AKÜ ENERJI DEPOLAMA SISTEMLERI (BESS) NEDIR?

Bu makalede BESS, farklı türler, lityum akülerin nasıl çalıştığı ve uygulamaları tartışılacaktır.

  www.cummins.com

• Hidro, termal, nükleer, gaz, petrol, kömür, güneş, rüzgar, gelgit ve diğer güç kaynaklarını kullanan jeneratörler.
• Üretilen voltajları iletim hattı voltajlarına yükseltmek için transformatörleri hızlandırır.
• Uzun iletim hatları.
• Voltajları yerel şanzıman seviyelerine indirmek için aşağı adım trafolar (trafo merkezleri).
• Tüketici düzeyinde voltajlar (240V, 110V ve 400V üç faz) sağlamak için sokak transformatörleri.

Geleneksel olarak sahip olmadığı şey, talep dalgalanmalarına uyacak şekilde elektrik depolamak için herhangi bir araçtır. Bu, BESS ile donatılmış olmayan bir şebekede, üretilen fazla gücün şebekede dağıtılması gerektiği anlamına gelir. Jeneratörler dönmeli, bağlı olmaya hazır olmalı, talep zaten bağlı kaynağın ötesine geçtiği anda bağlanmaya hazır olmalıdır - "dönme rezervi." İyi yönetilen bir şebekede, dönen rezerv, talepte dalgalanmalara hazır olmak için kapasitenin % 15-30'i olabilir. Akü enerjisi depolama sistemleri, ihtiyaç duyulduğunda teslim etmek için fazla güç depolayan, arz/talep uçurumunu gideren araçlardır.

Bu makalede BESS, farklı türler, lityum akülerin nasıl çalıştığı ve uygulamaları tartışılacaktır.

BESS prensibi
Akü enerji depolama sistemleri (BESS), şebekeyi nasıl dengelediğimiz, yenilenebilirleri entegre ettiğimiz ve genellikle elektrik enerjisini nasıl depoladığımız ve kullandığımızda gerçekleşen devrimde önemli hale gelmektedir. BESS, elektrik enerjisini daha sonra yerel veya şebeke ölçeği talebine güç sağlamak için boşaltılabilen şarj edilebilir rezervlerde depolayarak çalışır. Belki de en önemlisi, bu akü rezervleri, talep veya frekans/voltaj dengesizliği onları otomatik olarak tetiklemesi nedeniyle şebeke kaynağına hızlı bir şekilde geçmeye hazırdır.

Cummins Inc.'in BESS ile ana hedefi, sayaç arkası desteği ve metrenin önünde şebeke operasyonel desteğine entegrasyondur. Bu, hem şebeke dışı hem de şebeke dışı uygulamalarla veya bir sahada yenilenebilir enerjinin yerel entegrasyonu veya güvenilir olmayan şebeke bağlantıları için güç yedeklemesi ile ilgilidir.

Bu depolama sistemleri yatırım gerektirirken, bunaltıcı avantajları temsil eden bazı muazzam avantajlar sunarlar. Bunların arasında şef, tepki hızıdır. Akü rezervleri genellikle şaşırtıcı hızda şebeke senkronize AC'ye geçilebilir - genellikle birkaç döngü içinde ac frekans (saniyede 50-60 döngü veya Hz). Şebekeye sağlanan en yüksek elektrik fiyatı hızlı yanıt kaynağıdır, bu nedenle depolanan gücün ticari değeri normal fiyatın 10 ila 100 katı olabilir.

Doğru akü teknolojisi uzun vadeli sabit rezervler sunar - tipik lityum bazlı akü teknolojileri, gerekirse yıllarca yüksek güç seviyelerini tutabilir. Akış aküleri gücü neredeyse süresiz olarak tutabilir.



Akü teknolojisi

BESS nasıl çalışır?
Enerji depolama, şarj sisteminde başlar. Bu, "fazla" AC şebekesini veya DC güneş enerjisini ve hücreleri şarj etmek için koşulları gerektirir. Bu, kuruluma ve mevcut akıma bağlı olarak hızlı bir şarj veya yavaş şarj olabilir.

BESS sistemleri, yerel mikro şebeke verimliliğini belirgin bir şekilde, daha düşük maliyet gücünü zaman değiştirerek ve zaman değiştirme ve arabelleğe alma yoluyla çıktılarının tam kullanımına yakın bir şekilde güneş, rüzgar vb. gibi değişken kaynakları sorunsuz bir şekilde entegre ederek artırabilir.

En yaygın olarak lityum türlerinden biri olan akü hücresinde enerji, şebekenin gerektirdiği AC(alternatif akım) yerine DC potansiyel farkı olarak sağlanan elektrokimyasal potansiyel olarak depolanır. Tek tek hücreler, kapasite, güvenilirlik ve kalıcı performans oluşturmak için paket olarak adlandırılan paketlenmiş hücre kümelerine bağlı olan akü paketlerinin yapı taşlarıdır. Hücreler silindirik, prizmatik veya kese yapımı olabilir.

Silindirik tipler daha iyi soğutma sirkülasyonuna izin verebilir ancak daha düşük ambalaj yoğunluğu sunar. Prizmatik tipler yakın istifler ve yoğunluğu optimize eder. Kese türleri daha düzensiz boşluklara uymak için kullanılabilir ve sert muhafazadan yoksun olmak daha hafif olma eğilimindedir.

Akü paketleri, şarj/deşarj yönetimi, durum izleme ve soğutma için otomatik olarak denetlenen modüllere entegre edilmiştir. Bu modüller, performansı, güvenliği ve güvenilirliği parçalı ve otomatik bir düzeyde dengeler ve bireysel hücreler ile üst düzey depolama sistemi kontrolü arasında aracı olarak çalışır.

Birden fazla modül, kapsayıcılı bir güç depolama çözümü içinde toplanır ve kontrol edilir. Tipik olarak kullanılan enerji depolama üniteleri (ESUs) veya akü enerji depolama sistemleri (BESS), aşağıdakiler dahil olmak üzere gerekli tüm bileşenleri barındırmaktadır:

• Güç elektroniği: Elektrik şebekesi veya bağımsız uygulamalarla sorunsuz entegrasyon sağlayarak sistem içinde ve dışında enerji akışını yönetin. Bu, DC'de depolanan elektrokimyasal potansiyeli AC olarak şebekeye geri döndürmek için akü ve fazlı birleştirilmiş çeviricileri şarj etmek için AC'yi DC'ye dönüştürmek için çeviricilerin ve güç dönüştürme modüllerinin kullanılmasını içerir. Faz bağlantısı, optimum güç verimliliği sağlamak için AC'nin şebeke bağlantısının döngüleri ile faz halinde olmasını sağlar.
• Termal yönetim sistemleri: Akü performansını ve uzun ömürlülüğü optimize etmek için sıcaklığı düzenleyin.
• Güvenlik mekanizmaları: Aşırı ısınma veya aşırı şarj gibi riskleri azaltın ve sistem arızalarından kaynaklanan nadir acil durumları ele alın.

• Lityum bazlı sistemler: Bunlar lityum iyon kobalt oksiti (LiCoO2) kapsar; lityum iyon nikel kobalt alüminyum oksit (NCA); lityum iyon nikel manganez kobalt oksit (NMC); lityum iyon demir fosfat (LiFePO4); lityum titanat (LTO); ve katı hal lityum iyon. Bunlar birlikte yüksek enerji yoğunluğu, uzun derin döngü ömrü ve nispeten düşük bakım gereksinimleri nedeniyle en yaygın BESS sınıfıdır. BESS'in karşılaştığı tüm operasyonel modlarda çok yönlüler.
• Akış aküleri: Enerjiyi harici tanklarda bulunan sıvı elektrolitlerde saklayın. Ölçeklenebilirlik ve uzun döngü ömründen yararlanarak büyük ölçekli kalıcı olarak monte edilmiş enerji depolama uygulamaları için en uygun hale getirirler. Örneğin vanadyum redox akışlı aküler (VRFB'ler), güç çıkışında çok uzun süre depolama ve esneklik sunar.
• Kurşun asitli aküler: 150 yılı aşkın süredir enerji depolama için kullanılmaktadır ve düşük maliyetli sağlamlıkları için takdir edilmektedir. Daha fazla mevcut teknolojilere kıyasla önemli ölçüde daha düşük enerji yoğunluğu ve daha kısa döngü ömrü sunsalar da, yedek UPS (kesintisiz güç kaynağı) güç sistemleri ve daha küçük (genellikle ev içi) şebeke dışı kurulumlar gibi belirli uygulamalarla ilgili olmaya devam ederler.
• Sodyum kükürtlü aküler: Yüksek sıcaklıklarda çalışır ve güç depolama ortamı olarak erimiş sodyum ve kükürt kullanır. Yüksek enerji yoğunluğuna sahip olabilirler ve şebeke stabilizasyonu ve yenilenebilir/gereksiz güç entegrasyonu gibi büyük ölçekli uygulamalara iyi uyum sağlarlar.

• Elektrolitler: Lityum akü teknolojisinde kullanılan üç elektrolit sınıfı vardır:
  • Sıvı elektrolit: Genellikle alev geciktirici katkı maddeleri içeren organik bir çözücüde çözülmüş bir lityum tuzu. Lityum tuzu, şarjı aktaran iyonik iletkendir; organik çözücü yüksek iyonik hareketlilik sağlar ve katkı maddeleri elektrolitin stabilitesini, iletkenliğini ve güvenliğini optimize eder.
  • Polimer bazlı jel elektrolitleri: Yüksek iyonik iletkenlik sağlarlar ancak sızıntı ihtimali çok daha azdır. Polimer matris, bir jelleme maddesi olarak işlev görür ve tasarım gereği, çözücü içinde iyonik hareketliliğe engel teşkil etmemektedir. Lityum tuzu aynı şekilde hareket eder, ancak jel tipi hücreler daha iyi akü güvenliği ve döngü ömrü sunar.
  • Katı hal elektrolitleri: Güvenliği ve kararlılığı artıran, dendrit oluşumuna karşı bir engel olarak hareket eden ve akünün termal ve kimyasal stabilitesini artıran sıvı elektrolitlere yeni alternatifler. Bu, daha yüksek risk olmadan daha yüksek şarj ve deşarj oranlarını kolaylaştırır.
• Ayırıcılar: Anot ve katot arasında fiziksel bir boşluk sağlayan gözenekli membran yapıları, şarj ve deşarj sırasında lityum iyonlarının geçmesine izin verir. Ayırıcılar genellikle sağlamlığı artırmak için genellikle bir polipropilen (PP) elemanı içeren yüksek gözenekli polietilenden (PE) yapılır.

• İyonik lityum tuzları: Hücre içindeki şarjın hareketliliğini sağlar
• Organik çözücüler: Elektrotlar arasında akımın akmasına izin vermek için yük taşıyıcıları olarak hareket edin. Bu, akü teknolojisine bağlı olarak sıvı, jel veya katı olabilir.
• Kobalt: Stabilite için katotlarda kullanılır
• Katotlarda nikel, manganez ve alüminyum: Kobalt kullanımını azaltmak için kullanılır
• Grafit: Bunlar tipik anot yapılarında bulunur, ancak bu daha yüksek kapasite ve sağlamlık için silikona doğru gelişiyor
• Bağlayıcılar (tipik olarak polivinliden florür (PVDF), polivinil alkol (PVA), karboksimetil selüloz (CMC) veya stiren-bütadien kauçuk (SBR)): Elektrot malzemelerini entegre eder ve sertleştirir
• PE ve PP'nin gözenekli ayırıcıları: Elektrotları izole edin ve iyon hareketine izin verin
• Kasa malzemeleri - çelik, alüminyum veya polimer borular (silindirik ve prizmatik hücreler için) ve kese hücreleri için ısı yalıtımlı polimer filmler: Hücre muhafazası elektrolitte contalar ve kimyanın elektriksel ve fiziksel izolasyonunu sağlar. Termal izolasyonun çok önemli olduğu birkaç durumda seramik kasalar kullanılabilir ve havacılık uygulamalarında karbon fiber gibi hafif kompozitler kullanılır.

Konteynırlı bir BESS'in ana bileşenleri

Diğer bileşenler

• Çalışan bir BESS konteyner sistemi veya kurulumu da aşağıdakilerden oluşur:
• BESS kontrolörü: Bu sistem gözetimi güç ayırmayı çalıştırır, şarjı yönetir ve operasyonel gözetim ve güvenlik kontrolüne sahiptir.
• Yapısal çerçeveler ve muhafazalar: Akü modüllerini muhafaza etmek ve tutmak için kullanılır.
• Akü yönetim sistemleri: Güvenlik ve verimlilik sağlayarak akü performansını izleyin ve kontrol edin.
• HVAC soğutma sistemleri: Optimum çalışma sağlamak için yüksek şarj veya deşarj dönemlerinde aşırı ısınmayı önleyerek kabın içindeki sıcaklığı düzenler.
• Şebeke senkronize çeviricileri: DC gücünü akülerden şebeke bağlantısı veya diğer uygulamalar için frekans senkronize AC gücüne dönüştürün.
• AC ila DC dönüştürücüler (doğrultucu): Şebeke AC'sini şarj için akü dostu DC voltajı olarak teslim edin.
• Transformatörler: Şebeke veya yerel sistem gereksinimlerine uyacak şekilde voltaj seviyelerini yükseltmeye veya düşürmeye hizmet eder.
• Soğutma sistemleri: Bir BESS kurulumunun birçok elemanı, iyi işlev için sıcaklık kontrolü gerektirir.
• UPS: BESS sistemi, yüksek kapasiteli kesintisiz güç kaynağı (UPS) olarak çalışabilir.
• Yangın söndürme sistemleri: Kurulumu korumak için yangınları algılayın ve söndürin.

• Şebeke stabilizasyonu ve frekans düzenlemesi, yerel (veya daha geniş) şebekede talep veya arzdaki ani değişikliklere hızlı yanıt verilmesinden kaynaklanır. Bu, BESS kurulumlarının, talebin azalmış olduğu (veya aşırı ikmal ettiği) dönemlerde aşırı enerjiyi emerek ve yüksek talep sırasında depolanmış gücü serbest bırakarak frekans ve voltajın stabilizasyonuna katkıda bulunmalarına olanak tanır.
• Yenilenebilir enerji entegrasyonu, arzın en üst noktasında tamponlanması ve sonuçlanan gücün sorunsuz kullanılabilirliğini gerektirir. BESS kurulumları, güneş ve rüzgar gücünün tipik olduğu aksi takdirde işe yaramaz aşırı ikmalleri depolar. Yenilenebilir enerjideki yıkıcı dalgalanmaları gidermek, aşırı ikmal ve kesintinin "gereksiz güç" etkilerini ortadan kaldırır. Bu, tedarikte kısa (veya daha uzun) çöküşü telafi etmek için termal kaynaklara güvenmeyen şebekeye yenilenebilir enerjinin daha fazla nüfuz etmesini sağlar.
• En yüksek tıraş ve yük yönetimi, fiyatların düşük olduğu yoğun olmayan saatlerde enerji depolayarak ve fiyatların yüksek olduğu yoğun saatlerde boşaltma yaparak elektrik maliyetlerini azaltabilen temel BESS hizmetleridir. Bu zirve tıraşı, yüksek talep dönemlerinde şebekedeki gerginliği azaltmaya yardımcı olur ve pahalı zirve güç santrallerine olan ihtiyacı azaltır. Dağıtılmış mikro şebekelerde bu, daha az yakıt (dizel) gerekecektir ve jeneratör stresi ve bakım maliyetleri düşürülecektir.
• Mikro şebeke desteği, bir BESS'in yedek güç, yük dengeleme ve şebeke destek hizmetleri sağlayabildiği için en yüksek tıraşa benzer. Bu, mikro şebekelerin güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırarak kesintisiz güç kaynağı sağlar ve yenilenebilir ve termal enerji kaynaklarının kullanımını optimize eder.
• EV şarj altyapısı, BESS tarafından büyük ölçüde geliştirilmiştir ve daha hızlı şarj olanağı sağlayarak ve en yüksek talebi yöneterek EV'lerin dağıtımını destekler. Mevcut altyapıyı aşırı yüklemeden çok sayıda EV'nin şebekeye entegrasyonu, elektrik ağlarının karşılaştığı en büyük zorluk ve BESS, en yüksek talebi güvenli bir şekilde yönetmede kritik öneme sahiptir.
• BESS, kritik endüstriyel ve ticari tesisler için kesintisiz güç sağlayarak şebeke kesintileri veya elektrik kesintileri sırasında sorunsuz çalışma sağlar ve çevik talep yanıtı yoluyla elektrik maliyetlerini azaltır.
• BESS evlere monte edilerek, güneş panellerinden fazla enerji depolayarak veya daha sonra kullanılmak üzere yüksek tedarikli, düşük talepli saatlerde sayaç arkasını daha etkili/daha düşük maliyete sahip hale getirebilir.
• BESS, elektrik şebekesine erişimin sınırlı olduğu veya kullanılamadığı uzak veya şebeke dışı yerlerde güvenilir güç sağlayabilir. Telekomünikasyon, uzaktan izleme ve kırsal elektrifikasyon projeleri gibi uygulamalarda kullanılırlar.

  Ask For More Information…