn caniatáu i'r cyfleuster symud cynhyrchiant solar o oriau brig cynhyrchu canol dydd i gyfnodau galw gyda'r nos.
Roedd NREL o blaid datblygu system glymu grid tair haen, 300, kW/386, gan ddefnyddio ïon lithiwm, cadmiwm nicel, a batris asid plwm wedi'i ffurfweddu i ddarparu cydbwysedd priodol o'r ynni a'r pŵer sydd ar gael. Mae'r dull aml-gemeg hwn yn dangos sut y gall gwahanol dechnolegau batri ategu ei gilydd-lithiwm-ion ar gyfer dwysedd ynni, asid plwm ar gyfer pŵer cost isel, a chadmiwm nicel ar gyfer goddef tymheredd.
Yn 2024, comisiynwyd 59 microgrid newydd gwerth cyfanswm o 241 MW, gyda microgridiau storio ynni yn darparu 19.5 MW neu 33.2 MWh ychwanegol. Gosododd yr Unol Daleithiau 11.9 GW o storfa ynni batri yn 2024 yn unig, a rhagwelir y bydd y farchnad yn cyrraedd 18.2 GW o osodiadau graddfa grid newydd yn 2025.
Swyddogaethau Gweithredol Allweddol
Mae system storio ynni microgrid yn cyflawni tair rôl hanfodol sy'n gwahaniaethu microgrids modern o generaduron wrth gefn syml.
Cyflafareddu ynni a symud llwyth yw'r brif swyddogaeth economaidd. Trwy wefru batris yn ystod-oriau brig (dros nos fel arfer) a defnyddio ynni wedi'i storio yn ystod cyfnodau brig (fel arfer yn hwyr yn y prynhawn ac yn gynnar gyda'r nos), gall systemau leihau costau trydan yn sylweddol, gyda llawer o berchnogion tai yn adrodd arbedion o 30-50% ar filiau ynni misol. Mae microgridiau masnachol yn manteisio hyd yn oed yn fwy ymosodol ar amser-strwythurau cyfradd defnyddio, gan gyflawni gostyngiadau o 60-70% weithiau mewn taliadau galw.
Mae rheoli ansawdd pŵer yn mynd i'r afael â sefydlogrwydd foltedd ac amledd. Trwy reoli'r system trosi pŵer storio ynni, mae'r system yn addasu allbwn pŵer gweithredol ac adweithiol i'r microgrid wrth ddatrys dipiau foltedd a sagiau. Pan fydd modur mawr yn dechrau, gan greu gostyngiad mewn foltedd ar unwaith, mae'r system storio yn chwistrellu pŵer adweithiol o fewn milieiliadau i wneud iawn. Mae hyn yn atal difrod i offer ac yn amharu ar brosesau.
Mae llyfnu ynni adnewyddadwy yn dileu'r amrywioldeb problemus o ran cynhyrchu solar a gwynt. Gall cwmwl sy'n mynd dros arae solar achosi i allbwn ostwng 80% mewn eiliadau. Heb storio, byddai hyn yn achosi gwibdeithiau foltedd ac amlder difrifol. Mae'r system storio ynni yn sefydlogi'r amrywiad mewn ynni dosbarthedig, yn darparu allbwn cyson, ac yn galluogi dosbarthiad lleol o gynhyrchu adnewyddadwy. Y taliadau storio yn ystod cynhyrchiant adnewyddadwy uchel a gollyngiadau yn ystod cyfnodau tawel, gan gyflwyno proffil pŵer cyson i lwythi a'r grid.
Heriau Technegol ac Atebion
Er gwaethaf manteision profedig, mae gweithredu system storio ynni microgrid yn wynebu sawl her beirianyddol y mae'n rhaid i weithredwyr fynd i'r afael â hi.
Mae diraddio batris yn effeithio ar gapasiti a diogelwch dros amser. Mae'r rhan fwyaf o fatris lithiwm o ansawdd ar gyfartaledd tua 4,000 o gylchoedd cyn gostwng i 80% o'r capasiti gwreiddiol. Ar un cylch cyflawn y dydd, mae hyn yn cyfateb i bron i 11 mlynedd o weithredu. Fodd bynnag, mae gollyngiadau dwfn a thymheredd uchel yn cyflymu diraddio. Mae algorithmau Smart EMS bellach yn gwneud y gorau o batrymau gwefru i leihau straen-er enghraifft, cadw batris rhwng 20-80% o gyflwr gwefru yn ystod gweithrediadau arferol a chadw capasiti llawn ar gyfer argyfyngau.
Mae cymhlethdod rheolaeth yn cynyddu'n esbonyddol gyda maint y system a nifer yr adnoddau a ddosberthir. Mae microgrid gyda nifer o araeau solar, tyrbinau gwynt, generaduron a banciau batri yn gofyn am gydlynu dwsinau o wrthdroyddion a rheolwyr. Weithiau gelwir microgridiau bach iawn yn nanogridau pan fyddant yn gwasanaethu un adeilad, ac mae cydgysylltu nanogridau lluosog yn ffurfio rhwydwaith sy'n hwyluso rhannu pŵer rhwng systemau unigol. Mae'r dull clystyru hwn yn symleiddio rheolaeth trwy greu hierarchaethau lle mae rheolwyr lleol yn rheoli nanogridau unigol ac mae goruchwyliwr canolog yn cydlynu llifau pŵer rhwng-nanogridau.
Mae cost yn parhau i fod yn rhwystr sylweddol er gwaethaf gostyngiad mewn prisiau batri. Canfu astudiaeth NREL yn 2018 fod microgridiau yn yr Unol Daleithiau Gyfandirol wedi costio $2-5 miliwn y megawat ar gyfartaledd i’w datblygu. Fodd bynnag, disgwylir i'r farchnad storio ynni byd-eang ar gyfer microgrids gyrraedd $2.1 biliwn o 2024-2028, gan ehangu ar CAGR o 22.79%, gan yrru arbedion maint. Mae modelau ariannu fel Cytundebau Gwasanaeth Microgrid bellach yn caniatáu i sefydliadau ddefnyddio systemau heb unrhyw gyfalaf ymlaen llaw.
Technolegau Newydd a Datblygiadau yn y Dyfodol
Mae tirwedd system storio ynni microgrid yn parhau i ddatblygu y tu hwnt i systemau ïon lithiwm traddodiadol.
Mae cemegau batri amgen yn ennill tyniant ar gyfer cymwysiadau penodol. Erbyn 2024, mae batris ffosffad haearn lithiwm (LFP) wedi dod yn arwyddocaol ar gyfer storfa fawr oherwydd argaeledd cydran uchel, oes hirach, a diogelwch uwch o'i gymharu â chemegau ïon lithiwm wedi'u seilio ar nicel. Mae batris llif yn cynnig manteision gwahanol-bywyd beicio bron yn ddiderfyn a graddio pŵer a chynhwysedd ynni yn annibynnol-gan eu gwneud yn ddeniadol ar gyfer cymwysiadau storio hir -.
Trydan-hydrogen-microgrids cypledig amonia yn mynd i'r afael â chyflenwad-anghydbwysedd galw drwy ddefnyddio tri math o storfa ynni sy'n addasu i ofynion newidiol am drydan ar wahanol amserlenni. Mae'r haen uchaf yn gweithredu'n flynyddol gyda chamau amser wythnosol ar gyfer storio amonia, tra bod yr haen isaf yn rhedeg yn wythnosol gyda chamau bob awr ar gyfer hydrogen a thrydan. Mae'r dull amserlen aml-yn ymdrin ag amrywiadau tymhorol na all batris yn unig fynd i'r afael â nhw yn economaidd.
Mae optimeiddio deallusrwydd artiffisial yn trawsnewid rheoli ynni mewn systemau storio ynni microgrid datblygedig. Mae algorithmau dysgu peiriannau bellach yn rhagweld cynhyrchu solar, patrymau llwyth, a phrisiau trydan gyda chywirdeb cynyddol, gan alluogi strategaethau anfon mwy soffistigedig. Gall technegau uwch roi'r diwedd-i-reoli microgrid gan ddefnyddio dysgu peirianyddol megis dysgu atgyfnerthu dwfn, gan wella perfformiad yn barhaus yn seiliedig ar ddata hanesyddol ac adborth amser real.
Cwestiynau Cyffredin
Pa mor hir y gall microgrid redeg ar storfa batri yn unig?
Mae amser rhedeg yn dibynnu ar gapasiti batri a galw llwyth. Gallai system storio ynni microgrid preswyl nodweddiadol gyda 10-15 kWh o storfa bweru llwythi hanfodol am 4-8 awr. Gall systemau mwy fel y gosodiad 300 kW/1.2 MWh yn Brownsville ddarparu 4 awr o bŵer llawn neu ymestyn i 12+ awr wrth wasanaethu llwythi critigol yn unig. Mae systemau masnachol yn aml yn cael eu maint am 2-4 awr ar y llwyth brig, er bod rhai cyfleusterau hanfodol yn nodi 8-24 awr wrth gefn.
Beth sy'n digwydd pan fydd batris yn cyrraedd tâl llawn yn ystod cynhyrchu solar uchel?
Mae gan yr EMS nifer o opsiynau: allforio pŵer dros ben i'r prif grid os oes mesuryddion wedi'u cysylltu â'r grid a mesuryddion net ar gael, cwtogi ar gynhyrchu adnewyddadwy trwy ddatgysylltu paneli solar neu blu tyrbinau gwynt, neu symud llwythi hyblyg fel gwresogi dŵr neu oeri HVAC i ddefnyddio'r gweddill. Yn ystod cyfnodau llwyth isel, mae'r system storio ynni yn storio pŵer gormodol o adnoddau ynni dosbarthedig i'w rhyddhau yn ystod y galw brig.
A all storio ynni leihau costau galw ar gyfer cwsmeriaid masnachol?
Ydy, dyma un o'r cymwysiadau mwyaf gwerthfawr. Mae taliadau galw yn seiliedig ar ddefnydd pŵer brig yn ystod cyfnod bilio, yn aml yn cynnwys 30-70% o fil trydan masnachol. Mae systemau storio yn olrhain tynnu pŵer ac yn chwistrellu ynni wedi'i storio pryd bynnag y bydd y defnydd yn agosáu at y brig presennol, gan "eillio" y proffil galw yn wastad. Gall hyd yn oed system batri gymedrol sy'n lleihau'r galw brig 20-30% sicrhau arbedion sylweddol ar gyfrifon masnachol mawr.
Sut mae'r system yn cynnal diogelwch gyda banciau batri mawr?
Haenau lluosog o fonitro amddiffyn a rheoli gweithrediadau batri. Mae'r BMS yn gwirio foltedd, cerrynt a thymheredd pob cell yn barhaus yn erbyn terfynau diogel. Os bydd unrhyw baramedr yn fwy na'r trothwyon, mae'r system yn rhoi'r gorau i godi tâl neu ollwng ar unwaith. Mae amddiffyniadau ffisegol yn cynnwys systemau rheoli thermol i atal gorboethi, atal ffrwydrad rhag gollwng nwy, systemau atal tân, a switshis ynysu a all ddatgysylltu batris o bob cysylltiad allanol. Digwyddodd methiannau BESS yn bennaf mewn rheolaethau a chydbwysedd offer system, a dim ond 11% a ddigwyddodd yn y celloedd eu hunain.
Mae integreiddio storio ynni yn trawsnewid microgridiau o systemau wrth gefn syml i lwyfannau soffistigedig sy'n sicrhau dibynadwyedd, economeg a buddion amgylcheddol. Wrth i gostau batri barhau i ostwng ac wrth i systemau rheoli dyfu'n fwy deallus, disgwyliwch fabwysiadu systemau storio ynni microgrid yn gyflym ar draws sectorau preswyl, masnachol a chyfleustodau. Mae'r dechnoleg wedi aeddfedu o osodiadau arbrofol i seilwaith profedig sy'n gwasanaethu miliynau o bobl ledled y byd, gyda rhagamcanion twf y farchnad yn cadarnhau'r llwybr hwn trwy 2030 a thu hwnt.