BESS uzbūve: sistēmas komponentes un kā tās strādā kopā

Standarta BESS (Battery Energy Storage System) iekārta no malas izskatās vienkārši — pelēks vai balts skapis. Taču iekšpusē tas ir sarežģīts inženiertehnisks risinājums, kurā katrs elements pilda precīzi noteiktu lomu. Tieši tāpēc pirms iegādes lēmuma pieņemšanas ir vērts saprast, kas atrodas aiz tā metāla durvīm.

Šajā rakstā mēs iziesim cauri komerciāla BESS kabineta uzbūvei no ārpuses un iekšpuses.

Mēs izmantosim AlphaESS Storion LC TB125 kā piemēru, jo tas ir reprezentatīvs mūsdienu biznesa klases risinājums ar 125 kW jaudu un 261 kWh ietilpību vienā kabinetā.

Ārējie BESS elementi — kas redzams no malas

Pirms atveram kabineta durvis, ir vērts iepazīties ar elementiem, kas atrodas uz tā ārpuses. Katrs no tiem pilda konkrētu drošības vai funkcionalitātes lomu.

Ārējais Trauksmes Signāls

Uz kabineta ārpuses atrodas kombinēts vizuāls un skaņas trauksmes signāls. Tas ir pirmais, ko pamanīs jebkurš, kas atrodas sistēmas tuvumā, ja kaut kas noiet greizi.

Trauksmes signāls aktivizējas automātiski, ja sistēmas iekšienē tiek konstatēta neparasta temperatūra, dūmi, uguns vai kāda cita avārijas situācija. Vizuālais indikators — mirgojošā gaisma — ir redzams pat no attāluma, savukārt skaņas signāls nodrošina, ka cilvēki tuvumā tiek nekavējoties brīdināti.

Gaisa Pieplūdes Lūka

Lai arī Storion LC TB125 izmanto šķidruma dzesēšanas sistēmu baterijām, kabinetā atrodas arī elektronika, invertori un citi komponenti, kuriem nepieciešama ventilācija. Gaisa pieplūdes lūka nodrošina kontrolētu ārējā gaisa ieplūdi, kas palīdz uzturēt optimālu temperatūru šiem komponentiem.

Lūka ir konstruēta tā, lai novērstu putekļu, mitruma un kukaiņu iekļūšanu — kabinets atbilst IP55 aizsardzības klasei, kas nozīmē, ka tas ir aizsargāts pret putekļiem un ūdens šļakatām no jebkura virziena. Tas ir būtiski āra instalācijām, kur laikapstākļi var būt nelabvēlīgi.

Eksplozijas Lūka

Eksplozijas lūka ir viens no vissvarīgākajiem, taču vismazāk pamanāmajiem drošības elementiem. Lai saprastu tās lomu, vispirms jāizprot risks, ko tā mazina.

Litija baterijas noteiktos apstākļos — piemēram, mehāniska bojājuma, pārkaršanas vai ražošanas defekta gadījumā — var nonākt nekontrolētas ķēdes reakcijas stāvoklī, ko sauc par termisko aizskriešanos (thermal runaway). Šī procesa laikā baterija strauji uzsilst un izdala gāzes, kas uzkrājas kabinetā. Ja šis spiediens netiek novadīts, var notikt sprādziens.

Eksplozijas lūka ir konstruēta tā, lai kontrolētā veidā novadītu šīs gāzes un spiedienu ārpus kabineta, ievērojami samazinot sprādzienbīstamību. Tā ir pasīva drošības sistēma — tā darbojas mehāniski, bez elektronikas, kas nozīmē, ka tā ir uzticama pat tad, ja sistēmas elektroniskie komponenti ir bojāti.

BESS kabineta iekšiene

Bateriju Moduļi

Bateriju moduļi ir kabineta sirds. Tieši tajos tiek uzglabāta enerģija, kas vēlāk tiek atdota atpakaļ tīklam vai slodzei.

Storion LC TB125 izmanto LiFePO4 (litija dzelzs fosfāta) ķīmiju, kas šobrīd tiek uzskatīta par drošāko pieejamo litija bateriju tehnoloģiju komerciāliem lietojumiem. Salīdzinot ar citām litija ķīmijām, LiFePO4 ir ievērojami izturīgāka pret termisko aizskriešanos un nodrošina ilgāku kalpošanas laiku — šis konkrētais modelis ir sertificēts 8000 cikliem.

Katrs bateriju modulis sastāv no individuālām šūnām (cells), kas savienotas sērijveidā un paralēli, veidojot bateriju moduļus. Vairāki moduļi ir sakrauti vertikāli statīvā (rack), un viens Storion LC TB125 kabinets satur piecus moduļus sērijā, kopā nodrošinot 261,2 kWh ietilpību.

Modulārā uzbūve ir praktiski nozīmīga arī no apkopes viedokļa — ja viens modulis uzrāda problēmas, to var nomainīt, neietekmējot visu sistēmu.

BESS dzesēšanas modulis

Temperatūra ir bateriju lielākais ienaidnieks. Pārāk augsta temperatūra paātrina degradāciju un rada drošības riskus, savukārt pārāk zema temperatūra samazina jaudu un efektivitāti. Tieši tāpēc dzesēšanas sistēmas izvēle tieši ietekmē bateriju kalpošanas laiku un investīciju atdevi.

Storion LC TB125 izmanto šķidruma dzesēšanu, nevis tradicionālo gaisa dzesēšanu. Tas spēj nodrošināt vienmērīgāku temperatūras sadalījumu visā bateriju modulī. Vienmērīga temperatūra nozīmē, ka visas šūnas nolietojas ar vienādu ātrumu, kas paildzina kopējo bateriju kalpošanas laiku.

Dzesēšanas šķidrums cirkulē caur speciāliem kanāliem bateriju moduļos un pēc tam tiek atdzesēts dzesēšanas blokā, kas atrodas kabineta apakšdaļā. Sistēma darbojas pilnībā automātiski, pielāgojot dzesēšanas intensitāti atkarībā no aktuālās slodzes un apkārtējās vides temperatūras.

DC Slēgiekārta (HV-BOX / High Voltage Box)

DC slēgiekārta (HV-BOX) ir elements, par kuru dzird maz, taču tā pilda kritiski svarīgu lomu — tā ir savienojuma punkts starp bateriju moduļiem un jaudas pārveidošanas sistēmu, un tajā pašā laikā tā ir galvenais drošības elements DC pusē.

Iekšpusē HV-BOX satur formētos shēmas slēdžus (Molded Case Circuit Breakers), kas aizsargā sistēmu pret īssavienojumiem un pārslodzēm, kā arī priekšuzlādes ķēdi (pre-charge circuit), kas kontrolēti uzlādē kondensatorus pirms pilnas strāvas padeves.

BESS Jaudas Pārveidošanas Sistēma (Power Conversion System, PCS)

Baterijas uzglabā enerģiju līdzstrāvas formā, taču mūsu elektrotīkls darbojas ar maiņstrāvu. PCS ir ierīce, kas veic šo pārveidošanu abos virzienos — uzlādes laikā tā pārveido AC no tīkla par DC baterijām, bet izlādes laikā — DC no baterijām par AC tīklam vai slodzei.

PCS arī nodrošina sistēmas savienojumu ar elektrotīklu atbilstoši Latvijas standartiem. Tas pārrauga tīkla parametrus — spriegumu, frekvenci, fāžu kārtu — un automātiski pielāgo savu darbību, lai nodrošinātu stabilu un drošu savienojumu.

Bateriju Pārvaldības Sistēma (Battery Management System, BMS)

BMS ir BESS nervu sistēma. BMS pastāvīgi uzrauga katras bateriju šūnas stāvokli un nodrošina, ka baterijas strādā drošos parametros.

BMS uzrauga vairākus kritiskus rādītājus: Uzlādes līmeni (SOC — State of Charge), kas parāda, cik daudz enerģijas pašlaik ir uzglabāta; Baterijas tehnisko stāvokli (SOH — State of Health), kas laika gaitā atspoguļo baterijas degradāciju; individuālo šūnu spriegumu un temperatūru; kā arī uzlādes un izlādes strāvu.

Pamatojoties uz šo informāciju, BMS pieņem lēmumus reāllaikā — piemēram, samazina uzlādes jaudu, ja kāda šūna pārkarst, vai atvieno,, ja tiek konstatēts īssavienojums.

Tā arī nodrošina šūnu balansēšanu (cell balancing) — process, kurā enerģija tiek pārdalīta starp šūnām tā, lai visas tās nolietotos vienmērīgi.

Storion LC TB125 izmanto aktīvo šūnu balansēšanu (Active Cell Balancing), kas ir efektīvāka nekā pasīvā metode — aktīvā balansēšana pārvieto enerģiju starp šūnām, nevis vienkārši izkliedē to kā siltumu. Rezultāts ir ilgāks bateriju kalpošanas laiks un augstāka kopējā efektivitāte.

BMS kvalitāte ir viens no svarīgākajiem faktoriem, izvēloties BESS risinājumu. Vāja BMS var likt baterijām degradēties daudz ātrāk nekā paredzēts, vai, sliktākajā gadījumā, nepamanīt bīstamu situāciju pirms tā kļūst par avāriju.

BESS Trauksmes Sistēma

Kabinetā ir izvietoti dūmu sensori un temperatūras sensori, kas uzrauga ne tikai bateriju temperatūru, bet arī vispārējo kabineta iekšējās vides stāvokli. Ja tiek konstatēta neparasta temperatūras paaugstināšanās vai dūmi, sistēma nekavējoties ģenerē trauksmi.

Šī trauksme darbojas vairākos līmeņos vienlaikus. Lokāli tiek aktivizēts ārējais kombinētais trauksmes signāls. Vienlaikus trauksme tiek nosūtīta arī attālināti uz uzraudzības platformu, kur to var redzēt attālināti.

Ugunsdzēšanas Sistēma

Ugunsdzēšanas sistēma ir pēdējā aizsardzības līnija — tā aktivizējas tad, kad trauksmes sistēma ir konstatējusi, ka situācija prasa aktīvu iejaukšanos.

Storion LC TB125 izmanto trīs līmeņu ugunsdzēšanas pieeju.

Pirmais līmenis ir aerosola dzēšanas sistēma moduļu līmenī — katrs bateriju modulis ir aprīkots ar savu aerosola dzēšanas mehānismu, kas aktivizējas tieši pie avota.

Otrais līmenis ir aerosola dzēšanas sistēma statīva līmenī, kas aptver plašāku zonu.

Trešais līmenis ir sprinkleru sistēma, kas nodrošina papildu aizsardzību visam kabinetam.

Šī daudzlīmeņu pieeja ir ievērojami efektīvāka nekā viena dzēšanas mehānisma izmantošana. Pirmie divi līmeņi reaģē ātri un mērķtiecīgi — tie cenšas nodzēst avotu pirms uguns izplatās. Sprinkleri darbojas kā rezerves mehānisms, ja pirmie divi līmeņi nav bijuši pietiekami.

Svarīgi atzīmēt, ka šī sistēma ir testēta atbilstoši UL9540A standartam, kas ir starptautiski atzīts tests enerģijas uzglabāšanas sistēmu ugunsdrošībai.

Šī sertifikācija apliecina, ka sistēma ir pārbaudīta reālos apstākļos, nevis tikai teorētiski, un ka tā atbilst augstākajām nozares drošības prasībām.

Noslēgums

Lai uzzinātu vairāk par to, kā izvēlēties, novērtēt un ieviest enerģijas uzglabāšanas sistēmu savam objektam, izlasiet mūsu pilno ceļvedi.

Pilns ceļvedis enerģijas uzglabāšanas sistēmās