Dans le contexte de la construction accélérée de nouveaux systèmes électriques, les systèmes de stockage d'énergie, en tant que composant essentiel pour équilibrer l'offre et la demande d'énergie et améliorer la résilience du réseau, sont conçus autour de la conversion des formes d'énergie, du contrôle collaboratif du système et d'un fonctionnement sûr et économique. L’objectif est de parvenir à un stockage flexible et à une libération précise de l’énergie électrique grâce à une architecture scientifique. L'objectif principal de la conception n'est pas seulement de répondre aux exigences de puissance et de capacité de scénarios spécifiques, mais également d'atteindre un équilibre optimal entre sécurité, efficacité, durée de vie et économie.
La conception de systèmes de stockage d'énergie commence par la sélection de la logique sous-jacente aux mécanismes de conversion d'énergie. Le stockage d'énergie électrochimique est basé sur la réaction « électrochimique-électrochimique » réversible, permettant le stockage d'énergie grâce à la réaction redox des matériaux d'électrodes positives et négatives : pendant la charge, l'énergie électrique entraîne les porteurs de charge (tels que les ions lithium) à migrer et à s'intégrer dans l'électrode négative, les convertissant en énergie chimique ; pendant la décharge, les porteurs de charge retournent à l'électrode positive et l'énergie chimique est reconvertie en énergie électrique. Le stockage physique de l’énergie repose sur la conversion de formes d’énergie macroscopiques. Par exemple, le stockage hydraulique par pompage utilise l’électricité pour entraîner une pompe afin d’augmenter l’énergie potentielle de l’eau, et pendant la production d’électricité, l’eau qui tombe entraîne une turbine pour convertir l’énergie potentielle en énergie électrique. Le stockage d’air comprimé utilise l’électricité pour comprimer le gaz et stocker l’énergie sous pression ; lors de la libération d'énergie, le gaz à haute-pression se dilate et entraîne un générateur. Différents mécanismes de conversion déterminent la vitesse de réponse du système, la densité énergétique et les scénarios applicables. La conception doit d’abord ancrer l’itinéraire technologique en fonction des exigences.
La conception de l'architecture du système met l'accent sur la coordination et la gestion hiérarchique de plusieurs modules. Un système complet de stockage d'énergie se compose d'unités de stockage d'énergie, d'un système de conversion d'énergie (PCS), d'un système de gestion de batterie (BMS), d'un système de gestion d'énergie (EMS) et de systèmes auxiliaires (contrôle de température, protection incendie, surveillance). L'unité de stockage d'énergie est au cœur du stockage d'énergie, et ses méthodes de connexion en série et en parallèle doivent être optimisées en fonction des exigences cibles de tension, de capacité et de redondance. Le PCS (Power Control System) est responsable de la conversion AC/DC et de la régulation de l'alimentation, et sa topologie (telle que deux-niveaux ou trois-niveaux) doit correspondre au niveau de puissance et aux exigences d'efficacité du système. Le BMS (Battery Management System), agissant comme les « terminaisons nerveuses », doit assurer une surveillance en temps réel-et un contrôle équilibré de la tension, de la température et de la résistance interne de chaque cellule pour éviter les pannes en cascade causées par une surcharge et une décharge excessives-locales. L'EMS (Electric Power Management System) est le « cerveau », optimisant dynamiquement les stratégies de charge et de décharge et coordonnant les actions de chaque module en fonction de la charge du réseau, de la production d'énergie renouvelable et des signaux de prix de l'électricité. Les systèmes auxiliaires assurent la protection de l'environnement pour les fonctions essentielles ci-dessus ; par exemple, le système de contrôle de la température maintient les cellules fonctionnant dans une plage de température appropriée (généralement 25 degrés ± 5 degrés) et le système de protection incendie construit une ligne de défense d'alerte précoce et de suppression contre les incendies.
La conception doit intégrer profondément les caractéristiques et les contraintes du scénario. Le stockage d'énergie côté réseau-met l'accent sur une réponse rapide et des-capacités de régulation à grande échelle, nécessitant des performances dynamiques améliorées du système de production d'électricité (PCS) et une compatibilité-avec le réseau du système de stockage d'énergie (EMS). Le stockage d'énergie côté source d'énergie- doit s'adapter aux fluctuations de la production d'énergie renouvelable, optimisant ainsi la tolérance du BMS aux charges et décharges intermittentes. Le stockage d'énergie côté utilisateur-donne la priorité à l'économie et à l'utilisation de l'espace, en équilibrant la configuration de la capacité et les coûts d'installation, et peut utiliser une intégration modulaire pour économiser de l'espace. De plus, la conception doit réserver des interfaces d’extension pour s’adapter aux futures mises à niveau de capacité ou itérations technologiques.
La sécurité et l'efficacité économique sont cruciales tout au long du cycle de vie. Du point de vue de la sécurité, un système de défense multi-doit être construit grâce à une conception d'isolation électrique, une protection contre les surtensions et les surintensités et des mécanismes d'alerte précoce contre l'emballement thermique. D'un point de vue économique, une efficacité de conversion d'énergie améliorée (par exemple, efficacité PCS supérieure ou égale à 95 %), une durée de vie prolongée (par exemple, nombre de cycles de conception supérieur ou égal à 6 000) et une consommation d'énergie réduite du système auxiliaire sont nécessaires pour améliorer les avantages du cycle de vie.
En résumé, le principe de conception des systèmes de stockage d'énergie est un processus d'intégration technologique basé sur des mécanismes de conversion d'énergie, centré sur la collaboration multi-module, guidé par l'adaptation de scénarios et contraint par la sécurité et l'économie. Son essence est de transformer des unités discrètes de stockage d'énergie en un système de régulation énergétique perceptible, contrôlable et optimisable grâce à une architecture scientifique, fournissant un soutien clé aux nouveaux systèmes électriques pour faire face à la forte proportion d'accès aux énergies renouvelables.
