ظروف انرژی خورشیدی و ظروف ESS باتری: راهنمای کامل فنی و استقرار

چه هستند ظروف انرژی خورشیدی و ظروف ESS باتری؟

کانتینرهای انرژی خورشیدی و کانتینرهای سیستم ذخیره انرژی باتری (ESS) واحدهای زیرساخت انرژی مدولار و مستقلی هستند که در چارچوب استاندارد کانتینر حمل و نقل ISO - معمولاً پیکربندی‌های 10 فوت، 20 فوت یا 40 فوت - ساخته شده‌اند که تمام اجزای مدیریت الکتریکی، مکانیکی و حرارتی مورد نیاز برای تولید، ذخیره و توزیع برق در مقیاس را در خود جای می‌دهند. یک محفظه انرژی خورشیدی اینورترهای فتوولتائیک (PV)، سیستم‌های تبدیل نیرو (PCS)، تجهیزات نظارتی، و تابلو برق مرتبط را در یک محفظه ضد آب و هوا و قابل حمل که می‌تواند به سرعت در تقریباً هر مکان در سراسر جهان بدون نیاز به زیرساخت‌های عمرانی دائمی مستقر شود، یکپارچه می‌کند. کانتینر ESS باتری - که گاهی اوقات کانتینر BESS نامیده می شود - حاوی لیتیوم یون، فسفات آهن لیتیوم (LFP) یا سایر مواد شیمیایی باتری در کنار سیستم مدیریت باتری (BMS)، سخت افزار مدیریت حرارتی، سیستم های اطفاء حریق و تجهیزات اتصال به شبکه مورد نیاز برای ذخیره مقادیر زیادی انرژی الکتریکی و آزادسازی آن در صورت نیاز است.

این دو نوع کانتینر اغلب به‌عنوان یک سیستم یکپارچه ذخیره‌سازی خورشیدی به اضافه استفاده می‌شوند: کانتینر انرژی خورشیدی ورودی آرایه PV و همگام‌سازی شبکه را مدیریت می‌کند در حالی که ظرف ESS باتری عملکردهای بافر انرژی، تراشیدن پیک، تنظیم فرکانس و عملکردهای توان پشتیبان را مدیریت می‌کند. این ترکیب یک نیروگاه کامل و قابل جابجایی ایجاد می‌کند که می‌تواند به عملیات‌های استخراج از راه دور، شبکه‌های جزیره‌ای، تلاش‌های امدادی در بلایای طبیعی، پایگاه‌های عملیاتی پیشروی نظامی، ریزشبکه‌های صنعتی و پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر در مقیاس کاربردی با کارایی یکسان خدمت کند. قالب کانتینری به طور چشمگیری زمان نصب را در مقایسه با زیرساخت‌های انرژی ساخته شده با چوب معمولی کاهش می‌دهد – پروژه‌ای که ممکن است ۱۲ تا ۱۸ ماه طول بکشد تا از ابتدا ساخته شود، اغلب می‌تواند با استفاده از تجهیزات کانتینری در ۳ تا ۶ ماه راه‌اندازی شود، با کاهش قابل توجه هزینه‌های مهندسی عمران و اختلال در سایت.

اجزای داخلی کانتینر انرژی خورشیدی

درک اینکه چه چیزی در داخل یک کانتینر انرژی خورشیدی قرار دارد برای هر کسی که یکی از این سیستم ها را مشخص، تهیه یا نگهداری می کند ضروری است. پیکربندی داخلی بین تولیدکنندگان و برنامه‌های کاربردی متفاوت است، اما اجزای عملکردی اصلی در اکثر محصولات تجاری و در مقیاس کاربردی سازگار هستند. کانتینر صرفاً یک جعبه ضد آب نیست - یک اتاق الکتریکی با مهندسی دقیق است که باید الزامات ایمنی، سرمایش و دسترسی عملیاتی را در یک پوشش فیزیکی بسیار محدود برآورده کند.

اینورترهای PV و سیستم های تبدیل برق

اجزای الکتریکی مرکزی یک کانتینر برق خورشیدی رشته ها یا اینورترهای مرکزی هستند که خروجی برق DC را از آرایه های PV متصل به برق AC در فرکانس و ولتاژ شبکه تبدیل می کنند. کانتینرهای انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی مدرن از اینورترهای سه فاز با راندمان بالا با توان 100 کیلووات تا 3500 کیلووات در هر واحد استفاده می‌کنند، با اینورترهای متعدد که به صورت موازی در یک کانتینر کار می‌کنند تا مجموع توان کانتینر 500 کیلووات تا 5 مگاوات یا بیشتر را بدست آورند. اینورترها از الگوریتم‌های ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) استفاده می‌کنند که به طور مداوم نقطه عملکرد رشته‌های PV متصل را تنظیم می‌کنند تا حداکثر توان موجود را تحت شرایط تابش و دما متفاوت استخراج کنند. در پیکربندی‌های ذخیره‌سازی خورشیدی، اینورتر با یک سیستم تبدیل توان دو طرفه (PCS) جایگزین یا تکمیل می‌شود که می‌تواند در هر دو حالت یکسوکننده (تبدیل برق شبکه AC به DC برای شارژ باتری) و حالت اینورتر (تبدیل باتری DC به AC برای صادرات شبکه یا تامین بار محلی) کار کند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط و کلید

اکثر کانتینرهای انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی شامل یک ترانسفورماتور افزایش دهنده هستند که ولتاژ خروجی اینورتر - معمولاً 400 ولت تا 800 ولت متناوب - را به ولتاژ متوسط (6 کیلو ولت تا 35 کیلو ولت) بالا می برد که برای انتقال در فواصل معمول در مزارع خورشیدی بزرگ و برای اتصال به شبکه های ولتاژ متوسط مناسب است. ترانسفورماتور ممکن است در داخل خود ظرف یا در یک محفظه ترانسفورماتور مجاور جداگانه قرار گیرد. تابلو برق ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط ​​- از جمله کلیدهای مدار قالبی، کنتاکتورهای خلاء، دستگاه های حفاظت از نوسانات، و تجهیزات اندازه گیری انرژی - در تابلوهای یکپارچه در داخل کانتینر نصب می شوند و برای همه مدارهای الکتریکی محافظت و ایزوله می کنند. حفاظت از نوسانات AC و DC یک جزء ایمنی حیاتی است که از جهش ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه یا رویدادهای سوئیچینگ شبکه از آسیب رساندن به الکترونیک حساس اینورتر جلوگیری می کند.

سیستم های نظارت، کنترل و ارتباطات

سیستم نظارت و کنترل کانتینر انرژی خورشیدی - که اغلب به عنوان رابط SCADA (کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها) یا سیستم مدیریت انرژی (EMS) نامیده می شود - داده های بلادرنگ را از تمام اجزای الکتریکی، حسگرهای محیطی و رابط های ارتباطی درون کانتینر جمع آوری می کند و این داده ها را از طریق 4G/LTE یا پیوندهای ارتباطی ماهواره ای، فیبر، به پلتفرم های نظارت از راه دور منتقل می کند. EMS پارامترهایی از جمله جریان و ولتاژ رشته DC، توان خروجی اینورتر، ولتاژ و فرکانس شبکه، دمای داخلی کانتینر، وضعیت سیستم خنک‌کننده و معیارهای کیفیت برق شبکه را کنترل می‌کند. در سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی پلاس، EMS عملکرد کانتینر انرژی خورشیدی و کانتینر ESS باتری را هماهنگ می‌کند، و استراتژی‌های ارسال را اجرا می‌کند که مصرف خود را بهینه می‌کند، درآمد حاصل از خدمات شبکه را به حداکثر می‌رساند، یا مطابق با اولویت‌های برنامه‌ریزی شده اپراتور، تامین برق بدون وقفه برای بارهای حیاتی را تضمین می‌کند.

معماری داخلی یک کانتینر ESS باتری

کانتینر باتری ESS یک مجموعه پیچیده تر و از نظر ایمنی حیاتی تر از کانتینر انرژی خورشیدی است، زیرا مقادیر زیادی ذخیره انرژی الکتروشیمیایی را در خود جای می دهد - یک کانتینر ESS 40 فوتی ممکن است حاوی 2 مگاوات ساعت تا 5 مگاوات ساعت انرژی ذخیره شده باشد، معادل محتوای انرژی صدها کیلوگرم سوخت معمولی - به شکلی که باید با ظرفیت استثنایی و مدیریت شده از قبل مدیریت شود تا از حوادث پیش از درجه ایمنی جلوگیری شود. حوادث معماری داخلی ظرف ESS باتری این پیچیدگی را در تعداد و پیچیدگی سیستم های یکپارچه آن منعکس می کند.

ماژول های باتری و پیکربندی رک

هسته ذخیره انرژی یک ظرف ESS باتری شامل ماژول‌های باتری است - مجموعه‌هایی از سلول‌های لیتیوم جداگانه که در پیکربندی‌های سری موازی مرتب شده‌اند تا ولتاژ و ظرفیت مورد نیاز را تولید کنند - که در قفسه‌های عمودی نصب شده‌اند که در طول داخلی ظرف قرار دارند. شیمی لیتیوم آهن فسفات (LFP) به دلیل پایداری حرارتی برتر (سلول‌های LFP تحت واکنش‌های فرار حرارتی که باعث آتش‌سوزی در سایر شیمی‌های لیتیوم شده است)، عمر چرخه طولانی (3000 تا 6000 چرخه عملیاتی معمولی با ظرفیت 8 درصد ظرفیت معمولی و با 8 درصد ظرفیت عملیاتی کامل) به فناوری غالب برای کاربردهای ESS تبدیل شده است. یک کانتینر استاندارد ESS باتری 40 فوتی معمولاً 8 تا 20 قفسه باتری را در خود جای می‌دهد که هر رک حاوی 8 تا 16 ماژول باتری است، با ظرفیت‌های جداگانه ماژول 50 Ah تا 280 Ah در ولتاژ اسمی 48 ولت تا 100 ولت. پیکربندی ولتاژ و ظرفیت رک با معماری تبدیل توان سیستم و رتبه‌بندی انرژی و توان هدف کانتینر کامل ESS تعیین می‌شود.

سیستم مدیریت باتری (BMS)

سیستم مدیریت باتری، لایه هوشمند الکترونیکی است که هر سلول یا گروهی از سلول‌ها را در ظرف ESS کنترل می‌کند و فرآیند شارژ و دشارژ را برای حفظ شرایط عملکرد ایمن و به حداکثر رساندن طول عمر باتری کنترل می‌کند. معماری BMS چند سطحی در ظروف ESS در مقیاس ابزار استاندارد است: BMS در سطح سلول یا سطح ماژول ولتاژهای سلولی (معمولاً با دقت 1-5 میلی ولت)، دما و مقاومت داخلی را نظارت می کند. یک BMS در سطح رک داده‌های ماژول را جمع‌آوری می‌کند و کنتاکتورهای رک و سیستم‌های متعادل کننده را مدیریت می‌کند. و یک BMS در سطح سیستم داده‌ها را از تمام قفسه‌ها ادغام می‌کند و با EMS ارتباط برقرار می‌کند تا ضمن اجرای محدودیت‌های ایمنی، استراتژی توزیع کلی را پیاده‌سازی کند. متعادل‌سازی سلول فعال یا غیرفعال - فرآیندی که بار را بین سلول‌هایی با حالت‌های مختلف شارژ (SoC) توزیع می‌کند تا استفاده از ظرفیت یکنواخت در سراسر بانک باتری حفظ شود - توسط BMS مدیریت می‌شود و تأثیر مستقیمی بر حفظ ظرفیت باتری طولانی‌مدت و عمر چرخه دارد.

سیستم مدیریت حرارتی

عملکرد و طول عمر سلول باتری به دمای عملیاتی بسیار حساس است - سلول های LFP در محدوده 20 درجه سانتی گراد تا 35 درجه سانتی گراد به طور بهینه عمل می کنند و دمای خارج از این محدوده باعث تسریع تخریب ظرفیت، افزایش مقاومت داخلی و در موارد شدید خطرات ایمنی می شود. سیستم مدیریت حرارتی یک ظرف ESS باتری، دمای سلول را در محدوده بهینه تحت همه شرایط عملیاتی و محیطی، از استقرار در قطب شمال در -40 درجه سانتی گراد تا مکان‌های بیابانی که دمای محیط از 50 درجه سانتی‌گراد فراتر می‌رود، حفظ می‌کند. خنک‌سازی مایع رویکرد مدیریت حرارتی غالب برای ظروف ESS در مقیاس کاربردی است: یک مدار خنک‌کننده (معمولاً مخلوط آب-گلیکول) از صفحات سرد در تماس حرارتی مستقیم با ماژول‌های باتری جریان می‌یابد، گرما را در حین شارژ و تخلیه خارج می‌کند و آن را به یک مبدل حرارتی خارجی یا واحد خنک‌کننده خشک منتقل می‌کند. عناصر گرمایشی که در مدار خنک‌کننده ادغام شده‌اند، گرما را در طول عملیات هوای سرد فراهم می‌کنند تا سلول‌های باتری را قبل از شروع عملیات شارژ یا دشارژ به حداقل دمای کار برسانند و از آبکاری لیتیوم روی آند که باعث از دست دادن دائمی ظرفیت در دماهای پایین می‌شود، جلوگیری می‌کند.

سیستم های تشخیص و اطفاء حریق

سیستم های ایمنی آتش در ظروف ESS باتری باید برای مشخصات خطر خاص آتش سوزی باتری های لیتیومی طراحی شوند که اساساً با آتش سوزی های الکتریکی یا سوخت معمولی متفاوت است. سیستم‌های تشخیص زودهنگام گاز اتمسفر محفظه را برای فلورید هیدروژن، مونوکسید کربن و گازهای هیدروکربنی که در مراحل اولیه فرار حرارتی آزاد می‌شوند - واکنش زنجیره‌ای گرمازا که می‌تواند زمانی رخ دهد که یک سلول لیتیومی آسیب دیده، شارژ بیش از حد یا در معرض دماهای شدید قرار گیرد، نظارت می‌کند. تشخیص این گازها قبل از هر رویداد دود یا گرما قابل مشاهده به EMS اجازه می دهد تا قفسه باتری آسیب دیده را ایزوله کند و سیستم سرکوب را در حالی که رویداد هنوز قابل کنترل است فعال کند. خود سیستم سرکوب معمولاً از عوامل اطفاء حریق مبتنی بر آئروسل یا گاز هپتافلوئوروپروپان (HFC-227ea) استفاده می‌کند که آتش را با وقفه شیمیایی به جای جابجایی اکسیژن سرکوب می‌کند و در فضاهای محدود بدون خطر برای پرسنل حاضر مؤثر است. سیستم های تهویه خودکار از افزایش فشار ناشی از خروج گاز باتری و ایجاد خطر انفجار در محفظه کانتینر جلوگیری می کند.

مشخصات کلیدی برای مقایسه هنگام انتخاب سیستم های انرژی کانتینری

ارزیابی ظروف انرژی خورشیدی و ظروف ESS باتری نیاز به مقایسه سیستماتیک مشخصات فنی دارد که پیامدهای مستقیمی برای عملکرد سیستم، هزینه کل مالکیت و مناسب بودن برای برنامه مورد نظر دارد. جدول زیر خلاصه ای از مهمترین مشخصاتی است که باید از تولیدکنندگان در طول فرآیند خرید درخواست کرد.

کاربردها و سناریوهای استقرار برای ظروف انرژی خورشیدی و باتری ESS

تطبیق پذیری سیستم های ذخیره سازی خورشیدی و باتری کانتینری باعث پذیرش آنها در طیف بسیار متنوعی از کاربردها شده است. موضوع مشترک در همه این استقرارها، نیاز به برق با کیفیت شبکه در مکان‌ها یا تحت جدول زمانی است که زیرساخت‌های معمولی نمی‌توانند توجیه اقتصادی داشته باشند یا به سرعت تحویل داده شوند. درک الزامات خاص هر سناریوی استقرار به انتخاب پیکربندی کانتینر مناسب و معماری سیستم کمک می کند.

منبع تغذیه از راه دور و خارج از شبکه

عملیات استخراج از راه دور، سایت‌های اکتشاف نفت و گاز، تأسیسات کشاورزی، برج‌های مخابراتی و جوامع خارج از شبکه بزرگ‌ترین و تاسیس‌ترین بازار کانتینرهای انرژی خورشیدی و کانتینرهای باتری ESS را نشان می‌دهند. در این مکان‌ها، جایگزینی برای ذخیره‌سازی خورشیدی کانتینری، معمولاً مجموعه‌های ژنراتور دیزلی است - یک فناوری با هزینه‌های سوخت بالا، بار لجستیکی قابل‌توجه برای تحویل سوخت، انتشار گازهای گلخانه‌ای بالا، و نیازهای نگهداری بالا در شرایط دور. یک کانتینر انرژی خورشیدی یکپارچه با یک کانتینر ESS باتری معمولاً می‌تواند 60 تا 90 درصد مصرف سوخت دیزل را در یک ریزشبکه راه دور جابه‌جا کند و ظرفیت پشتیبان دیزل باقی‌مانده برای دوره‌های پوشش ابری طولانی یا تقاضای بار فوق‌العاده بالا حفظ شود. دوره بازپرداخت سیستم ذخیره‌سازی خورشیدی کانتینری نسبت به تولید دیزل خالص به هزینه سوخت دیزل (از جمله تحویل) و منابع خورشیدی در محل بستگی دارد، اما معمولاً برای سایت‌هایی با هزینه‌های سوخت بالا در محدوده 3 تا 7 ساله قرار می‌گیرد، با عمر عملیاتی سیستم 20 سال که صرفه‌جویی درازمدت قابل توجهی را فراهم می‌کند.

ذخیره سازی انرژی متصل به شبکه Utility-Scale

کانتینرهای ESS باتری در تعداد زیادی - گاهی اوقات صدها کانتینر در یک سایت واحد - برای ارائه خدمات شبکه در مقیاس کاربردی از جمله تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، جابجایی پیک و ذخیره چرخشی مستقر می شوند. این برنامه‌های کاربردی جلو متر تحت قراردادهایی با اپراتورهای سیستم برق کار می‌کنند که توان و ظرفیت انرژی را که ESS باید ارائه کند، زمان پاسخ‌دهی مورد نیاز (معمولاً ثانیه‌ها برای پاسخ فرکانسی)، و مدت زمانی که انرژی باید در آن ارائه شود، مشخص می‌کند. قالب کانتینر مدولار مخصوصاً برای پروژه‌های ESS در مقیاس کاربردی مناسب است، زیرا اجازه می‌دهد با افزایش نیازهای شبکه، ظرفیت را با افزایش‌های گسسته افزایش دهد و کانتینرهای جداگانه را می‌توان برای تعمیر و نگهداری آفلاین کرد بدون اینکه کل نصب از سرویس خارج شود. پروژه هایی با ظرفیت 100 مگاوات / 400 مگاوات ساعت - که بسته به رتبه بندی کانتینرها به 80 تا 200 باتری ESS نیاز دارند - در آمریکای شمالی، اروپا، استرالیا و آسیا راه اندازی شده اند تا از ادغام نسبت های فزاینده انرژی تجدیدپذیر متغیر در شبکه های برق حمایت کنند.

مدیریت تقاضای صنعتی و تجاری

کارخانه‌ها، مراکز داده، بیمارستان‌ها، دانشگاه‌ها و تأسیسات تجاری بزرگ، ظروف ESS باتری را در پشت کنتور برق مستقر می‌کنند تا هزینه‌های اوج تقاضا را کاهش دهند - جزئی از تعرفه‌های برق تجاری که تسهیلات را برای حداکثر مصرف برق در دوره‌های پیک تعریف‌شده جریمه می‌کند. با شارژ ESS در ساعات غیر اوج مصرف که برق ارزان است و تخلیه آن در دوره های اوج تعرفه برای کاهش واردات شبکه، کاربران تجاری و صنعتی می توانند هزینه های برق را بدون کاهش ظرفیت عملیاتی خود به میزان قابل توجهی کاهش دهند. ظروف انرژی خورشیدی که با ظروف ESS باتری در ریزشبکه‌های تجاری جفت می‌شوند، یک جزء تولید تجدیدپذیر را به این استراتژی اضافه می‌کنند، که به تأسیسات اجازه می‌دهد انرژی خورشیدی را مستقیماً در ساعات روز مصرف کنند و تولید مازاد را برای مصرف عصرانه یا استفاده در اوج اصلاح ذخیره کنند. صنایعی که در محل تولید برق و حرارت ترکیبی (CHP) دارند به طور فزاینده‌ای از ظروف ESS باتری برای تکمیل خروجی CHP استفاده می‌کنند که صادرات متغیر برق واحد CHP را هموار می‌کند و ارزش تولید در محل را به حداکثر می‌رساند.

قدرت اضطراری و واکنش در بلایا

قابلیت استقرار سریع کانتینرهای انرژی خورشیدی و کانتینرهای باتری ESS آنها را به دارایی های ارزشمندی برای تامین برق اضطراری پس از بلایای طبیعی، خرابی زیرساخت ها یا عملیات نظامی و بشردوستانه در مناطق بدون زیرساخت شبکه تبدیل می کند. یک سیستم ذخیره‌سازی خورشیدی کانتینری را می‌توان با یک کامیون استاندارد با بستر مسطح، با استفاده از لیفتراک یا جرثقیل، متصل به مدارهای بار، و تولید برق در عرض چند ساعت پس از رسیدن به یک سایت، بدون نیاز به عملیات عمرانی دائمی یا زیرساخت‌های شبکه. دولت‌ها، ارتش‌ها، شرکت‌های آب و برق و سازمان‌های بشردوستانه موجودی سیستم‌های انرژی کانتینری را برای استقرار سریع پس از طوفان، زلزله، سیل یا سایر رویدادهایی که زیرساخت‌های شبکه متعارف را غیرفعال می‌کنند، تامین برق برای بیمارستان‌ها، مراکز هماهنگی اضطراری، تأسیسات تصفیه آب و اقامتگاه‌های پناهندگان در حین ادامه کار بازسازی شبکه دائمی نگهداری می‌کنند.

شرایط آماده سازی و نصب سایت

در حالی که سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی و باتری کانتینری به‌عنوان راه‌حل‌های plug-and-play به بازار عرضه می‌شوند که به حداقل آماده‌سازی سایت در مقایسه با زیرساخت‌های انرژی معمولی نیاز دارند، ارزیابی واقع بینانه نیازهای نصب برای برنامه‌ریزی و بودجه‌بندی پروژه ضروری است. دست کم گرفتن نیازهای آماده سازی سایت یکی از شایع ترین علل تاخیر پروژه ها و افزایش هزینه ها در پروژه های انرژی کانتینری است، به ویژه در مکان های دورافتاده که عملیات عمرانی دشوار و پرهزینه است.

• فونداسیون و تسطیح: ظروف ESS باتری باید روی سطحی هموار و باربر نصب شوند که بتواند وزن ترکیبی کانتینر و اجزای داخلی آن را تحمل کند. پایه های پد بتنی برای نصب دائمی استاندارد هستند. پدهای شن فشرده را می توان برای استقرار موقت یا نیمه دائمی که بتن غیر عملی است استفاده کرد. فونداسیون باید بین 1 تا 2 درجه تراز باشد تا از عملکرد صحیح سیستم های خنک کننده اطمینان حاصل شود و از فشار مکانیکی بر ساختارهای قفسه باتری داخلی جلوگیری شود.
• زیرساخت های اتصال برق: هم کانتینرهای برق خورشیدی و هم کانتینرهای ESS باتری نیاز به اتصال کابل با جریان بالا از پایانه های کانتینر به جعبه های ترکیب کننده DC آرایه PV، نقطه اتصال شبکه AC و پانل های توزیع بار دارند. این مسیرهای کابل - اغلب به طول صدها متر در تاسیسات در مقیاس شهری - نیاز به ترانشه، نصب مجرا، و اندازه کابل مناسب برای سطوح جریان خطای درگیر دارند. اتصالات شبکه ولتاژ متوسط ​​علاوه بر این نیاز به ترانسفورماتورهای نوع padmount یا پست، رله های حفاظتی و تجهیزات اندازه گیری دارند که باید با الزامات اپراتور شبکه هماهنگ شوند.
• اتصالات خارجی سیستم خنک کننده: ظروف ESS باتری با سیستم های خنک کننده مایع به زیرساخت خنک کننده خارجی نیاز دارند - معمولاً خنک کننده های خشک با هوا یا برج های خنک کننده - که از طریق لوله های عایق به مدار خنک کننده داخلی کانتینر متصل هستند. سیستم خنک‌کننده باید برای حداکثر نیاز دفع حرارت ESS در شرایط حداکثر شارژ یا دشارژ در بالاترین دمای محیط پیش‌بینی‌شده اندازه‌گیری شود، که نیاز به تحلیل ترمودینامیکی دقیق در مرحله طراحی دارد.
• زیرساخت های ایمنی آتش نشانی: کدهای آتش‌سوزی محلی و الزامات بیمه معمولاً سیستم‌های تشخیص حریق خارجی، جاده‌های دسترسی مناسب برای دستگاه‌های آتش نشانی، اتصالات شیر آتش نشانی یا مخازن آب برای اطفای حریق، و مناطق محرومیت ایمنی در اطراف ظروف ESS باتری را الزامی می‌کنند. مطابقت با IEC 62933-5-2 (الزامات ایمنی برای سیستم های ذخیره انرژی متصل به شبکه) و قوانین محلی ساختمان و آتش سوزی باید در مرحله طراحی تایید شود.
• زیرساخت ارتباطات و داده: نظارت و کنترل از راه دور ظروف انرژی خورشیدی و ظروف ESS باتری به پیوندهای ارتباطی قابل اعتماد - فیبر نوری، سلولی یا ماهواره ای - بین سیستم EMS/SCADA کانتینر و پلت فرم نظارت از راه دور اپراتور نیاز دارد. در برنامه های کاربردی در مقیاس ابزار، الزامات امنیت سایبری برای دارایی های انرژی متصل به شبکه نیز باید مورد توجه قرار گیرد، از جمله تقسیم بندی شبکه، کنترل دسترسی، و پروتکل های ارتباطی رمزگذاری شده.

الزامات نگهداری و عمر سرویس مورد انتظار

ظروف انرژی خورشیدی و ظروف ESS باتری برای عمر عملیاتی طولانی مهندسی شده‌اند - اجزای اینورتر خورشیدی معمولاً برای 20 سال کار رتبه‌بندی می‌شوند و سلول‌های باتری LFP می‌توانند 3000 تا 6000 چرخه شارژ-دشارژ کامل را حفظ کنند در حالی که 80 درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ می‌کنند، که در یک چرخه در روز به 8-16 سال عمر تبدیل می‌شود. با این حال، دستیابی به این طول عمر طراحی نیازمند یک برنامه تعمیر و نگهداری پیشگیرانه ساختاریافته و پاسخ سریع به هشدارهای نظارت بر وضعیت از سیستم های EMS و BMS است.

وظایف معمول تعمیر و نگهداری پیشگیرانه

• بازرسی ماهانه: بازرسی بصری ظروف بیرونی برای آسیب فیزیکی، خوردگی یا ورود آب؛ بررسی سطح سیال سیستم خنک کننده و تمیزی مبدل حرارتی خارجی؛ بررسی سیاهههای مربوط به هشدار EMS برای خطاهای تایید نشده یا ناهنجاری های عملکرد. تایید نشانگرهای وضعیت سیستم تشخیص حریق.
• تعمیر و نگهداری سه ماهه: بازرسی و تمیز کردن فیلترهای هوا در سیستم های HVAC و خنک کننده. تصویربرداری حرارتی از اتصالات الکتریکی برای شناسایی نقاط داغ در حال توسعه قبل از اینکه باعث آسیب به تجهیزات شوند. بررسی عملکرد سیستم تشخیص خطای زمین؛ بررسی کالیبراسیون سیستم های اندازه گیری ولتاژ و جریان بر اساس استانداردهای مرجع.
• نگهداری سالانه: بررسی جامع گشتاور الکتریکی کلیه اتصالات پیچ شده در تابلو برق، شینه ها و پایانه های کابل. تعویض عناصر سیال و فیلتر سیستم خنک کننده؛ تست عملکردی سیستم اطفاء حریق (بدون تخلیه عامل اطفاء حریق)؛ تست ظرفیت باتری برای اندازه گیری ظرفیت واقعی موجود در برابر رتبه پلاک و پیگیری روند کاهش ظرفیت در طول عمر سیستم. به روز رسانی نرم افزار برای BMS، EMS، و سیستم عامل اینورتر.
• تعویض قطعات طولانی مدت: خازن های DC اینورتر و فن های خنک کننده معمولاً در فواصل 10 تا 12 ساله نیاز به تعویض دارند. ماژول‌های باتری ممکن است در پایان عمر مفید نیاز به تعویض داشته باشند (آستانه حفظ ظرفیت 80٪) یا می‌توانند در برنامه‌های عمر دوم با درجه‌بندی توان کاهش یافته نگهداری شوند. سیلندرهای عامل اطفاء حریق به آزمایش هیدرواستاتیک و شارژ مجدد در فواصل زمانی مشخص شده توسط سازنده (معمولاً 5 تا 10 سال) نیاز دارند.

ملاحظات هزینه و کل هزینه مالکیت

اقتصاد ظروف انرژی خورشیدی و ظروف ESS باتری در دهه گذشته به طور چشمگیری بهبود یافته است زیرا مقیاس تولید افزایش یافته است، هزینه های سلول باتری کاهش یافته است و تجربه نصب فرآیندهای استقرار را ساده کرده است. درک ساختار کامل هزینه - از جمله مخارج سرمایه، هزینه های نصب، هزینه های عملیاتی و ملاحظات پایان عمر - برای مدل سازی دقیق مالی و تصمیم گیری سرمایه گذاری ضروری است.

• هزینه سرمایه کانتینر انرژی خورشیدی: ظروف انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی با ترانسفورماتور MV یکپارچه و تابلو برق معمولاً بسته به مشخصات، برند و حجم سفارش در محدوده 80000 تا 200000 دلار آمریکا به ازای هر مگاوات توان AC قیمت دارند. این هزینه در طول دهه گذشته تقریباً 70 تا 80 درصد کاهش یافته است که ناشی از کاهش هزینه اینورتر و بهینه سازی تولید است.
• هزینه سرمایه کانتینر ESS باتری: ظروف ESS باتری LFP در حال حاضر در محدوده 150,000 تا 350,000 دلار آمریکا به ازای هر مگاوات ساعت ظرفیت انرژی قابل استفاده، با تغییرات قابل توجه بر اساس مدت زمان تخلیه، نسبت توان به انرژی، ضمانت عمر چرخه باتری، و شامل BMS و پیچیدگی مدیریت حرارتی، قیمت دارند. هزینه های سلول باتری - جزء اصلی هزینه - در سطح سلولی برای حجم بالای خرید به زیر 100 دلار در کیلووات ساعت کاهش یافته است و کاهش مداوم پیش بینی می شود.
• هزینه های نصب و راه اندازی: کارهای عمرانی، اتصال برق و راه‌اندازی معمولاً 15 تا 30 درصد به هزینه سرمایه تجهیزات برای پروژه‌های در مقیاس آب و برق در مکان‌هایی با دسترسی لجستیکی معقول می‌افزایند، و برای مکان‌های دورافتاده یا چالش برانگیز که در آن کارهای عمرانی گران هستند و بسیج پیمانکاران تخصصی مورد نیاز است، به 40 تا 60 درصد یا بیشتر می‌رسد.
• هزینه های عملیاتی و نگهداری: هزینه‌های سالانه O&M برای سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی کانتینری معمولاً 1-2٪ هزینه سرمایه اولیه در سال است که کار تعمیر و نگهداری معمول، جایگزینی مواد مصرفی، هزینه‌های خدمات نظارت از راه دور و بیمه را پوشش می‌دهد. قراردادهای O&M مبتنی بر عملکرد که شامل ضمانت‌های در دسترس بودن از سوی سازنده تجهیزات یا یک ارائه‌دهنده متخصص O&M می‌شود، می‌تواند اطمینان هزینه و ریسک عملکرد را به ارائه‌دهنده خدمات منتقل کند.
• ملاحظات پایان عمر: ماژول های باتری در پایان عمر اول (حفظ ظرفیت 80٪) ارزش باقیمانده قابل توجهی را برای کاربردهای عمر دوم در برنامه های ذخیره سازی ثابت کمتر حفظ می کنند و تا حدی هزینه های تعویض را جبران می کند. برنامه‌های بازیافت برای باتری‌های LFP به سرعت در حال توسعه هستند، با تولیدکنندگان به طور فزاینده‌ای طرح‌هایی را برای بازیابی لیتیوم، فسفات آهن و مواد ساختاری برای استفاده مجدد در تولید باتری‌های جدید ارائه می‌کنند.