BESS: En lösning för proaktiv energihantering

Expansionen av förnybara energikällor och en global tendens till effektiv energiförbrukning har ökat intresset för energilagringslösningar, särskilt batteribaserade lagringssystem. Denna artikel hjälper dig att förstå vad dessa system är och vilka fördelar de har

Ett BESS: vad står bakom den?

Ett system för lagring av energi från batterier (BESS) är en komplex lösning som använder laddbara batterier för att lagra energi och använda den vid en senare tidpunkt. BESS-typerna korrelerar med elektrokemin eller det batteri de använder - systemen kan vara av typen litiumjon-, bly-syra-, nickel-kadmium-, natrium-svavel- och flödesbatterier. Ett energilagringssystem (ESS) är ett bredare begrepp och kan bygga på en rad olika tekniker utöver batterier, t.ex. vattenkraft, svänghjul, tryckluft och annat.

För att förstå vad ett BESS är och hur det fungerar, är det bra att titta på dess struktur och huvuddelar:

BATTERI

Elektrisk energi från olika källor, t.ex. sol, vind eller kraftverk, omvandlas till kemisk energi under batteriladdningsprocessen. Den energi som frigörs från batteriet under urladdningen kan förse hem, fordon, kommersiella byggnader och nät med ström. Batterier består av celler och kan vara placerade i moduler, förpackningar och behållare.

BATTERIHANTERINGSSYSTEM (BMS)

Ett BMS säkerställer säker och stabil funktion från batteriet. Varje batterityp har olika laddnings- och urladdningskaraktäristik. Ett BMS ser till att batteriet håller sig inom det nödvändiga ström-, spännings- och temperaturområdet. Genom att övervaka parametrarna och uppskatta batteriets laddningstillstånd (SOC) och hälsotillstånd (SOH), kan ett BMS säkerställa tillförlitlig och långvarig prestanda från batteriet.

KRAFTOMVANDLINGSSYSTEM (ST)

Med hjälp av ett kraftomvandlingssystem omvandlar ett BESS likström (DC) till växelström (AC) och vice versa. Växelström kommer från en strömkälla och omvandlas till likström under batteriladdning. När batteriet laddas ur producerar det likström som omvandlas tillbaka till den växelström som behövs för att driva BESS-tillämpningar.

ENERGIHANTERINGSSYSTEM (EMS)

Ett EMS är en styrenhet i ett batterilagringssystem. Det hanterar den tillgängliga energin i ett BESS, dvs. när, varför och i vilka mängder energin ska ackumuleras eller frigöras. Ett EMS sätter ihop elementen i ett BESS och optimerar dess övergripande prestanda.

SÄKERHETSSYSTEM

Det kan finnas en rad olika säkerhetssystem som alla har en specifik uppgift. Ett HVAC-system gör det till exempel möjligt för ett BESS att upprätthålla önskad temperatur och luftfuktighet genom uppvärmning, ventilation och luftkonditionering. Ett brandskyddssystem kan upptäcka rök och förhindra brandincidenter.

Figur 1: En typisk BESS-struktur. (Bildkälla: Integra Sources LLC)

Vad kan ett BESS göra?

Varje år försörjer batterilagringssystem tusentals hem, företag, fabriker och samhällen världen över med ström. De varierar i storlek och lagringskapacitet.

Tesla Powerwall har exempelvis 13,5 kWh användbar kapacitet och är en kompakt produkt som kan fungera som en kontinuerlig strömkälla för ett enskilt hushåll. Med sin totala kapacitet på 1 600 MWh kan Vistra Moss Landing Energy Storage Facility -världens största BESS - förse 300 000 hushåll med energi.

Trots skillnaden i storlek och kapacitet kan BESS fylla liknande funktioner och lösa liknande problem. Låt oss se på några fall då batterilagring kan komma i fråga.

Integrering av förnybar energi

BESS kan utnyttja sol- och vindkraft effektivt vid alla tidpunkter och i alla väder. Uppladdningsbara batterier kan lagra överskottsenergi från intermittent förnybar energi. Senare kan denna energi distribueras i enlighet med användarnas behov.

När förnybara energikällor integreras med batterilagringslösningar kan de ersätta fossila bränslen och erbjuda billig och ren energi för en mängd olika tillämpningar. Integrering av förnybara energikällor är ett vanligt inslag i många länder:

• solcellsparker och vindkraftverk
• konsumenter ej anslutna till elnätet och isolerade samhällen (öar och svåråtkomliga områden)
• energilagringsenheter för hemmet kopplade till solpaneler (t.ex. Powerwall)

Förutom system utanför elnätet, kan ett BESS i hög grad stödja nät- och hybridlösningar för bostäder, handel och industri.

Figur 2: Batterilagringssystem används ofta i solcellsparker och vindkraftverk. (Bildkälla: Integra Sources LLC)

Energiarbitrage

Det finns en positiv korrelation mellan efterfrågan på el och dess kostnad. Energipriset ökar under perioder med hög efterfrågan och sjunker när efterfrågan minskar. Energiarbitrage, även kallat tidsförskjutning, är något som konsumenter kan utnyttja med hjälp av ett batterilagringssystem.

Genom att ladda batteriet vid lågintensiva perioder, kan konsumenter köpa billig energi och lagra den i sitt BESS. Sedan kan de vänta tills elpriset stiger och ladda ur batteriet för att antingen använda billig energi eller sälja den på elnätet.

På så sätt kan hushåll och företag effektivt hantera energiresurser och minska sina kostnader.

Laststyrning

Energiförbrukningen varierar under dygnet och beroende på säsong - det finns toppar och dalar. Ett BESS gör det möjligt för användarna att navigera mellan dessa perioder, justera energiförbrukningen och spara på elkostnaderna.

Spikdämpning är en av de mest populära BESS-tillämpningarna inom laststyrning. Det handlar om att minska energiförbrukningen under toppar. Dessutom kan konsumenterna sänka sina kostnader på samma sätt som med energiarbitrage.

En batterilagringslösning kan bidra till att undvika toppbelastningar i elnätet och därmed strömavbrott och andra nödsituationer. När den lagrade energin laddas ur, avlastar ett BESS nätet och levererar avbrottsfri ström.

Start efter avbrott

Ett BESS kan hjälpa kraftverk och elnät att snabbt återstartas efter strömavbrott. I stället för att använda en dieselgenerator kan konsumenterna använda ett batterilagringssystem - en billigare och grönare lösning för svart start. Ett BESS kan köras oberoende av nätets överföringsledningar och leverera energi under den tid som krävs - från minuter till timmar.

Reservkraft

Ett BESS kan förse bostäder, företag och andra anläggningar med energi och säkerställa kontinuerlig drift. Detta är av avgörande betydelse för vårdinrättningar och andra organisationer som tillhandahåller tjänster som rör människors hälsa och säkerhet. Beroende på lagringskapaciteten, kan ett BESS leverera reservkraft så länge det behövs, även vid ett allvarligt nätfel.

Frekvens- och spänningsreglering

Frekvens och spänning kan överskrida sina driftgränser om strömförsörjningen inte är synkroniserad med den faktiska efterfrågan. Detta kan leda till effekttapp eller strömavbrott. Ett BESS kan säkerställa stabiliteten i ett elnät eller kraftsystem genom spännings- och frekvensreglering. På grund av sin snabba responstid blir ett batterilagringssystem en effektiv lösning för att balansera nätet.

Mikronät

Detta är små elnät som kan leverera el till kommersiella byggnader, tillverkningsanläggningar eller bostadsområden när de är anslutna till ett större nät. Autonoma mikronät kan försörja avlägsna områden och samhällen, t.ex. öar. När det kombineras med ett BESS och integreras med förnybar energi kan ett mikronät fungera som ett robust kraftsystem för flera användare.

Figur 3: Ett mikronät kan fungera som ett motståndskraftigt kraftsystem för avlägsna områden och samhällen, t.ex. öar. (Bildkälla: Integra Sources LLC)

Livslängdsförlängning av överförings- och distributionssystem

Ledningar för överföring och distribution (Ö&D) är känsliga för åldrande och nedskrivningar på grund av topp- och överlaster. En batterilagringslösning kan lösa detta problem genom att axla rollen som T&D-system. Ett BESS kan erbjuda ytterligare lagringskapacitet och balansera laster, vilket gör att man kan skjuta upp uppgraderingen av befintliga T&D-ledningar och byggandet av ny infrastruktur. Det innebär att du kan spara massor av pengar.

Var kan ett BESS användas bäst?

BESS bygger på teknik vars priser är överkomliga, t.ex. har priset på litiumjonbatterier sjunkit med nästan 90 % under de senaste tio åren och kommer att sjunka ytterligare. Batterilagringslösningar har en mängd olika konfigurationer, inklusive varierande lagringskapacitet och storlek, så att de passar i många branscher och tillämpningar.

Dessa tillämpningar kan delas in i FTM-system (front-of-the-meter, framför mätaren) eller system i stor skala (den förbrukade energin mäts av en elmätare) och BTM-lösningar (behind-the-meter, bakom mätaren) eller lösningar på plats (den förbrukade energin kan inte anslutas till ett nät och mäts därför av en elmätare). Här är en lista över FTM- och BTM-BESS-tillämpningar (som definitivt inte är fullständig).

Tillämpningar med front-of-the-meter

Batterilagringssystem kan i hög grad bidra till drift och underhåll av anläggningar och utrustning i stor skala. Ett BESS kan erbjuda reservkapacitet och underlätta start efter avbrott, ge spännings- och frekvensstabilitet och spara pengar genom glesare underhåll. FTM-BESS-tillämpningar inkluderar:

• Elnät
• Transformatorstationer
• Överförings- och distributionsledningar
• Kraftverk

BTM-tillämpningar

BTM-system kan leverera ström till konsumenter utan att behöva använda elnätet. Tillsammans med gröna energikällor kan ett BESS permanent försörja fristående kraftsystem eller mikronät. Tillverkare kan använda batterilagring som reservkraft för att undvika driftstopp i produktionsanläggningar. Genom att använda BESS kan företag och familjer sänka sina elavgifter avsevärt med hjälp av tidsförskjutning av energi. BTM:s batterilagringssystem kan hittas i:

• Industri- och tillverkningsanläggningar
• Företag
• Hushåll
• Elfordon
• Marina system

Figur 4: BESS-tillämpningar. (Bildkälla: Integra Sources LLC)

Är det meningsfullt att bygga ett BESS?

Det korta svaret är ja, det är det. Det längre svaret behöver förtydligas.

Att köpa ett färdigt BESS sparar utan tvekan mycket tid och ibland pengar. Om det inte finns några särskilda krav på systemet kan man välja en färdig lösning bland de många energilagringsprodukter som finns på marknaden. Det kan dock finnas vissa skäl för konsumenter att avstå från köpet, exempelvis:

• specifika kundkrav, inklusive specifika affärsmässiga krav och driftsförhållanden
• brist på önskade funktioner eller onödiga funktioner som ökar kostnaderna för systemet
• systemet är ofullständigt och det saknas stödutrustning
• programvara av låg kvalitet
• avsaknad av garantier och underhåll efter garantin

Att bygga ett batterilagringssystem kan vara en omständlig process som kräver tid, pengar och expertis. Men detta ger en möjlighet att skapa en mycket skräddarsydd lösning som helt uppfyller slutanvändarens alla krav.

Ett skräddarsytt BESS kan erbjuda bättre funktionalitet, användbarhet, säkerhet och cybersäkerhet. Genom att implementera avancerade BMS-algoritmer kan användarna förbättra batteriets prestanda och förlänga dess livslängd. Genom att utveckla en skräddarsydd lösning, kan man optimera teknisk support, kundservice och andra tjänster som kan behövas av slutanvändare eller BESS-leverantörer.

För att konstruera ett högkvalitativt BESS krävs ett team av yrkespersoner som är kunniga inom batteriteknik, kraftelektronik, inbyggd programvara och hårdvaruutveckling. Det är viktigt att organisera och harmonisera varje steg i skapandet av produkten, från konstruktion till certifiering och tillverkning. Genom att anställa ingenjörer med relevant expertis och erfarenhet kan man bygga upp ett fullfjädrat batterilagringssystem som kan föregripa konsumenternas förväntningar.

Trots detta är en specialtillverkad produkt ingen patentlösning. Det bör övervägas från fall till fall om man vill göra en specialtillverkad BESS, och för vissa projekt är en användningsklar köpt lösning det bästa alternativet. Om du vill veta mer om skräddarsydda BESS-system jämfört med standardiserade BESS-system kan du läsa en större artikel om batterilagringssystem på Integra Sources LLC:s bloggsida. Här kan läsarna också lära sig mer om olika batteritekniker och egenskaper, stora BESS-tillverkare, alternativa energilagringssystem och andra relaterade uppgifter.