Na pozadí zrychlené výstavby nových energetických systémů jsou systémy akumulace energie jako hlavní součást pro vyrovnávání nabídky a poptávky po energii a pro zvýšení odolnosti sítě navrženy s ohledem na konverzi formy energie, společné řízení systému a bezpečný a ekonomický provoz. Cílem je dosáhnout flexibilního skladování a přesného uvolňování elektrické energie prostřednictvím vědecké architektury. Hlavním cílem návrhu je nejen splnit požadavky na výkon a kapacitu konkrétních scénářů, ale také dosáhnout optimální rovnováhy mezi bezpečností, účinností, životností a hospodárností.
Návrh systémů skladování energie začíná výběrem základní logiky mechanismů přeměny energie. Elektrochemické uchovávání energie je založeno na reverzibilní „elektrochemické-elektrochemické“ reakci, při níž se energie uchovává prostřednictvím redoxní reakce materiálů kladných a záporných elektrod: během nabíjení elektrická energie pohání nosiče náboje (jako jsou ionty lithia), aby migrovaly a ukládaly se do záporné elektrody a přeměňovaly je na chemickou energii; při vybíjení se nosiče náboje vracejí na kladnou elektrodu a chemická energie se přeměňuje zpět na elektrickou energii. Fyzické skladování energie se spoléhá na přeměnu makroskopických forem energie. Například přečerpávací vodní akumulace využívá elektřinu k pohonu čerpadla ke zvýšení potenciální energie vody a během výroby energie padající voda pohání turbínu, aby přeměnila potenciální energii na elektrickou energii. Skladování stlačeného vzduchu využívá elektřinu ke stlačování plynu a ukládání tlakové energie; při uvolňování energie se vysokotlaký-plyn rozpíná a pohání generátor. Různé konverzní mechanismy určují rychlost odezvy systému, hustotu energie a použitelné scénáře. Návrh musí nejprve ukotvit trasu technologie na základě požadavků.
Návrh architektury systému klade důraz na koordinaci a hierarchické řízení více modulů. Kompletní systém skladování energie se skládá z jednotek pro skladování energie, systému přeměny energie (PCS), systému řízení baterií (BMS), systému řízení energie (EMS) a pomocných systémů (regulace teploty, požární ochrana, monitorování). Úložná jednotka energie je jádrem úložiště energie a její způsoby sériového a paralelního připojení je třeba optimalizovat na základě požadavků na cílové napětí, kapacitu a redundanci. PCS (Power Control System) je zodpovědný za konverzi AC/DC a regulaci napájení a jeho topologie (jako je dvou-úroveň nebo tři-úroveň) musí odpovídat úrovni výkonu systému a požadavkům na účinnost. Systém BMS (Battery Management System), který funguje jako „nervová zakončení“, potřebuje v reálném čase-monitorovat a vyváženě řídit napětí, teplotu a vnitřní odpor jednotlivých článků, aby se zabránilo kaskádovým poruchám způsobeným lokalizovaným přebíjením a přílišným-vybíjením. EMS (Electric Power Management System) je „mozek“, který dynamicky optimalizuje strategie nabíjení a vybíjení a koordinuje činnost každého modulu na základě zatížení sítě, výstupu obnovitelné energie a cenových signálů elektřiny. Pomocné systémy zajišťují ochranu životního prostředí pro výše uvedené základní funkce; například systém řízení teploty udržuje články v provozu ve vhodném teplotním rozsahu (typicky 25 stupňů ± 5 stupňů) a systém protipožární ochrany vytváří obrannou linii včasného varování a potlačení požárů.
Návrh musí hluboce integrovat charakteristiky a omezení scénáře. Úložiště energie-na straně sítě klade důraz na rychlou odezvu a-rozsáhlé možnosti regulace, což vyžaduje zvýšený dynamický výkon systému výroby energie (PCS) a přívětivost systému ukládání energie (EMS) k síti-. Úložiště energie-na straně zdroje energie se musí přizpůsobit kolísání výstupu obnovitelné energie a optimalizovat tak toleranci BMS vůči přerušovanému nabíjení a vybíjení. Úložiště energie-na straně uživatele upřednostňuje ekonomiku a využití prostoru, vyrovnává konfiguraci kapacity a náklady na instalaci a může využívat modulární integraci pro úsporu místa. Kromě toho musí návrh vyhradit rozšiřující rozhraní, aby vyhovoval budoucím upgradům kapacity nebo technologickým iteracím.
Bezpečnost a ekonomická účinnost jsou klíčové po celou dobu životnosti. Z bezpečnostního hlediska musí být vícevrstvý obranný systém postaven prostřednictvím návrhu elektrické izolace, přepěťové a nadproudové ochrany a tepelných mechanismů včasného varování. Z ekonomického hlediska je ke zvýšení přínosů životního cyklu nezbytná zlepšená účinnost přeměny energie (např. účinnost PCS větší nebo rovna 95 %), prodloužená životnost cyklu (např. počet cyklů návrhu větší nebo roven 6000krát) a snížená spotřeba energie pomocného systému.
Stručně řečeno, principem návrhu systémů pro ukládání energie je proces integrace technologie založený na mechanismech přeměny energie, který se soustředí na spolupráci s více -moduly, řídí se přizpůsobením scénáře a je omezen bezpečností a ekonomikou. Jeho podstatou je přeměnit diskrétní jednotky pro ukládání energie na vnímatelný, ovladatelný a optimalizovatelný systém regulace energie prostřednictvím vědecké architektury, poskytující klíčovou podporu pro nové energetické systémy, aby se vyrovnaly s vysokým podílem přístupu k obnovitelné energii.
