เบื้องหลังของการเร่งสร้างระบบไฟฟ้าใหม่ ระบบกักเก็บพลังงานซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในการสร้างสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทานพลังงาน และเพิ่มความยืดหยุ่นของโครงข่าย ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการแปลงรูปแบบพลังงาน การควบคุมการทำงานร่วมกันของระบบ และการดำเนินงานที่ปลอดภัยและประหยัด จุดมุ่งหมายคือการบรรลุการจัดเก็บที่ยืดหยุ่นและการปล่อยพลังงานไฟฟ้าที่แม่นยำผ่านสถาปัตยกรรมทางวิทยาศาสตร์ วัตถุประสงค์การออกแบบหลักไม่เพียงแต่เพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงานและความจุของสถานการณ์เฉพาะเท่านั้น แต่ยังเพื่อให้บรรลุความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างความปลอดภัย ประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และความประหยัดอีกด้วย
การออกแบบระบบกักเก็บพลังงานเริ่มต้นด้วยการเลือกตรรกะพื้นฐานของกลไกการแปลงพลังงาน การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา "เคมีไฟฟ้าเคมีไฟฟ้า"- ที่ผันกลับได้ ซึ่งทำให้เกิดการจัดเก็บพลังงานผ่านปฏิกิริยารีดอกซ์ของวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบ: ในระหว่างการชาร์จ พลังงานไฟฟ้าจะขับเคลื่อนตัวพาประจุ (เช่น ลิเธียมไอออน) เพื่อย้ายและฝังเข้าไปในอิเล็กโทรดลบ และแปลงเป็นพลังงานเคมี ในระหว่างการคายประจุ ตัวพาประจุจะกลับสู่ขั้วบวก และพลังงานเคมีจะถูกแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงานทางกายภาพขึ้นอยู่กับการแปลงรูปแบบพลังงานขนาดมหภาค ตัวอย่างเช่น การจัดเก็บพลังน้ำแบบสูบจะใช้ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนปั๊มเพื่อเพิ่มพลังงานศักย์ของน้ำ และในระหว่างการผลิตไฟฟ้า น้ำที่ตกลงมาจะขับเคลื่อนกังหันเพื่อแปลงพลังงานศักย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า การจัดเก็บอากาศอัดใช้ไฟฟ้าเพื่ออัดก๊าซและเก็บพลังงานความดัน เมื่อปล่อยพลังงาน ก๊าซแรงดันสูง-จะขยายตัวและขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กลไกการแปลงที่แตกต่างกันจะกำหนดความเร็วการตอบสนองของระบบ ความหนาแน่นของพลังงาน และสถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง การออกแบบจะต้องยึดเส้นทางเทคโนโลยีตามความต้องการก่อน
การออกแบบสถาปัตยกรรมระบบเน้นการประสานงานและการจัดการแบบลำดับชั้นของหลายโมดูล ระบบกักเก็บพลังงานที่สมบูรณ์ประกอบด้วยหน่วยกักเก็บพลังงาน ระบบแปลงพลังงาน (PCS) ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ระบบจัดการพลังงาน (EMS) และระบบเสริม (การควบคุมอุณหภูมิ การป้องกันอัคคีภัย การตรวจสอบ) หน่วยกักเก็บพลังงานเป็นแกนหลักของการจัดเก็บพลังงาน และวิธีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยอิงตามแรงดันไฟฟ้าเป้าหมาย ความจุ และข้อกำหนดด้านความซ้ำซ้อน PCS (ระบบควบคุมกำลัง) มีหน้าที่รับผิดชอบในการแปลง AC/DC และการควบคุมกำลัง และโทโพโลยี (เช่น สอง-ระดับหรือสาม-ระดับ) จำเป็นต้องตรงกับระดับพลังงานและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของระบบ BMS (ระบบการจัดการแบตเตอรี่) ซึ่งทำหน้าที่เป็น "ส่วนปลายของเส้นประสาท" จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบตามเวลาจริง-และการควบคุมแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ และความต้านทานภายในของเซลล์แต่ละเซลล์อย่างสมดุล เพื่อป้องกันความล้มเหลวแบบเรียงซ้อนที่เกิดจากการชาร์จไฟเกินเฉพาะที่และการคายประจุเกิน-เฉพาะที่ EMS (ระบบจัดการพลังงานไฟฟ้า) คือ "สมอง" ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกลยุทธ์การชาร์จและการคายประจุแบบไดนามิก และประสานงานการดำเนินการของแต่ละโมดูลตามโหลดกริด ผลผลิตพลังงานหมุนเวียน และสัญญาณราคาไฟฟ้า ระบบเสริมให้การปกป้องสิ่งแวดล้อมสำหรับฟังก์ชันหลักข้างต้น ตัวอย่างเช่น ระบบควบคุมอุณหภูมิจะรักษาเซลล์ให้ทำงานภายในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม (โดยทั่วไปคือ 25 องศา ±5 องศา) และระบบป้องกันอัคคีภัยจะสร้างแนวเตือนล่วงหน้าและแนวป้องกันอัคคีภัย
การออกแบบจำเป็นต้องบูรณาการคุณลักษณะและข้อจำกัดของสถานการณ์อย่างลึกซึ้ง การจัดเก็บพลังงานด้านข้างโครงข่าย-เน้นการตอบสนองที่รวดเร็วและความสามารถในการควบคุม-ขนาดใหญ่ ซึ่งต้องการประสิทธิภาพแบบไดนามิกที่เพิ่มขึ้นของระบบผลิตไฟฟ้า (PCS) และความเป็นมิตรต่อโครงข่าย-ของระบบกักเก็บพลังงาน (EMS) แหล่งพลังงาน-การจัดเก็บพลังงานด้านข้างจำเป็นต้องปรับให้เข้ากับความผันผวนของผลผลิตพลังงานหมุนเวียน โดยปรับความทนทานของ BMS ต่อการชาร์จและการคายประจุเป็นระยะๆ ให้เหมาะสม พื้นที่จัดเก็บพลังงานของผู้ใช้-จัดลำดับความสำคัญทางเศรษฐกิจและการใช้พื้นที่ ปรับสมดุลการกำหนดค่าความจุและต้นทุนการติดตั้ง และอาจใช้การบูรณาการแบบโมดูลาร์เพื่อประหยัดพื้นที่ นอกจากนี้ การออกแบบจะต้องสงวนส่วนต่อขยายเพื่อรองรับการอัพเกรดความจุในอนาคตหรือการทำซ้ำทางเทคโนโลยี
ความปลอดภัยและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจมีความสำคัญตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด จากมุมมองด้านความปลอดภัย ต้องสร้างระบบป้องกันหลาย-ชั้นผ่านการออกแบบฉนวนไฟฟ้า การป้องกันแรงดันไฟเกินและกระแสเกิน และกลไกการเตือนล่วงหน้าเนื่องจากความร้อนหนีไม่พ้น จากมุมมองทางเศรษฐกิจ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ได้รับการปรับปรุง (เช่น ประสิทธิภาพของ PCS มากกว่าหรือเท่ากับ 95%) อายุการใช้งานของวงจรที่ยาวขึ้น (เช่น จำนวนรอบการออกแบบมากกว่าหรือเท่ากับ 6,000 เท่า) และการใช้พลังงานของระบบเสริมที่ลดลงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มประโยชน์ของวงจรชีวิต
โดยสรุป หลักการออกแบบของระบบกักเก็บพลังงานคือกระบวนการบูรณาการเทคโนโลยีซึ่งอิงตามกลไกการแปลงพลังงาน โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่การทำงานร่วมกันหลาย- โดยได้รับคำแนะนำจากการปรับสถานการณ์ และถูกจำกัดโดยความปลอดภัยและเศรษฐศาสตร์ สาระสำคัญของมันคือการเปลี่ยนหน่วยกักเก็บพลังงานแบบแยกส่วนให้เป็นระบบควบคุมพลังงานที่รับรู้ ควบคุมได้ และปรับให้เหมาะสมได้ผ่านสถาปัตยกรรมทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งให้การสนับสนุนหลักสำหรับระบบไฟฟ้าใหม่เพื่อรับมือกับการเข้าถึงพลังงานหมุนเวียนในสัดส่วนที่สูง
