{"id":31907,"date":"2022-11-08T11:29:34","date_gmt":"2022-11-08T10:29:34","guid":{"rendered":"https:\/\/comet.technology\/?p=31907"},"modified":"2022-11-08T11:33:50","modified_gmt":"2022-11-08T10:33:50","slug":"com-connectar-els-sistemes-demmagatzematge-de-bateries-hybris-amb-perdues-i-costos-minims","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/comet.technology\/ca\/2022\/11\/08\/com-connectar-els-sistemes-demmagatzematge-de-bateries-hybris-amb-perdues-i-costos-minims\/","title":{"rendered":"Com connectar els sistemes d’emmagatzematge de bateries Hybris amb p\u00e8rdues i costos m\u00ednims<\/strong>"},"content":{"rendered":"\n

El projecte HYBRIS pret\u00e9n desenvolupar un sistema h\u00edbrid d’emmagatzematge d’energia (HESS) per connectar-se a la xarxa de corrent altern (ca). El HESS compta amb dues tecnologies de bateries: bateries d’\u00f2xid de titani de liti (LTO) i bateries de flux redox org\u00e0nic aqu\u00f3s (AORF). La tecnologia LTO es caracteritza per capacitats d’alta pot\u00e8ncia; \u00e9s a dir, pot proporcionar una resposta r\u00e0pida quan es requereix una gran demanda d’energia. Tanmateix, LTO pateix capacitats d’emmagatzematge d’energia redu\u00efdes. D’altra banda, l’AORF presenta una gran capacitat energ\u00e8tica, un cost redu\u00eft i un manteniment senzill, per\u00f2 la seva efici\u00e8ncia d’emmagatzematge d’energia disminueix considerablement amb un funcionament d’alta pot\u00e8ncia. <\/p>\n\n\n\n

La uni\u00f3 d’ambdues tecnologies de bateries en un sistema h\u00edbrid permet assolir valors arbitraris de capacitat energ\u00e8tica i pot\u00e8ncia nominal simplement combinant diferents proporcions d’ambdues tecnologies de bateries, proporcionant aix\u00ed flexibilitat en el dimensionament del sistema d’emmagatzematge. Aix\u00f2 permet una mida i un cost redu\u00efts, en comparaci\u00f3 amb el mateix sistema per\u00f2 utilitzant nom\u00e9s una de les tecnologies de la bateria. A m\u00e9s, permet que la bateria AORF funcioni amb la m\u00e0xima efici\u00e8ncia, rendible la inversi\u00f3 realitzada en el sistema h\u00edbrid i fent-lo m\u00e9s sostenible.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"
Figura 1: bateries HESS. Bateria LTO de TOSHIBA<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Figura 2: bateria AORF de KEMIWATT<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Una pe\u00e7a clau per permetre la hibridaci\u00f3 del sistema \u00e9s el sistema de conversi\u00f3 d’energia (PCS). Tant les bateries LTO com les AORF proporcionen l’energia a corrent continu (dc), per\u00f2 l’energia s’ha de subministrar o obtenir de la xarxa en forma de ca. Els convertidors de pot\u00e8ncia permeten convertir l’energia el\u00e8ctrica de CC a CA i viceversa, permetent la transfer\u00e8ncia d’energia de les bateries a la xarxa, de la xarxa a les bateries, i fins i tot entre bateries. La configuraci\u00f3 interna del PCS es pot concebre utilitzant diferents tipus i nombre de convertidors, distribuint la pot\u00e8ncia entre m\u00faltiples convertidors que funcionen en paral\u00b7lel, i amb una gran varietat de components per triar per concebre els convertidors.<\/p>\n\n\n\n

El principi de funcionament dels convertidors consisteix a utilitzar elements magn\u00e8tics i condensadors (dispositius passius) per emmagatzemar moment\u00e0niament l’energia de l’entrada i despr\u00e9s lliurar-la a la sortida amb el mode de corrent i la tensi\u00f3 requerits. Per connectar\/desconnectar aquests elements a\/des dels ports del convertidor, s’utilitzen dispositius semiconductors de pot\u00e8ncia (dispositius actius), per exemple, transistors i d\u00edodes. Aquest cicle es repeteix desenes de milers de vegades per segon, de manera que la capacitat d’emmagatzematge d’energia dels dispositius passius es pot reduir considerablement, permetent convertidors molt compactes. En aquest marc, els socis d’HYBRIS IREC i CEA han estudiat m\u00faltiples configuracions amb l’objectiu de realitzar una optimitzaci\u00f3 multiobjectiu. Les configuracions considerades, tamb\u00e9 conegudes com a arquitectures de conversi\u00f3, es mostren a la figura 2. Ambdues bateries requereixen un convertidor dc-dc anterior al convertidor dc-ac per augmentar la tensi\u00f3 a un valor adequat, al voltant de 800 V. Aleshores, el convertidor dc-ac pot transferir correctament l’energia cap a i des de la xarxa de ca. Les bateries estan acoblades a la xarxa de CA (arquitectures A i C) o despr\u00e9s dels convertidors dc-dc (arquitectures B i D). Tamb\u00e9 considerem fins a tres convertidors dc-dc que funcionen en paral\u00b7lel per distribuir les p\u00e8rdues de conversi\u00f3 i reduir la temperatura dels components (arquitectures A i B).<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Figura 3: Arquitectures de conversi\u00f3 considerades per a l’estudi d’optimitzaci\u00f3<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

L’estudi d’optimitzaci\u00f3 t\u00e9 els seg\u00fcents objectius:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Minimitzaci\u00f3 de les p\u00e8rdues energ\u00e8tiques de PCS (<\/strong>P<\/em> loss<\/sub>).<\/strong> Un convertidor de pot\u00e8ncia ideal tindria p\u00e8rdues d’energia zero, de manera que la mateixa quantitat d’energia procedent de l’entrada es lliura a la sortida; \u00e9s a dir, una efici\u00e8ncia de conversi\u00f3 del 100%. Tanmateix, a causa de m\u00faltiples processos f\u00edsics, es perd part de l’energia processada, aconseguint normalment valors d’efici\u00e8ncia entre el 90% i el 99%. Calculem les p\u00e8rdues dels convertidors mitjan\u00e7ant models electrot\u00e8rmics complets dels diferents components i les dades disponibles a les fitxes de components.<\/li>\n\n\n\n
  • Minimitzaci\u00f3 del cost de capital PCS (<\/strong> C<\/em> capital<\/sub>).<\/strong> Els components que componen els convertidors de pot\u00e8ncia tenen un cost de material i de fabricaci\u00f3 que cal tenir en compte. La suma d’ambd\u00f3s conceptes defineix el cost de capital de PCS. Hem obtingut el cost de cada tipus de component (semiconductors, condensadors, conductors de coure, etc.) de la literatura i dels prove\u00efdors de components per a quantitats de comanda en el rang de desenes de milers d’unitats, la qual cosa suposa economies d’escala. Aleshores, el valor del cost es modela en funci\u00f3 dels par\u00e0metres constructius dels components, \u00e9s a dir, l’\u00e0rea de semiconductors, el pes del conductor de coure, el volum del dissipador de calor, etc.<\/li>\n\n\n\n
  • Minimitzaci\u00f3 del cost derivat de la fiabilitat de PCS (<\/strong>C<\/em> reliability<\/sub>).<\/strong> La fiabilitat del PCS, \u00e9s a dir, la probabilitat que no falli en un moment determinat, dep\u00e8n de la duresa del seu funcionament. Per exemple, com m\u00e9s alta sigui la temperatura de funcionament dels components, m\u00e9s probable \u00e9s que fallin i menor ser\u00e0 la seva fiabilitat. A m\u00e9s, com m\u00e9s gran sigui el nombre de convertidors, el m\u00e9s probable pot fallar. Una fallada d’un determinat component en un convertidor sol portar a l’aturada del convertidor i, en algun cas, de tot el PCS. Tradu\u00efm la fiabilitat al cost tenint en compte el cost de la reparaci\u00f3 i la p\u00e8rdua d’ingressos a causa del temps d’aturada parcial o completa del sistema. Calculem la fiabilitat del sistema mitjan\u00e7ant el m\u00e8tode matem\u00e0tic de les cadenes de Markov i les dades de fiabilitat dels components disponibles a la literatura.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Definim el problema d’optimitzaci\u00f3 amb la seg\u00fcent funci\u00f3 objectiu:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    on les variables P<\/em> loss<\/sub>, C<\/em> capital<\/sub> i C<\/em> reliability<\/sub> s\u00f3n una funci\u00f3 dels par\u00e0metres seg\u00fcents:<\/p>\n\n\n\n