Kan BESS forbedre stabiliteten i afkoblede strømsystemer?

Grundlæggende om BESS til afgrænset netstabilitet

Hvorfor er afgrænsede systemer så sårbare: Manglende netinertie og begrænset fejltolerance

Netuafhængige systemer har ikke den samme type rotationsinertie, som stammer fra de store roterende generatorer, der findes i almindelige elnet. Denne inertie fungerer som en slags støddæmper for systemet og hjælper med at opretholde stabilitet ved pludselige ændringer i forbruget eller når produktionen uventet falder. Når denne naturlige buffer ikke er til stede, kan små problemer hurtigt eskalere ukontrolleret og forårsage farligt hurtige svingninger i frekvensniveauet. Hvad der gør situationen værre, er, at mange afgridsinstallationer kæmper med det, der kaldes fejlholdighed (fault ride through). De almindelige sikkerhedsprotokoller slukker typisk for invertere eller afbryder strømmen til bestemte belastninger ved enhver spændingsfald eller kortvarig frekvenssvingning i stedet for blot at holde alt i drift så godt som muligt. Dette bliver især problematisk i fjerne områder, hvor der simpelthen ikke findes alternative strømkilder i nærheden. Som følge heraf udvikler disse små forstyrrelser ofte sig til komplette strømbrud. På grund af alle disse indbyggede svagheder skal specielle stabiliseringsforanstaltninger integreres fra begyndelsen, hvis vi ønsker at sikre, at afgridsdrift forbliver både pålidelig og robust over tid.

Kernekapaciteter for BESS: Hurtig respons, tovejs effektflyd og energitidsforskydning

BESS-systemer løser disse problemer på tre primære måder, der virkelig gør en forskel. Det første, der er værd at bemærke, er, hvor hurtigt de reagerer. Vi taler om responsunder 100 millisekunder i de fleste tilfælde. Denne hastighed giver dem mulighed for straks at indføre eller absorbere effekt, når frekvenserne begynder at afvige fra den ønskede værdi, og dermed forhindre potentiel systemustabilitet, inden den eskalerer. En anden nøglefunktion er deres evne til at transportere effekt begge veje. Dette betyder, at skiftet frem og tilbage mellem opladning og afladning sker glat i realtid, hvilket hjælper med at afbalancere udsvingene fra vedvarende energikilder i forhold til ændringer i forbrugernes behov. Og så er der spørgsmålet om lagring af ekstra energi fra solcelleanlæg eller vindmøller i perioder, hvor der ikke er stor efterspørgsel efter elektricitet. Den lagrede energi er nyttig i spidstidsperioder eller når vinden ikke blæser og solen ikke skinner. Ifølge nogle nyere undersøgelser fra 2023 udført af Microgrid Institute sammen med NREL reducerer denne fremgangsmåde brugen af dieselgeneratorer med omkring 30–50 procent i isolerede samfund med deres egne mikronet.

BESS-drevet frekvens- og spændingsstabilisering

Synthetisk inertie og droop-styring: Kompensation for inverterdominerede mikronet

Mikronetværk baseret på invertere bliver mere udbredte, især i områder, hvor vedvarende energikilder dominerer det afsluttede net. Disse systemer har ikke den naturlige rotationsinertie, som traditionelle net har, og er derfor særligt sårbare over for pludselige frekvensændringer, når der opstår en ubalance mellem den producerede og den forbrugte effekt. Batterienergilagringssystemer (BESS) hjælper ved at efterligne det, vi kalder syntetisk inertie. Grundlæggende set registrerer kraftelektronikken disse frekvensændringer – kaldet RoCoF (Rate of Change of Frequency) – og tilfører eller trækker strøm fra systemet ekstremt hurtigt, hvilket reducerer RoCoF-hastigheden med mere end halvdelen sammenlignet med systemer uden sådanne reguleringer. Der findes også noget, der kaldes droop-regulering, som automatisk lader forskellige effektkilder dele arbejdsbyrden. Hvis frekvensen falder, frigiver batterierne den lagrede energi for at stabilisere systemet. Når der er for meget effekt til stede, optager de i stedet denne overskydende effekt. Alle disse funktioner samarbejder for at fungere som traditionelle synkrone maskiner, så alt fortsætter smidigt, selv når generatorer udfalds eller belastninger ændres pludseligt – og det sker i de fleste tilfælde uden behov for manuel indgriben.

Dynamisk reaktiv effektsupport og aktiv spændingsregulering via BESS-EMS

Spændingsustabilitet fortsætter med at plage mange afgrænsede systemer, der i høj grad er afhængige af vedvarende energikilder som vind- og solkraft. Traditionelle spændingsregulatorer er simpelthen ikke bygget til at håndtere de hurtige ændringer, som disse systemer oplever. Batterienergilagringssystemer (BESS) kombineret med avancerede energistyringssystemer (EMS) løser dette problem effektivt. Disse systemer leverer dynamisk reaktiv effektsupport, der fungerer uafhængigt af den almindelige effektflydning. EMS overvåger konstant, hvad der sker på nettet, og kan næsten øjeblikkeligt indsatte enten kapacitive eller induktive VAr for at rette problemer som spændingsfald, spændingsspidser eller unormale bølgeformer. Under pludselige fald i solproduktionen eller kraftige vindstød buffer systemet reaktiv effekt. Det filtrerer også uønskede harmoniske svingninger og justerer automatisk for at holde spændingen stabil inden for ca. 2 % af normale niveauer uden behov for at starte reserve-dieselgeneratorer. Ifølge rapporter fra IEEE PES Microgrid Committee reducerer disse funktioner spændingsrelaterede strømudfald med omkring 70 %. Desuden betyder stabile forhold, at følsomme anlæg har længere levetid, da de ikke udsættes for stress fra konstante svingninger.

Driftsmæssig robusthed: Fra topudjævning til sort genstart

Lastbalancering og undgåelse af dieselgeneratorer gennem intelligent BESS-drift

Når produktionen af vedvarende energi stiger og falder, og el-forbruget svinger uforudsigeligt, skaber det reelle problemer for autonome strømsystemer, især dem, der stadig kraftigt afhænger af dieselgeneratorer til reservekraft. Batterienergilagringssystemer (BESS) løser disse problemer ved hjælp af intelligente algoritmer, der kan forudsige, hvornår der skal lagres eller frigives strøm. Dette hjælper med at udjævne de ekstreme belastningskurver med omkring 60 til måske endda 80 procent i forhold til, hvad der sker uden dem. Disse systemer optager overskydende elektricitet fra solcelleanlæg eller vindmøller, når der er for meget, og leverer den tilbage til nettet, når forbruget stiger kraftigt. Det betyder, at virksomheder ikke behøver at holde deres dyre dieselgeneratorer kørende hele tiden blot for at opretholde stabile strømniveauer. En minedriftsvirksomhed oplevede, at deres årlige brændstofudgifter faldt med cirka 700.000 dollars efter installation af BESS, og de formåede at reducere driftstiden for dieselmotorerne til kun 8 % af den tidligere tid, samtidig med at de sikrede en jævn og pålidelig drift af væsentlige processer. Muligheden for at følge energiforbruget i realtid og tilpasse driftsskemaerne derefter betyder også, at generatorerne ikke tændes og slukkes så hyppigt, hvilket faktisk forlænger deres levetid og sikrer tilstrækkelig reservekraft, hvis der opstår en fejl, der varer længere tid.

Mulighed for sort start: Genoprettelse af kritisk afkoblede infrastrukturer uden ekstern hjælp

Off-grid-systemer kan nogle gange gå helt ned, men batterienergilagringssystemer (BESS) tilbyder en særlig funktion kaldet autonom sort-start-evne. Disse systemer kan faktisk genoprette strømforsyningen til vigtig infrastruktur helt selvstændigt – uden behov for ekstern netstøtte eller manuel start af generatorer. Traditionelle dieselaggregater kræver mange trin, såsom brændstofindsprøjtning, motorstart og korrekt synkronisering af alle komponenter. BESS undgår al denne besværlighed og leverer næsten øjeblikkeligt stabil spænding og frekvens, hvilket hjælper med at genstarte mikronetkontrollere og gradvist genoprette prioriterede belastninger. Tag et reelt eksempel fra et hospital langt fra større byer: Efter en total strømudfald blev kirurgiske lys og livsunderstøttende systemer genoptaget af BESS på blot 28 sekunder. Hvordan fungerer det? Processen starter med genoprettelse af kontrolkommunikationen, derefter tændes de såkaldte væsentlige belastninger (typisk mindre end 10 % af den samlede kapacitet). Til sidst genoptages lokale generationsanlæg. Nyere BESS-modeller er udstyret med funktioner som forudladede kredsløb, indbygget isoleringsdetektion og forstærket firmware, hvilket gør dem pålidelige, selv ved dyb udledning. Alle disse forbedringer betyder mindre afhængighed af brændstofleveringer og en dramatisk reduktion af genstartstiden fra flere timer til maksimalt omkring to minutter.

FAQ-sektion

Hvad er BESS?

Batteribaserede energilagringssystemer (BESS) er teknologier, der lagrer energi til senere brug og hjælper med at stabilisere strømforsyningssystemer samt afbalancere efterspørgsel og produktion.

Hvorfor er systemer uden for elnettet sårbare?

Systemer uden for elnettet mangler netinertie og har ofte problemer med fejlholdbarhed (fault ride-through), hvilket fører til hyppig strømstabilitetsproblematik og strømudfald.

Hvordan bidrager BESS til at stabilisere systemer uden for elnettet?

BESS leverer hurtig respons, tovejs effektflydning og energitidsforskydning, hvilket understøtter stabilisering af frekvens og spænding samt reducerer afhængigheden af dieselgeneratorer.

Hvad er black-start-funktion?

Black-start-funktion henviser til BESS’ evne til at genoprette strømforsyningen autonomt til kritisk infrastruktur uden for elnettet uden nogen ekstern hjælp.