Un sistema completo di accumulo dell'energia della batteria (BESS) richiede attenzione a due principali indicatori di prestazione: uno relativo alla capacità di stoccaggio e all'utilizzo dell'energia, ovvero relativo alla capacità; e l'altro legato alla capacità di ricostituire o rilasciare energia, cioè legato al potere. La relazione tra questi due aspetti viene spesso utilizzata per distinguere se il sistema di accumulo dell'energia è orientato all'energia-o alla potenza-.
Capacità del sistema di accumulo dell'energia della batteria
Questa metrica rappresenta la capacità energetica massima teorica che un sistema di stoccaggio può contenere, generalmente espressa in kilowatt-ora (kWh) o megawatt-ora (MWh). Questo è uno dei parametri più importanti di un sistema di accumulo di energia; tuttavia, la sua effettiva capacità utilizzabile è influenzata dalla profondità di scarica della batteria (DOD) e dall'efficienza del sistema.
La capacità di un BESS (Battery Energy Storage System) enfatizza la quantità di energia che può essere emessa o utilizzata, che è diversa dalla definizione di capacità della batteria. La capacità della batteria si riferisce generalmente alla capacità di una batteria in determinate condizioni (velocità di scarica, temperatura, tensione di terminazione, ecc.) ed è misurata in ampere-ora (Ah), che rappresenta l'integrale della corrente nel tempo.
Sistema di accumulo dell'energia della batteria: potenza massima del sistema
La potenza massima del sistema riflette la capacità massima di carica e scarica del sistema di accumulo dell'energia ed è generalmente espressa in kilowatt (kW) o megawatt (MW). Questo indicatore di prestazione è determinato dalla progettazione dell'intero circuito principale, inclusa la batteria, il circuito di trasmissione CC, il PCS e la connessione CA, e anche dalle perdite durante il funzionamento alla massima potenza (queste perdite saranno principalmente convertite in calore), che influisce sulla progettazione del sistema di controllo della temperatura e di altre apparecchiature ausiliarie. Sistemi di accumulo di energia con la stessa capacità possono avere funzionalità significativamente diverse a causa delle differenze di potenza massima; anche lo stesso sistema di accumulo dell’energia sperimenterà una differenza quadrata di efficienza a causa dei diversi livelli di potenza operativa.
Quando il parametro di potenza è relativamente grande rispetto al parametro di capacità, come 1 MW/500 kWh, si parla di sistema di accumulo di energia di tipo-potenza; al contrario, se è di 500 kW/1 MWh, si parla di sistema di accumulo di energia di tipo-energia. Pertanto, a volte viene introdotto il concetto di tempo, ad esempio etichettando il primo come 1 MW/0,5 h e il secondo come 500 kW/2 h.
Sistema di accumulo dell'energia della batteria: perdita di energia ed efficienza
L’efficienza di un sistema di accumulo di energia riflette la perdita di energia durante il processo di carica e scarica. Può essere inteso come il rapporto tra l'energia rilasciata dal sistema e l'energia caricata al suo interno, noto anche come efficienza del ciclo. Questa perdita non è legata solo alla tipologia tecnica dell'accumulatore di energia ma dipende anche dai componenti elettrici come il sistema di conversione dell'energia (PCS). In senso stretto, l'efficienza del sistema riflette principalmente le perdite nel circuito principale durante la carica e la scarica, dalla batteria, al bus CC, al PCS e infine al trasformatore (se presente). Tuttavia, nelle applicazioni ingegneristiche pratiche, il consumo energetico delle apparecchiature ausiliarie, come il sistema di controllo della temperatura, è spesso incluso nella perdita totale, influenzando così l'efficienza complessiva.
Figura: relazione del bilancio energetico BESS
Sistema di accumulo dell'energia della batteria: numero di cicli
Il numero di cicli di carica{0}}scarica di una batteria ne determina la durata. In un sistema di accumulo dell'energia, a causa dell'elevato valore della batteria, la sua durata determina anche la durata di vita dell'intero sistema. Il degrado del ciclo di vita porta ad un aumento della resistenza interna, che a sua volta aumenta le perdite e la generazione di calore, accelerando ulteriormente il processo di degrado. Inoltre, i frequenti sovraccarichi e-scaricamenti causano la ripetuta dissoluzione e deposizione di sostanze metalliche nell'elettrolito, che influiscono in modo significativo anche sulla durata e sulla sicurezza della batteria.
Per un certo tipo di batteria agli ioni di litio-, il numero di cicli in condizioni di carica e scarica di 1°C mostra differenze significative a diverse profondità di scarica (DOD), come mostrato nella figura.
Costo del sistema di accumulo dell'energia a batteria
Il costo dei sistemi di accumulo dell'energia è strettamente correlato alla capacità, alla potenza e all'ambiente operativo del sistema. In genere, nei sistemi di accumulo di-tipo energetico, il costo delle batterie rappresenta una percentuale relativamente elevata; mentre nei sistemi di storage di tipo power-, il costo delle batterie è relativamente inferiore. In ogni caso, tuttavia, il costo del pacco batteria costituisce attualmente la parte principale del costo complessivo del BESS e costituirà anche l’area principale di riduzione dei costi in futuro.
L'unità di costo può essere espressa come yuan/kWh o yuan/kW, ma nessuna delle due rappresenta in modo completo e accurato il suo significato. Pertanto, è essenziale specificare contemporaneamente sia la capacità che la potenza durante le discussioni su progetti specifici.
Sistema di accumulo dell'energia a batteria: costo Tempo di risposta
Per i sistemi BESS (Battery Energy Storage Systems), sia la conversione di potenza che il tempo di risposta sono nell'ordine dei millisecondi, che è sufficiente per le applicazioni dei sistemi di alimentazione. È qui che BESS eccelle rispetto ad altri metodi fisici di stoccaggio dell'energia, come lo stoccaggio dell'energia tramite volano e l'energia idroelettrica con pompaggio-. Tuttavia, a causa delle limitazioni relative alla tensione, ai metodi di installazione e alla capacità delle celle della batteria, la potenza e la capacità di una singola unità BESS sono relativamente limitate. Pertanto, nelle centrali elettriche di accumulo di energia su larga-scala, come quelle composte da dozzine di sistemi di accumulo di energia convenzionali a bassa-tensione da 5 MW/2 ore collegati in parallelo, il collo di bottiglia nei tempi di risposta sarà limitato principalmente dal metodo di comunicazione e dal meccanismo di pianificazione. Sarà inoltre influenzato da funzioni quali il coordinamento della potenza e la soppressione della corrente circolante tra i dispositivi in parallelo. Il tempo di risposta a livello di stazione finale-può essere dell'ordine di centinaia di millisecondi o addirittura di secondi. Naturalmente, una singola unità BESS da 5 MW/2h è solo un esempio ipotetico; l'eccessivo collegamento in parallelo delle batterie comporta di per sé notevoli rischi per la sicurezza. Per risolvere questo problema sono necessari cambiamenti nei metodi di controllo del gruppo, scoperte e applicazioni di nuove tecnologie di sistemi di stoccaggio dell'energia come la connessione diretta ad alta-tensione.
Sistema di accumulo dell'energia della batteria:Altre caratteristiche
In altri scenari applicativi o analisi economiche, vengono utilizzati anche concetti come energia specifica (rapporto energia-su-massa, Wh/kg), potenza specifica (rapporto energia-su-massa, kW/kg) e densità di energia per unità di area (rapporto energia-su-area, Wh/m²). Questi concetti sono rilevanti per il calcolo dei costi di trasporto del progetto e dei requisiti di utilizzo del territorio.