Welche Komponenten umfasst ein Batteriespeichersystem?

Das Lithium-Batterie-Energiespeichersystem ist ein komplexes Produkt, das verschiedene Disziplinen vereint und Technologien aus den Bereichen Elektrochemie, Thermodynamik, Mechanik und Elektronik nutzt. Vereinfacht ausgedrückt, dient es der Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Energie in Form von Elektrizität. Das Energiespeichersystem besteht im Wesentlichen aus dem Batteriesystem, einem PCS-Umrichtersystem, einem Batteriemanagementsystem (BMS), einem Energiemanagementsystem (EMS), einem Überwachungssystem usw. Im Folgenden werden die Komponenten des Energiespeichersystems detailliert beschrieben.

Bei der Analyse von Energiespeicherprozessen werden bestimmte Objekte oder Bereiche, die zur Bestimmung des Forschungsgegenstands definiert werden, als Energiespeichersysteme bezeichnet. Diese umfassen die Zu- und Abfuhr von Energie und Material sowie Energieumwandlungs- und Speichereinrichtungen. Ein Energiespeichersystem involviert häufig mehrere Energiearten, Geräte, Substanzen und Prozesse. Es handelt sich um ein komplexes, sich mit der Zeit veränderndes Energiesystem, dessen Leistung anhand verschiedener Indikatoren beschrieben werden muss. Gängige Bewertungsindikatoren sind Energiespeicherdichte, Energiespeicherleistung, Energiespeichereffizienz, Energiespeicherpreis und Umweltverträglichkeit.

Die Zusammensetzung des Energiespeichersystems umfasst im Wesentlichen ein Batteriesystem, ein PCS-Umrichtersystem, ein Box-Transformatorsystem (falls vorhanden), ein Stationstransformatorsystem (falls vorhanden), ein Energiemanagementsystem und ein Überwachungssystem (SCADA-System), Primär- und Sekundärkabel usw.

(1) Batteriesystem

Die gängigen Energiespeichermethoden lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen: physikalische Energiespeicher (Pumpspeicher, Druckluftspeicher, Schwungradspeicher usw.), chemische Energiespeicher (Blei-Säure-Batterien, Redox-Flow-Batterien, Natrium-Schwefel-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien) und elektromagnetische Energiespeicher. Aufgrund wirtschaftlicher Gegebenheiten und praktischer Anwendungsszenarien ist die chemische Energiespeicherung – abgesehen von Pumpspeicherkraftwerken – am weitesten verbreitet. Sowohl auf dem internationalen als auch auf dem nationalen Markt werden Lithium-Ionen-Batterien in der chemischen Energiespeicherung am häufigsten eingesetzt.

(2) PCS-Umrichtersystem

Der bidirektionale Energiespeicherwandler (PCS) ermöglicht die Wechsel- und Gleichstromwandlung zwischen Batterie und Stromnetz, gewährleistet den bidirektionalen Energiefluss und steuert Lade- und Entladeverhalten des Batteriesystems sowie die Netzlastmessung mittels einer Regelungsstrategie. Zu seinen Funktionen gehören Leistungsverfolgung, Lade- und Entladeregelung des Batteriespeichersystems sowie die Netzspannungsregelung im Insel- und Normalbetrieb. Er zeichnet sich durch hohe Umwandlungseffizienz, einen breiten Eingangsspannungsbereich, schnelle Netzumschaltung und einfache Wartung aus und bietet umfassende Schutzfunktionen wie Inselschutz, Gleichspannungsschutz und optionalen Unterspannungsschutz. Damit erfüllt er die Anforderungen für Systemintegration und Inselbetrieb.

(3) Wechselsystem für Boxen (falls vorhanden)

Bei Verwendung eines netzgekoppelten Hochspannungssystems (6 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV usw.) ist ein Kastentransformator zur Hochspannungstransformation erforderlich. Um elektromagnetische Störungen und Zirkulationseffekte zwischen den beiden Zweigen zu minimieren, kommt in diesem Kastentransformatorsystem ein Doppel-Split-Transformator zum Einsatz. Weitere Parameter: Zwischen Windkraft und Photovoltaik bestehen keine wesentlichen Unterschiede.

(4) Stationsunterwerksystem (falls vorhanden)

Die Stromversorgung von Betriebsmitteln in Umspannwerken, wie Beleuchtung, Heizung, Lüftung, Klimaanlage, Wartungseinrichtungen, Schutzschirme, Energiespeichermotoren in Hochspannungsschaltanlagen, Schaltspeicher, Stromversorgung für Wohn- und Arbeitsräume usw., erfolgt durch Wechselstrom. Beispielsweise kann ein komplementäres Kraftwerk mit Windkraft und Photovoltaik ein Umspannwerk mit den Windkraft- oder Photovoltaikanlagen gemeinsam nutzen. Dabei ist die variable Kapazität des Kraftwerks entsprechend der Leistungsaufnahme auszuwählen.

(5) Kabel (Primär- und Sekundärkabel)

Das flammwidrige, XLPE-isolierte Wechselstromkabel AC ZR-YJV22 oder ZR-YJV23 zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit, gute Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, hervorragende elektrische Eigenschaften und chemische Korrosionsbeständigkeit, geringes Gewicht, einfache Konstruktion und komfortable Handhabung aus. Es eignet sich für Übertragungs- und Verteilungsleitungen mit einer Nennspannung von bis zu 35 kV Wechselstrom.

Das raucharme, halogenfreie und flammhemmende Steuerkabel ZR-RVVP zeichnet sich nicht nur durch seine flammhemmenden Eigenschaften aus, sondern ist auch raucharm und unschädlich (weniger toxisch und korrosiv) und eignet sich daher für flammhemmende Kabel sowie für Orte mit besonderen Anforderungen an Dichte und Toxizitätsindex.

(6) Batteriemanagementsystem (BMS), Energiemanagementsystem (EMS)

Das Batteriemanagementsystem (BMS) regelt hauptsächlich den Lade- und Entladeschutz des Akkus. Im voll geladenen Zustand stellt es sicher, dass die Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Zellen unterhalb des eingestellten Wertes liegt, gewährleistet so das gleichmäßige Laden jeder einzelnen Zelle im Akku und verbessert die Ladeeffizienz im Reihenlademodus. Gleichzeitig erkennt es Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Kurzschluss und Überhitzung jeder einzelnen Zelle im Akku, um den Akku zu schützen und seine Lebensdauer zu verlängern. Das BMS-System wird als Komplettset mit einem Lithium-Ionen-Akku geliefert.

Das Energiemanagementsystem (EMS) überwacht in erster Linie den Echtzeit-Betriebszustand des Kraftwerks, einschließlich der Systemleistungskurve, Batteriespannung und -temperatur, der verarbeiteten Leistung sowie weiterer vereinbarter Überwachungsdaten. Zusätzlich kann auf dem Server eine Fernüberwachungssoftware installiert werden, um Daten fernzusteuern, herunterzuladen, Alarme in Echtzeit auszulösen und diese an ein festgelegtes Mobiltelefon zu senden.

(7) Überwachungssystem und zugehörige Zugangssystemausrüstung

Zu den Basisfunktionen des Batteriespeicher-Überwachungssystems gehören: Messüberwachungsfunktion, Datenverarbeitungsfunktion, Analyse- und Statistikfunktion, Betriebssteuerungsfunktion, Ereignisalarmfunktion, Schutzmanagementfunktion, Mensch-Maschine-Schnittstellenfunktion, Unfallabruf- und historische Umkehrfunktion, historische Datenverwaltungsfunktion, Fernsteuerungs- und Weiterleitungsfunktionen sowie Systemwartungsfunktionen.

Die an das System angeschlossenen Geräte sind integraler Bestandteil des gesamten Überwachungssystems. Aufgrund der unterschiedlichen Gegebenheiten beim Aufbau von Stromnetzen an verschiedenen Standorten ist die für das Zugangssystem benötigte Ausrüstung nicht einheitlich. Gemäß den Anforderungen der nationalen Norm GB und der Industrienorm DL lassen sich jedoch einige gängige Geräte finden.

Oberschwingungen, Spannungsschwankungen, Flimmern und andere Indikatoren der Stromqualität des an den öffentlichen Netzanschlusspunkt angeschlossenen Energiespeichersystems müssen überwacht werden, und es werden Geräte zur Überwachung der Stromqualität benötigt, um dem Netzbetreiber Rückmeldung zu geben.

Die Konfiguration und Einstellung des Schutzes von Energiespeichersystemen muss mit den netzseitigen Schutzeinrichtungen kompatibel und auf die netzseitige Abschaltstrategie abgestimmt sein. Automatische Sicherheitseinrichtungen müssen die „drei Brandlinien“ des Netzbetreibers bilden.

Das Energiespeichersystem sollte mit einem elektrischen Energiemessgerät ausgestattet sein, das entweder an der Ausgangsseite des Energiespeichersystems oder am öffentlichen Netzanschlusspunkt installiert wird.

Das Energiespeichersystem ist an das Stromnetz angeschlossen, und die zur Erfüllung der Abrufanforderungen des Stromnetzes erforderliche Ausrüstung besteht aus dem Stromabrufdatennetz und sekundären Sicherheitseinrichtungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Zusammensetzung des Energiespeichersystems variiert je nach Projektmerkmalen. Bei Kombination mit Photovoltaik oder Windkraft ist kein separates Umspannwerk erforderlich; bei Netzanschluss im Niederspannungsbereich wird kein Kastentransformator benötigt. Unterschiedliche Zugangsberichte (Genehmigungen) führen zu Anpassungen der gesamten Überwachungssystemausrüstung.