Uusien voimajärjestelmien nopeutetun rakentamisen taustaa vasten energian varastointijärjestelmät, jotka ovat keskeinen komponentti energian tarjonnan ja kysynnän tasapainottamisessa ja verkon kestävyyden parantamisessa, on suunniteltu energiamuodon muuntamisen, järjestelmien yhteiskäytön sekä turvallisen ja taloudellisen toiminnan ympärille. Tavoitteena on sähköenergian joustava varastointi ja tarkka vapautuminen tieteellisen arkkitehtuurin avulla. Suunnittelun ydintavoite ei ole vain täyttää tiettyjen skenaarioiden teho- ja kapasiteettivaatimukset, vaan myös saavuttaa optimaalinen tasapaino turvallisuuden, tehokkuuden, käyttöiän ja taloudellisuuden välillä.
Energian varastointijärjestelmien suunnittelu alkaa energian muunnosmekanismien taustalla olevan logiikan valinnasta. Sähkökemiallinen energian varastointi perustuu palautuvaan "sähkökemialliseen -sähkökemialliseen" reaktioon, joka saavuttaa energian varastoinnin positiivisten ja negatiivisten elektrodien materiaalien redox-reaktiolla: latauksen aikana sähköenergia ajaa varauksenkuljettajia (kuten litiumioneja) siirtymään ja upottamaan negatiiviseen elektrodiin ja muuttamaan ne kemialliseksi energiaksi; purkamisen aikana varauksenkantajat palaavat positiiviselle elektrodille ja kemiallinen energia muuttuu takaisin sähköenergiaksi. Fyysinen energian varastointi perustuu makroskooppisten energiamuotojen muuntamiseen. Esimerkiksi pumppuvesivarasto käyttää sähköä pumpun käyttämiseen veden potentiaalisen energian lisäämiseksi, ja sähköntuotannon aikana putoava vesi käyttää turbiinia muuntaakseen potentiaalisen energian sähköenergiaksi. Paineilmavarasto käyttää sähköä kaasun puristamiseen ja paineenergian varastointiin; vapauttaessaan energiaa korkeapaineinen-kaasu laajenee ja käyttää generaattoria. Eri muunnosmekanismit määrittävät järjestelmän vastenopeuden, energiatiheyden ja soveltuvat skenaariot. Suunnittelussa tulee ensin ankkuroida teknologiareitti vaatimusten mukaisesti.
Järjestelmäarkkitehtuurin suunnittelussa korostetaan useiden moduulien koordinointia ja hierarkkista hallintaa. Täydellinen energian varastointijärjestelmä koostuu energian varastointiyksiköistä, tehonmuunnosjärjestelmästä (PCS), akunhallintajärjestelmästä (BMS), energianhallintajärjestelmästä (EMS) ja apujärjestelmistä (lämpötilan ohjaus, palosuojaus, valvonta). Energiavarastoyksikkö on energian varastoinnin ydin, ja sen sarja- ja rinnakkaiskytkentätavat on optimoitava tavoitejännitteen, kapasiteetin ja redundanssivaatimusten perusteella. PCS (Power Control System) vastaa AC/DC-muuntamisesta ja tehonsäädöstä, ja sen topologian (kuten kaksi-tasoa tai kolme-tasoa) on vastattava järjestelmän teho- ja tehokkuusvaatimuksia. BMS:n (Battery Management System), joka toimii "hermopäätteinä", on saavutettava reaaliaikainen seuranta ja tasapainotettu yksittäisten kennojännitteiden, lämpötilan ja sisäisen resistanssin hallinta estääkseen paikallisen ylilatauksen ja ylipurkautumisen aiheuttamat kaskadihäiriöt. EMS (Electric Power Management System) on "aivot", jotka optimoivat dynaamisesti lataus- ja purkustrategioita ja koordinoivat kunkin moduulin toimia verkon kuormituksen, uusiutuvan energian tuotannon ja sähkön hintasignaalien perusteella. Apujärjestelmät tarjoavat ympäristönsuojelun edellä mainituille ydintoiminnoille; esimerkiksi lämpötilan säätöjärjestelmä pitää kennot toiminnassa sopivalla lämpötila-alueella (tyypillisesti 25 astetta ±5 astetta), ja palontorjuntajärjestelmä rakentaa varhaisvaroitus- ja sammutuspuolustuslinjan tulipaloa vastaan.
Suunnittelussa on integroitava syvällisesti skenaarion ominaisuudet ja rajoitukset. Verkko{1}}puolen energian varastointi korostaa nopeaa reagointia ja laajamittaista-säätökykyä, mikä edellyttää tehontuotantojärjestelmän (PCS) parempaa dynaamista suorituskykyä ja energian varastointijärjestelmän (EMS) verkkoystävällisyyttä. Virtalähteen-puoleisen energian varastoinnin on mukauduttava uusiutuvan energian tuotannon vaihteluihin, mikä optimoi BMS:n sietokyvyn ajoittaista latausta ja purkamista vastaan. Käyttäjän-energian varastointi asettaa etusijalle taloudellisuuden ja tilankäytön, tasapainottaa kapasiteetin konfiguroinnin ja asennuskustannukset, ja voi käyttää modulaarista integrointia tilan säästämiseksi. Lisäksi suunnittelussa on varattava laajennusliitännät tulevia kapasiteettipäivityksiä tai teknologisia iteraatioita varten.
Turvallisuus ja taloudellinen tehokkuus ovat tärkeitä koko elinkaaren ajan. Turvallisuusnäkökulmasta katsottuna monikerroksinen suojajärjestelmä on rakennettava sähköeristyssuunnittelun, ylijännite- ja ylivirtasuojauksen sekä lämpövaroitusmekanismien avulla. Taloudellisesta näkökulmasta katsottuna parannettu energian muunnostehokkuus (esim. PCS-hyötysuhde suurempi tai yhtä suuri kuin 95 %), pidempi syklin käyttöikä (esim. suunniteltu syklien määrä Suurin tai yhtä suuri kuin 6000 kertaa) ja apujärjestelmän energiankulutuksen vähentäminen ovat tarpeen elinkaarihyötyjen parantamiseksi.
Yhteenvetona voidaan todeta, että energian varastointijärjestelmien suunnitteluperiaate on teknologian integrointiprosessi, joka perustuu energian muunnosmekanismeihin, joka keskittyy usean -moduulin yhteistyöhön, jota ohjaa skenaarioiden mukauttaminen ja jota rajoittavat turvallisuus ja talous. Sen ydin on muuttaa erilliset energiavarastoyksiköt havaittavaksi, hallittavaksi ja optimoitavaksi energiansäätöjärjestelmäksi tieteellisen arkkitehtuurin avulla, mikä tarjoaa keskeisen tuen uusille voimajärjestelmille, jotta ne selviytyvät uusiutuvan energian suuresta osuudesta.
