На фона на ускореното изграждане на нови енергийни системи, системите за съхранение на енергия, като основен компонент за балансиране на търсенето и предлагането на енергия и за повишаване на устойчивостта на мрежата, са проектирани около преобразуване на енергийна форма, съвместен контрол на системата и безопасна и икономична работа. Целта е да се постигне гъвкаво съхранение и прецизно освобождаване на електрическа енергия чрез научна архитектура. Основната цел на дизайна е не само да се отговори на изискванията за мощност и капацитет на конкретни сценарии, но и да се постигне оптимален баланс между безопасност, ефективност, продължителност на живота и икономичност.
Проектирането на системи за съхранение на енергия започва с избора на основната логика на механизмите за преобразуване на енергия. Електрохимичното съхранение на енергия се основава на обратимата „електрохимична-електрохимична“ реакция, постигаща съхранение на енергия чрез редокс реакцията на материалите на положителния и отрицателния електрод: по време на зареждане електрическата енергия задвижва носители на заряд (като литиеви йони) да мигрират и да се вградят в отрицателния електрод, превръщайки ги в химическа енергия; по време на разреждане носителите на заряд се връщат към положителния електрод и химическата енергия се преобразува обратно в електрическа. Физическото съхранение на енергия разчита на преобразуването на макроскопични форми на енергия. Например помпено водно съхранение използва електричество, за да задвижи помпа, за да увеличи потенциалната енергия на водата, а по време на генерирането на електроенергия падащата вода задвижва турбина, за да преобразува потенциалната енергия в електрическа енергия. Съхранението на сгъстен въздух използва електричество за компресиране на газ и съхраняване на енергия под налягане; когато освобождава енергия, газът под високо-налягане се разширява и задвижва генератор. Различни механизми за преобразуване определят скоростта на реакция на системата, енергийната плътност и приложимите сценарии. Проектът трябва първо да закрепи технологичния маршрут въз основа на изискванията.
Дизайнът на системната архитектура набляга на координацията и йерархичното управление на множество модули. Пълната система за съхранение на енергия се състои от единици за съхранение на енергия, система за преобразуване на енергия (PCS), система за управление на батерията (BMS), система за управление на енергията (EMS) и спомагателни системи (контрол на температурата, противопожарна защита, мониторинг). Устройството за съхранение на енергия е ядрото на съхранението на енергия и методите му за серийно и паралелно свързване трябва да бъдат оптимизирани въз основа на изискванията за целево напрежение, капацитет и излишък. PCS (система за контрол на мощността) отговаря за AC/DC преобразуването и регулирането на мощността и нейната топология (като две-ниво или три-ниво) трябва да съответства на нивото на мощност и изискванията за ефективност на системата. BMS (Система за управление на батерията), действаща като „нервни окончания“, трябва да постигне мониторинг в реално-време и балансиран контрол на напрежението, температурата и вътрешното съпротивление на отделните клетки, за да предотврати каскадни повреди, причинени от локализирано презареждане и-разреждане. EMS (Система за управление на електрическата енергия) е „мозъкът“, динамично оптимизиращ стратегиите за зареждане и разреждане и координиращ действията на всеки модул въз основа на натоварването на мрежата, производството на възобновяема енергия и ценовите сигнали на електроенергията. Спомагателните системи осигуряват защита на околната среда за горните основни функции; например, системата за контрол на температурата поддържа клетките, работещи в подходящ температурен диапазон (обикновено 25 градуса ±5 градуса), а системата за противопожарна защита изгражда линия за ранно предупреждение и защита срещу пожари.
Дизайнът трябва да интегрира дълбоко характеристиките и ограниченията на сценария. Съхранението на-енергия от страна на мрежата подчертава бързата реакция и-възможностите за широкомащабно регулиране, изискващи подобрена динамична производителност на системата за генериране на електроенергия (PCS) и удобство-на мрежата на системата за съхранение на енергия (EMS). Съхранението на енергия-от страна на източника на захранване трябва да се адаптира към колебанията в производството на възобновяема енергия, оптимизирайки толерантността на BMS към периодично зареждане и разреждане. -Съхранението на енергия от страната на потребителя дава приоритет на икономичността и използването на пространството, балансира конфигурацията на капацитета и разходите за инсталиране и може да използва модулна интеграция, за да спести място. Освен това, дизайнът трябва да запази интерфейси за разширение, за да поеме бъдещи надстройки на капацитет или технологични итерации.
Безопасността и икономическата ефективност са от решаващо значение през целия жизнен цикъл. От гледна точка на безопасността трябва да бъде изградена много{1}}пластова отбранителна система чрез дизайн на електрическа изолация, защита от пренапрежение и свръхток и механизми за ранно предупреждение за топлинен бегъл. От икономическа гледна точка, подобрена ефективност на преобразуване на енергия (напр. ефективност на PCS по-голяма или равна на 95%), удължен живот на цикъла (напр. проектен брой цикли по-голям или равен на 6000 пъти) и намалена консумация на енергия на спомагателната система са необходими за подобряване на ползите от жизнения цикъл.
В обобщение, принципът на проектиране на системите за съхранение на енергия е процес на технологична интеграция, базиран на механизми за преобразуване на енергия, съсредоточен върху много-модулно сътрудничество, ръководен от адаптиране на сценария и ограничен от безопасност и икономика. Нейната същност е да трансформира дискретните единици за съхранение на енергия в осезаема, контролируема и оптимизируема система за енергийно регулиране чрез научна архитектура, осигуряваща ключова подкрепа за нови енергийни системи, за да се справят с високия дял на достъп до възобновяема енергия.
