Un sistema complet d'emmagatzematge d'energia de la bateria (BESS) requereix atenció a dos indicadors principals de rendiment: un relacionat amb la capacitat d'emmagatzematge i utilització d'energia, és a dir, relacionat amb la capacitat; i l'altre relacionat amb la capacitat de reposar o alliberar energia, és a dir, relacionat amb el poder. La relació entre aquests dos aspectes s'utilitza sovint per distingir si el sistema d'emmagatzematge d'energia està orientat a l'energia-o l'energia-.
Capacitat del sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria
Aquesta mètrica representa la capacitat d'energia màxima teòrica que pot contenir un sistema d'emmagatzematge, expressada normalment en quilowatts-hora (kWh) o megawatt-hora (MWh). Aquest és un dels paràmetres més importants d'un sistema d'emmagatzematge d'energia; tanmateix, la seva capacitat útil real es veu afectada per la profunditat de descàrrega (DOD) de la bateria i l'eficiència del sistema.
La capacitat d'un BESS (Battery Energy Storage System) emfatitza la quantitat d'energia que es pot produir o utilitzar, que és diferent de la definició de capacitat de la bateria. La capacitat de la bateria generalment es refereix a la capacitat d'una bateria en determinades condicions (taxa de descàrrega, temperatura, tensió de terminació, etc.) i es mesura en amperes-hora (Ah), que representa la integral del corrent al llarg del temps.
Sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria: potència màxima del sistema
La potència màxima del sistema reflecteix la capacitat màxima de càrrega i descàrrega del sistema d'emmagatzematge d'energia, i generalment s'expressa en quilowatts (kW) o megawatts (MW). Aquest indicador de rendiment està determinat pel disseny de tot el circuit principal, inclosa la bateria, el circuit de transmissió de CC, PCS i connexió de CA, i fins i tot les pèrdues durant el funcionament a màxima potència (aquestes pèrdues es convertiran principalment en calor), cosa que afecta el disseny del sistema de control de temperatura i altres equips auxiliars. Els sistemes d'emmagatzematge d'energia amb la mateixa capacitat poden tenir funcionalitats significativament diferents a causa de les diferències de potència màxima; fins i tot el mateix sistema d'emmagatzematge d'energia experimentarà una diferència quadrada d'eficiència a causa dels diferents nivells de potència operativa.
Quan el paràmetre de potència és relativament gran en comparació amb el paràmetre de capacitat, com ara 1 MW/500 kWh, s'anomena sistema d'emmagatzematge d'energia de tipus -potència; per contra, si és de 500 kW/1 MWh, s'anomena sistema d'emmagatzematge d'energia de tipus-energètic. Per tant, de vegades s'introdueix el concepte de temps, com ara el primer s'etiqueta com 1 MW/0,5 h, i el segon com 500 kW/2 h.
Sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria: pèrdua i eficiència energètica
L'eficiència d'un sistema d'emmagatzematge d'energia reflecteix la pèrdua d'energia durant el procés de càrrega i descàrrega. Es pot entendre com la relació entre l'energia alliberada pel sistema i l'energia carregada en ell, també coneguda com a eficiència del cicle. Aquesta pèrdua no només està relacionada amb el tipus tècnic de la bateria d'emmagatzematge d'energia, sinó que també depèn de components elèctrics com el sistema de conversió d'energia (PCS). En un sentit estricte, l'eficiència del sistema reflecteix principalment les pèrdues en el circuit principal durant la càrrega i descàrrega, des de la bateria, bus de CC, PCS i, finalment, fins al transformador (si n'hi ha). Tanmateix, en aplicacions pràctiques d'enginyeria, el consum d'energia d'equips auxiliars com el sistema de control de temperatura s'inclou sovint en la pèrdua total, afectant així l'eficiència global.
Figura: Relació de balanç energètic BESS
Sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria: Nombre de cicles
El nombre de cicles de càrrega-descàrrega d'una bateria determina la seva vida útil. En un sistema d'emmagatzematge d'energia, a causa de l'alt valor de la bateria, la seva vida útil també determina la vida útil de tot el sistema. La degradació del cicle de vida condueix a un augment de la resistència interna, que al seu torn augmenta les pèrdues i la generació de calor, accelerant encara més el procés de degradació. A més, la sobrecàrrega i la sobre{4}}descàrrega freqüents provoquen la dissolució i la deposició repetides de substàncies metàl·liques a l'electròlit, la qual cosa també afecta significativament el cicle de vida i la seguretat de la bateria.
Per a un determinat tipus de bateria d'ions de liti-, el nombre de cicles en condicions de càrrega 1C i descàrrega 1C mostra diferències significatives a diferents profunditats de descàrrega (DOD), tal com es mostra a la figura.
Cost del sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria
El cost dels sistemes d'emmagatzematge d'energia està estretament relacionat amb la capacitat, la potència i l'entorn operatiu del sistema. En general, en sistemes d'emmagatzematge de tipus-energètic, el cost de les bateries representa una proporció relativament elevada; mentre que en sistemes d'emmagatzematge de tipus-potència, el cost de les bateries és relativament més baix. No obstant això, en qualsevol cas, el cost del paquet de bateries constitueix actualment la part principal del cost global de BESS, i també serà l'àrea principal de reducció de costos en el futur.
La unitat de cost es pot expressar com a iuan/kWh o iuan/kW, però cap dels dos representa el seu significat de manera completa i precisa. Per tant, és essencial especificar la capacitat i la potència simultàniament durant les discussions de projectes concrets.
Sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria: cost Temps de resposta
Per a BESS (sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria), tant la conversió d'energia com el temps de resposta es troben en el rang de mil·lisegons, que és suficient per a les aplicacions del sistema d'alimentació. Aquí és on BESS sobresurt en comparació amb altres mètodes físics d'emmagatzematge d'energia, com ara l'emmagatzematge d'energia del volant i l'emmagatzematge d'energia hidràulica per bomba-. Tanmateix, a causa de les limitacions de tensió, mètodes d'instal·lació i capacitat de les cèl·lules de la bateria, la potència i la capacitat d'una única unitat BESS són relativament limitades. Per tant, a les centrals d'emmagatzematge d'energia a gran-escala, com una composta per desenes de sistemes convencionals d'emmagatzematge d'energia de 5MW/2h de baixa tensió connectats en paral·lel, el coll d'ampolla en el temps de resposta estarà limitat principalment pel mètode de comunicació i el mecanisme de programació. També es veurà afectat per funcions com la coordinació de potència i la supressió de corrent circulant entre els dispositius paral·lels. El temps de resposta final-a nivell d'estació pot ser de centenars de mil·lisegons o fins i tot de segons. Per descomptat, una única unitat BESS de 5MW/2h és només un exemple hipotètic; la connexió excessiva en paral·lel de les bateries en si mateixa comporta importants riscos de seguretat. La resolució d'aquest problema requereix canvis en els mètodes de control de grup i avenços i aplicacions de noves tecnologies de sistemes d'emmagatzematge d'energia, com ara la connexió directa d'alta-tensió.
Sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria: altres característiques
En altres escenaris d'aplicació o anàlisis econòmiques, també s'utilitzen conceptes com ara l'energia específica (relació energia-a-massa, Wh/kg), potència específica (relació-a-massa, kW/kg) i densitat d'energia per unitat d'àrea (relació-a{-àrea, Wh/m²). Aquests conceptes són rellevants per calcular els costos de transport del projecte i els requisits d'ús del sòl.