Was ist ein Energiespeichersystem?

Das Batterie-Energiespeichersystem ist ein Energiespeichersystem, das aus Batterien und parallelen Spannungswandlern besteht und die Fähigkeit besitzt, Leistung schnell anzupassen und (mit oder ohne) dem Wechselstromsystem auszutauschen (Ausgang oder Eingang).

Lithium-Batterie-Energiespeicher ermöglichen effektives Lastmanagement, glätten die Last, decken Spitzen ab und füllen Energietiefen aus, gleichen den Stromverbrauch effektiv aus und verbessern so die Effizienz der Stromnutzung. Sie sind eine wichtige Technologie zur Linderung der aktuellen Energiekrise und der Umweltverschmutzung. Lithium-Batterie-Energiespeicher, insbesondere Lithium-Eisenphosphat-Batterien, gewinnen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ihrer Bedeutung für die Zukunft der Menschheit schlug die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) im Dezember 2011 im Weißbuch zur elektrischen Energiespeicherung drei wichtige Anwendungsfunktionen der Energiespeicherung im Stromnetz vor: Verbesserung der Stromqualität für Verbraucher, Bereitstellung von Notstrom bei Stromausfällen und Ausnutzung der Strompreisdifferenz zwischen Tal und Spitze.

Batteriespeicher

Blei-Säure-Batterien sind die älteste Lithium-Batterie-Speichertechnologie. Die Entwicklung von Blei-Säure-Batterien dauerte lange, daher ist die Technologie relativ ausgereift. Das Prinzip von Blei-Säure-Batterien (VRLA) ist einfach: Die Elektrode besteht hauptsächlich aus Blei und Bleioxid, der Elektrolyt ist eine Schwefelsäurelösung, die durch chemische Reaktion die Energie der Wiederentladung freisetzt. Blei-Säure-Batterien bieten Vorteile wie niedrigen Preis, hohe Recyclingrate, geringe Selbstentladung und gute Hochstromfestigkeit. Blei ist jedoch ein Schwermetall und belastet die Umwelt und den menschlichen Körper. Darüber hinaus haben Blei-Säure-Batterien eine kurze Lebensdauer und müssen häufig gewartet werden. Ihre geringe Energie- und Leistungsdichte kann Leistung und Kapazität nicht erfüllen. Gleichzeitig müssen großflächige Energiespeicherszenarien berücksichtigt werden. Dies verhindert, dass die Entwicklung der Lithium-Batterie-Speichertechnologie neue Höhen erreichen kann.

Lithium-Batterie-Energiespeicher

Die Energiespeicherung mit Blei-Säure-Batterien bringt viele Probleme mit sich, wie hohe Investitionen, kurze Lebensdauer, Umweltverschmutzung und Schäden für den menschlichen Körper, während die Energiespeicherung mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4 Energiespeicher) ist ein neuer Typ von Hochenergie-Sekundärbatterien, der in den letzten Jahren auf den Markt gekommen ist.

Das Prinzip der elektrochemischen Interkalations-/Deinterkalationsreaktion wird angewendet, um die Bewegung von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden zu realisieren. Dieser Prozess ist im Wesentlichen der Prozess des Ladens und Entladens durch Strom.

Lithiumbatterien zeichnen sich durch eine hohe Energiespeicherdichte, geringe Größe, keine Umweltverschmutzung, geringe Selbstentladung und schnelle Lade- und Entladegeschwindigkeit aus. Sie bieten viele Vorteile, wie beispielsweise gute Leistungseigenschaften, und werden von der Bevölkerung geschätzt und begrüßt. Lithiumbatterien weisen zwar einige Nachteile auf, beispielsweise sind sie teurer als Blei-Säure-Batterien. Aus bilanzieller Sicht werden Lithiumbatterien jedoch auch in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Energiespeichertechnologie spielen. Mit fortschreitender Technologieentwicklung werden die Kosten für Lithiumbatterien sinken.

Die Zusammensetzungsstruktur der Batterie-Energiespeichertechnologie:

Das Energiespeichersystem besteht aus Batterie, elektrischen Komponenten, mechanischer Unterstützung, Heiz- und Kühlsystem (Wärmemanagementsystem), bidirektionalem Energiespeicherkonverter (PCS), Energiemanagementsystem (EMS) und Batteriemanagementsystem (BMS). Die Batterien werden angeordnet, verbunden und zu einem Batteriemodul zusammengebaut. Anschließend werden sie zusammen mit anderen Komponenten im Schrank befestigt und montiert, um einen Batterieschrank zu bilden. Im Folgenden stellen wir die wichtigsten Teile vor.

Der im Batteriespeichersystem verwendete Energiebatterietyp unterscheidet sich vom Leistungsbatterietyp. Leistungsbatterien ähneln beispielsweise Sprintern. Sie verfügen über eine hohe explosive Kraft und können in kurzer Zeit hohe Leistungen freisetzen. Energiebatterien hingegen ähneln eher Marathonläufern, haben eine hohe Energiedichte und können mit einer einzigen Ladung länger genutzt werden.

Ein weiteres Merkmal energiebasierter Batterien ist ihre lange Lebensdauer, die für Energiespeichersysteme von großer Bedeutung ist. Die Eliminierung des Unterschieds zwischen Tag- und Nachtspitzen ist das Hauptanwendungsszenario des Energiespeichersystems, und die Nutzungsdauer des Produkts wirkt sich direkt auf die Projekteinnahmen aus.

Wärmemanagement: Vergleicht man die Batterie mit dem Körper des Energiespeichers, so ist das Wärmemanagementsystem der „Anzug“ des Energiespeichers. Wie Menschen benötigen auch Batterien einen angenehmen Temperaturbereich (23–25 °C), um effizient zu arbeiten. Übersteigt die Betriebstemperatur der Batterie 50 °C, verringert sich ihre Lebensdauer rapide. Bei Temperaturen unter -10 °C wechselt die Batterie in den Ruhezustand und kann nicht mehr normal arbeiten.

Die unterschiedliche Leistung der Batterie bei hohen und niedrigen Temperaturen zeigt, dass die Lebensdauer und Sicherheit des Energiespeichersystems bei hohen Temperaturen stark beeinträchtigt werden, während das Energiespeichersystem bei niedrigen Temperaturen vollständig ausfällt. Die Funktion des Wärmemanagements besteht darin, dem Energiespeichersystem eine der Umgebungstemperatur entsprechende angenehme Temperatur zu verleihen. Dadurch kann die Lebensdauer des gesamten Systems verlängert werden.

Batteriemanagementsystem

Das Batteriemanagementsystem ist sozusagen der Controller des Batteriesystems. Es fungiert als Bindeglied zwischen Batterie und Benutzer und optimiert vor allem die Batterienutzung und verhindert Überladung oder Tiefentladung. Stehen zwei Personen vor uns, können wir leicht erkennen, wer größer und wer dicker ist. Stehen jedoch Tausende davor, wird dies unmöglich. Das BMS ist dafür zuständig. Parameter wie „groß, klein, dick und dünn“ entsprechen dem Energiespeichersystem, also den drei Daten Spannung, Stromstärke und Temperatur. Anhand eines komplexen Algorithmus lassen sich der Ladezustand (SOC) des Systems, Start und Stopp des Wärmemanagementsystems, die Systemisolationserkennung und das Batteriegleichgewicht ableiten.

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