Mot bakgrund av den accelererade konstruktionen av nya kraftsystem är energilagringssystem, som en kärnkomponent för att balansera energitillförsel och efterfrågan och förbättra nätens motståndskraft, utformade kring energiformomvandling, systemsamverkanskontroll och säker och ekonomisk drift. Syftet är att uppnå flexibel lagring och exakt frisättning av elektrisk energi genom en vetenskaplig arkitektur. Kärndesignmålet är inte bara att uppfylla kraft- och kapacitetskraven för specifika scenarier utan också att uppnå en optimal balans mellan säkerhet, effektivitet, livslängd och ekonomi.
Utformningen av energilagringssystem börjar med valet av den underliggande logiken för energiomvandlingsmekanismer. Elektrokemisk energilagring är baserad på den reversibla "elektrokemiska-elektrokemiska" reaktionen, som uppnår energilagring genom redoxreaktionen av positiva och negativa elektrodmaterial: under laddning driver elektrisk energi laddningsbärare (som litiumjoner) att migrera och bädda in i den negativa elektroden och omvandla dem till kemisk energi; under urladdningen återgår laddningsbärarna till den positiva elektroden och den kemiska energin omvandlas tillbaka till elektrisk energi. Fysisk energilagring är beroende av omvandlingen av makroskopiska energiformer. Till exempel använder pumpad vattenkraft elektricitet för att driva en pump för att öka den potentiella energin för vatten, och under kraftgenerering driver det fallande vattnet en turbin för att omvandla den potentiella energin till elektrisk energi. Tryckluftslagring använder elektricitet för att komprimera gas och lagra tryckenergi; när energi frigörs expanderar högtrycksgasen- och driver en generator. Olika omvandlingsmekanismer bestämmer systemets svarshastighet, energitäthet och tillämpliga scenarier. Designen måste först förankra teknikvägen utifrån kraven.
Systemarkitekturdesign betonar koordinering och hierarkisk hantering av flera moduler. Ett komplett energilagringssystem består av energilagringsenheter, ett kraftomvandlingssystem (PCS), ett batterihanteringssystem (BMS), ett energiledningssystem (EMS) och hjälpsystem (temperaturkontroll, brandskydd, övervakning). Energilagringsenheten är kärnan i energilagring, och dess serie- och parallellkopplingsmetoder måste optimeras baserat på målspänning, kapacitet och redundanskrav. PCS (Power Control System) ansvarar för AC/DC-omvandling och effektreglering, och dess topologi (som två-nivåer eller tre-nivåer) måste matcha systemets effektnivå och effektivitetskrav. BMS (Battery Management System), som fungerar som "nervändarna", måste uppnå real-övervakning och balanserad kontroll av individuell cellspänning, temperatur och internt motstånd för att förhindra kaskadfel orsakade av lokal överladdning och över-urladdning. EMS (Electric Power Management System) är "hjärnan", som dynamiskt optimerar laddnings- och urladdningsstrategier och koordinerar åtgärderna för varje modul baserat på nätbelastning, förnybar energiproduktion och elprissignaler. Hjälpsystem ger miljöskydd för ovanstående kärnfunktioner; till exempel håller temperaturkontrollsystemet cellerna i drift inom ett lämpligt temperaturområde (typiskt 25 grader ±5 grader), och brandskyddssystemet konstruerar en tidig varning och undertryckande försvarslinje mot bränder.
Designen måste djupt integrera scenarioegenskaper och begränsningar. Energilagring på nät-sidan betonar snabb respons och storskaliga regleringsmöjligheter, vilket kräver förbättrad dynamisk prestanda för kraftgenereringssystemet (PCS) och nätvänligt-energilagringssystemet (EMS). Strömkällans-sidoenergilagring måste anpassas till fluktuationer i produktionen av förnybar energi, vilket optimerar BMS:s tolerans mot intermittent laddning och urladdning. Användar-energilagring prioriterar ekonomi och utrymmesutnyttjande, balanserar kapacitetskonfiguration och installationskostnader, och kan använda modulär integration för att spara utrymme. Dessutom måste designen reservera expansionsgränssnitt för att tillgodose framtida kapacitetsuppgraderingar eller tekniska iterationer.
Säkerhet och ekonomisk effektivitet är avgörande under hela livscykeln. Ur ett säkerhetsperspektiv måste ett försvarssystem med flera-lager byggas genom design av elektrisk isolering, överspännings- och överströmsskydd och mekanismer för tidig varning för termisk flykt. Ur ett ekonomiskt perspektiv är förbättrad energiomvandlingseffektivitet (t.ex. PCS-effektivitet Större än eller lika med 95 %), förlängd cykellivslängd (t.ex. konstruktionscykelantal större än eller lika med 6000 gånger) och minskad energiförbrukning av hjälpsystem nödvändiga för att förbättra livscykelfördelarna.
Sammanfattningsvis är designprincipen för energilagringssystem en teknikintegreringsprocess baserad på energiomvandlingsmekanismer, centrerad på multi-modulsamarbete, styrd av scenarieanpassning och begränsad av säkerhet och ekonomi. Dess kärna är att omvandla diskreta energilagringsenheter till ett märkbart, kontrollerbart och optimiserbart energiregleringssystem genom en vetenskaplig arkitektur, vilket ger nyckelstöd för nya kraftsystem för att klara av den höga andelen förnybar energitillgång.
