Ein komplettes Batterie-Energiespeichersystem (BESS) erfordert die Beachtung von zwei Hauptleistungsindikatoren: einer bezieht sich auf die Energiespeicherkapazität und -auslastung, also auf die Kapazität; und das andere hängt mit der Fähigkeit zusammen, Energie wieder aufzufüllen oder freizusetzen, also mit Kraft. Die Beziehung zwischen diesen beiden Aspekten wird häufig verwendet, um zu unterscheiden, ob das Energiespeichersystem energieorientiert oder leistungsorientiert ist.
Kapazität des Batterieenergiespeichersystems
Diese Metrik stellt die theoretische maximale Energiekapazität dar, die ein Speichersystem aufnehmen kann, typischerweise ausgedrückt in Kilowatt-Stunden (kWh) oder Megawatt-Stunden (MWh). Dies ist einer der wichtigsten Parameter eines Energiespeichersystems; Die tatsächlich nutzbare Kapazität wird jedoch von der Entladetiefe (DOD) der Batterie und der Systemeffizienz beeinflusst.
Die Kapazität eines BESS (Battery Energy Storage System) betont die Energiemenge, die ausgegeben oder genutzt werden kann, was sich von der Definition der Batteriekapazität unterscheidet. Die Batteriekapazität bezieht sich im Allgemeinen auf die Kapazität einer Batterie unter bestimmten Bedingungen (Entladerate, Temperatur, Abschlussspannung usw.) und wird in Amperestunden ({2}}Stunden (Ah) gemessen, was das Integral des Stroms über die Zeit darstellt.
Batterie-Energiespeichersystem: Maximale Systemleistung
Die maximale Leistung des Systems spiegelt die maximale Lade- und Entladeleistung des Energiespeichersystems wider und wird im Allgemeinen in Kilowatt (kW) oder Megawatt (MW) ausgedrückt. Dieser Leistungsindikator wird durch das Design des gesamten Hauptstromkreises, einschließlich Batterie, DC-Übertragungskreis, PCS und AC-Anschluss, und sogar durch die Verluste während des Betriebs bei maximaler Leistung (diese Verluste werden hauptsächlich in Wärme umgewandelt) bestimmt, was sich auf das Design des Temperaturregelsystems und anderer Zusatzgeräte auswirkt. Energiespeichersysteme mit gleicher Kapazität können aufgrund unterschiedlicher Maximalleistungen deutlich unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen; selbst das gleiche Energiespeichersystem weist aufgrund unterschiedlicher Betriebsleistungsniveaus einen quadratischen Unterschied in der Effizienz auf.
Wenn der Leistungsparameter im Vergleich zum Kapazitätsparameter relativ groß ist, beispielsweise 1 MW/500 kWh, spricht man von einem Energiespeichersystem vom Typ Power-; Wenn es dagegen 500 kW/1 MWh beträgt, spricht man von einem Energiespeichersystem vom Typ Energie-. Daher wird manchmal das Konzept der Zeit eingeführt, wobei ersteres beispielsweise mit 1 MW/0,5 h und letzteres mit 500 kW/2 h bezeichnet wird.
Batteriespeichersystem: Energieverlust und Effizienz
Der Wirkungsgrad eines Energiespeichersystems spiegelt den Energieverlust beim Lade- und Entladevorgang wider. Darunter versteht man das Verhältnis der vom System abgegebenen Energie zur darin geladenen Energie, auch Kreislaufwirkungsgrad genannt. Dieser Verlust hängt nicht nur mit der technischen Art der Energiespeicherbatterie zusammen, sondern hängt auch von elektrischen Komponenten wie dem Stromumwandlungssystem (PCS) ab. Im engeren Sinne spiegelt die Systemeffizienz in erster Linie die Verluste im Hauptstromkreis während des Ladens und Entladens wider, von der Batterie, dem DC-Bus, dem PCS und schließlich bis zum Transformator (falls vorhanden). In praktischen technischen Anwendungen ist jedoch häufig der Stromverbrauch von Zusatzgeräten wie dem Temperaturregelsystem im Gesamtverlust enthalten und wirkt sich somit auf den Gesamtwirkungsgrad aus.
Abbildung: BESS-Energiebilanzbeziehung
Batterie-Energiespeichersystem: Anzahl der Zyklen
Die Anzahl der Lade-{0}}Entladezyklen einer Batterie bestimmt ihre Lebensdauer. Bei einem Energiespeichersystem bestimmt die Lebensdauer der Batterie aufgrund des hohen Wertes der Batterie auch die Lebensdauer des Gesamtsystems. Die Verschlechterung der Zyklenlebensdauer führt zu einem Anstieg des Innenwiderstands, was wiederum zu höheren Verlusten und Wärmeentwicklung führt und den Degradationsprozess weiter beschleunigt. Darüber hinaus führen häufiges Überladen und Überentladen dazu, dass sich metallische Substanzen im Elektrolyten immer wieder auflösen und ablagern, was sich ebenfalls erheblich auf die Lebensdauer und Sicherheit der Batterie auswirkt.
Bei einem bestimmten Typ von Lithium-Ionen-Batterien weist die Anzahl der Zyklen unter 1C-Lade- und 1C-Entladebedingungen erhebliche Unterschiede bei unterschiedlichen Entladetiefen (DOD) auf, wie in der Abbildung dargestellt.
Kosten für Batterieenergiespeichersystem
Die Kosten von Energiespeichersystemen hängen eng mit der Kapazität, der Leistung und der Betriebsumgebung des Systems zusammen. Im Allgemeinen machen die Kosten für Batterien bei Energiespeichersystemen-einen relativ hohen Anteil aus; Während bei Energiespeichersystemen-die Kosten für Batterien relativ niedriger sind. Allerdings machen die Kosten für den Akku derzeit in jedem Fall den Hauptanteil der BESS-Gesamtkosten aus und werden auch in Zukunft der Hauptbereich für Kostensenkungen sein.
Die Kosteneinheit kann als Yuan/kWh oder Yuan/kW ausgedrückt werden, aber keine davon gibt ihre Bedeutung vollständig und genau wieder. Daher ist es wichtig, bei der Erörterung spezifischer Projekte gleichzeitig Kapazität und Leistung anzugeben.
Batterie-Energiespeichersystem: Kosten Reaktionszeit
Bei BESS (Battery Energy Storage Systems) liegen sowohl die Leistungsumwandlung als auch die Reaktionszeit im Millisekundenbereich, was für Anwendungen im Energiesystem ausreichend ist. Hier zeichnet sich BESS im Vergleich zu anderen physikalischen Energiespeichermethoden wie der Schwungrad-Energiespeicherung und der Pumpspeicherung aus Wasserkraft aus. Aufgrund von Einschränkungen bei Spannung, Installationsmethoden und Batteriezellenkapazität sind Leistung und Kapazität einer einzelnen BESS-Einheit jedoch relativ begrenzt. Daher wird der Engpass bei der Reaktionszeit in großen Energiespeicherkraftwerken, die beispielsweise aus Dutzenden parallel geschalteter konventioneller Niederspannungs-Energiespeichersysteme mit 5 MW/2 Stunden bestehen, in erster Linie durch die Kommunikationsmethode und den Planungsmechanismus begrenzt. Es wird auch durch Funktionen wie die Leistungskoordinierung und die Unterdrückung von Kreisströmen zwischen den parallelen Geräten beeinflusst. Die endgültige Antwortzeit auf Stationsebene kann Hunderte von Millisekunden oder sogar Sekunden betragen. Natürlich ist eine einzelne BESS-Einheit mit 5 MW/2 Stunden nur ein hypothetisches Beispiel. Die übermäßige Parallelschaltung von Batterien birgt selbst erhebliche Sicherheitsrisiken. Die Lösung dieses Problems erfordert Änderungen in den Gruppensteuerungsmethoden sowie Durchbrüche und Anwendungen neuer Energiespeichersystemtechnologien wie Hochspannungs-Direktverbindungen.
Batterie-Energiespeichersystem: Weitere Funktionen
In anderen Anwendungsszenarien oder Wirtschaftsanalysen werden auch Konzepte wie spezifische Energie (Verhältnis von Energie zu Masse, Wh/kg), spezifische Leistung (Verhältnis von Leistung zu Masse, kW/kg) und Energiedichte pro Flächeneinheit (Verhältnis von Energie zu Fläche, Wh/m²) verwendet. Diese Konzepte sind für die Berechnung der Projekttransportkosten und des Flächennutzungsbedarfs relevant.