Trasformare l'energia rinnovabile in energia affidabile con BESS
Mentre il mondo si sposta verso sistemi energetici più puliti e resilienti, l'infrastruttura rinnovabile continua ad espandersi rapidamente. Le fonti eoliche, solari e altre energie rinnovabili giocano un ruolo fondamentale nel ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, ma la loro produzione è intrinsecamente variabile e intermittente. Quando il vento non soffia o la luce solare è bassa, le rinnovabili non possono fornire energia alla rete in modo costante.
La soluzione consiste nell'accumulare l'energia in eccesso prodotta durante i picchi di generazione rinnovabile, ad esempio nei pomeriggi soleggiati, per rilasciarla quando la produzione è bassa, come di notte o nelle giornate di calma. È proprio qui che Sistemi di Accumulo di Energia a Batteria (BESS) diventano indispensabili.
Che cos'è un BESS?
Un BESS immagazzina l'energia proveniente da fonti rinnovabili come eolico e solare e/o dalla rete elettrica, utilizzando batterie ricaricabili. L'energia accumulata viene poi rilasciata durante i periodi di maggiore richiesta.
In genere, per i BESS viene utilizzata la tecnologia ioni di litio. Tuttavia, la tecnologia di accumulo su scala industriale è notevolmente più avanzata rispetto alle batterie impiegate in altre applicazioni, come i veicoli elettrici.
I grandi sistemi su scala industriale, spesso chiamati Front of Meter (FoM), permettono agli operatori di rete di:
- Gestire il rilascio dell'energia durante i picchi di domanda o le interruzioni.
- Fornire servizi alla rete come bilanciamento, controllo di frequenza e tensione.
- Ottimizzare l'utilizzo delle energie rinnovabili e garantire una fornitura elettrica stabile.
Componenti principali di un BESS
Un BESS è composto da batterie collegate in serie o in parallelo per raggiungere la tensione operativa e la capacità richieste. I sottosistemi assicurano un funzionamento sicuro ed efficiente:
- Sistema di gestione della batteria (BMS): Controlla e ottimizza le prestazioni della batteria, il bilanciamento delle celle e la sicurezza.
- Inverter / sistema di conversione di potenza (PCS): Converte la tensione DC della batteria in AC per l'integrazione con la rete e viceversa.
- Sistemi di gestione termica: Mantengono temperature operative sicure e costanti a livello di cella e modulo.
- Sistema di gestione dell'energia (EMS): Gestisce i cicli di ricarica, il flusso nella rete e l'arbitraggio dell'energia.
Requisiti del sistema di controllo BESS
I siti BESS su scala industriale con grandi capacità energetiche si affidano sempre più a tecnologie di controllo dei processi industriali e sicurezza collaudate, integrate in estesi sistemi IoT. Questo garantisce un controllo più affidabile e una migliore disponibilità dei dati rispetto alle soluzioni basate su microcontrollori, tipiche dei BESS più piccoli.
A livello di rete, i Sistemi di Accumulo di Energia a Batteria richiedono una solida infrastruttura di controllo e strumentazione (C&I) per assicurare un funzionamento sicuro, affidabile ed efficiente.
Condizionamento dei segnali per un funzionamento BESS sicuro e affidabile
PR electronics è da molti anni un punto di riferimento di fiducia per i clienti nei settori dell'energia rinnovabile e dell'energia in generale. I nostri prodotti per il condizionamento dei segnali garantiscono integrità e sicurezza superiori nelle applicazioni BESS e in altri ambiti energetici.
I nostri dispositivi supportano le principali funzioni BESS, tra cui:
- Monitoraggio dello stato di carica (SoC).
- Monitoraggio dello stato di salute (SoH).
- Bilanciamento delle celle.
- Gestione termica.
- Controllo e monitoraggio del sistema di conversione di potenza (PCS).
- Integrazione EMS e SCADA.
Le sezioni seguenti descrivono in dettaglio ciascuna funzione.
Monitoraggio dello stato di carica (SoC)
Determinare con precisione lo stato di carica è fondamentale sia per mantenere la salute della batteria sia per conoscere con esattezza la capacità di esportazione.
- PR 4184: Con un tempo di risposta inferiore a 20 ms e supporto per ingressi fino a 300 VDC o 100 mA, è la soluzione ideale per interfacciare i valori SoC delle batterie.
Monitoraggio dello stato di salute (SoH)
Lo stato di salute di una batteria è un elemento cruciale per definire le strategie di sostituzione. Comprendere le prestazioni e il degrado nel tempo è complesso e richiede tecniche quali test di capacità e di resistenza.
- PR 4114: Grazie all'ingresso universale, è adatto all'interfacciamento con i vari segnali necessari per valutare lo stato di salute (SoH).
Bilanciamento delle celle
Per massimizzare le prestazioni della batteria e sfruttarne appieno il potenziale, le singole celle devono essere bilanciate allo stesso livello di carica. Se una cella ha un SoC più basso, si scaricherà prima delle altre interrompendo il trasferimento di energia, nonostante le altre celle siano ancora cariche. Lo stesso vale durante la fase di carica.
- Il bilanciamento passivo permette, tramite resistori, la dispersione d’energia in eccesso sotto forma di calore dalle celle ad alta tensione.
- Il bilanciamento attivo trasferisce l'energia dalle celle ad alta tensione a quelle a bassa tensione.
Entrambi i metodi si basano su elettronica e algoritmi per garantire un bilanciamento costante.
- PR 4184 e PR 4104: Garantiscono una risposta rapida nella misurazione di tensione e corrente durante il bilanciamento.
- PR 5437: Trasmettitore di temperatura a doppio ingresso per misurare i differenziali di temperatura delle celle, garantendo la sicurezza.
Gestione termica
Un monitoraggio rigoroso della temperatura a livello di cella e modulo è una misura di sicurezza cruciale. Il controllo stabile della temperatura, sia in condizioni operative che ambientali, assicura un funzionamento efficiente della batteria e una sicurezza funzionale che riducono il rischio di fuga termica o incendio.
PR electronics offre soluzioni per applicazioni sia standard che certificate SIL:
- Trasmettitore da testa certificato SIL PR 5437 e trasmettitore su guida DIN PR 6437.
- PR 4116 Soglia di allarme con ingresso per temperatura.
- PR 9116 soglia di allarme certificato SIL2 con uscita relè per allarmi di sovratemperatura.
Controllore del sistema di conversione di potenza (PCS)
Il PCS gestisce gli inverter e i convertitori che collegano le batterie in corrente continua alla rete in corrente alternata, e viceversa.
- PR 4179: Trasmettitore universale AC / DC che si interfaccia con segnali di tensione o corrente alternata per monitorare inverter e segnali PCS correlati.
Integrazione EMS e SCADA
L’integrazione con sistemi di gestione dell’energia di livello superiore e SCADA è fondamentale per il funzionamento affidabile dei BESS.
- I dispositivi di condizionamento dei segnali di PR electronics supportano l’interfacciamento di segnali analogici e digitali, comunicazione Modbus inclusa, rendendoli ideali per la connettività con EMS e SCADA.
Applicazioni aggiuntive
I dispositivi PR electronics possono essere impiegati anche per:
- Monitoraggio ambientale come temperatura, umidità e rilevamento di gas.
- Rilevamento e soppressione incendi mediante integrazione di allarmi e sistemi di interblocco.
- Sistemi di protezione e sicurezza con interfacce certificate IEC61508 per sistemi strumentati di sicurezza fino a SIL3.
Conclusione
I Sistemi di Accumulo di Energia a Batteria sono fondamentali per trasformare l’energia rinnovabile in energia affidabile e continua. Grazie alla collaudata tecnologia di condizionamento dei segnali, PR electronics contribuisce a garantire il funzionamento sicuro, efficiente e stabile dei BESS in tutto il mondo.
