BESS: โซลูชันในการจัดการพลังงานเชิงรุก

การขยายตัวของพลังงานหมุนเวียนและแนวโน้มทั่วโลกต่อการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพได้กระตุ้นความสนใจในโซลูชันการจัดเก็บพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ บทความนี้จะช่วยในการทำความเข้าใจว่าระบบเหล่านี้เกี่ยวกับอะไร รวมถึงประโยชน์ของการใช้ระบบเหล่านี้

BESS: สิ่งที่อยู่เบื้องหลังคืออะไร

ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (ฺBattery Energy Storage System, BESS) เป็นโซลูชันที่ซับซ้อนที่ใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้เพื่อเก็บพลังงานและปล่อยออกในภายหลัง ประเภทของ BESS สัมพันธ์กับไฟฟ้าเคมีหรือแบตเตอรี่ที่ใช้ โดยระบบอาจใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ตะกั่วกรด นิกเกิลแคดเมียม โซเดียม-ซัลเฟอร์ และแบตเตอรี่ที่มีการไหลของส่วนเก็บพลังงาน (Flow Battery) ระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) เป็นคำที่กว้างและอาจอาศัยเทคโนโลยีที่หลากหลายนอกเหนือจากแบตเตอรี่ เช่น พลังน้ำ ล้อตุนกำลัง อากาศอัด และอื่น ๆ

การเข้าใจว่า BESS คืออะไรและทำงานอย่างไร จะช่วยในการพิจารณาโครงสร้างและองค์ประกอบหลักได้:

แบตเตอรี่

พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายจากแหล่งต่าง ๆ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ลม หรือโรงไฟฟ้า แปลงเป็นพลังงานเคมีระหว่างกระบวนการเก็บประจุแบตเตอรี่ พลังงานที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่ระหว่างการคายประจุสามารถให้พลังงานแก่บ้าน ยานพาหนะ อาคารพาณิชย์ และกริด แบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์และสามารถจัดเรียงเป็นโมดูล แพ็ค และตู้คอนเทนเนอร์

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

BMS ช่วยให้แบตเตอรี่ทำงานได้อย่างปลอดภัยและเหมาะสม แบตเตอรี่ทุกประเภทมีสภาวะการเก็บประจุและการคายประจุที่แน่นอน ซึ่ง BMS ช่วยให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่อยู่ในช่วงกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และอุณหภูมิที่ต้องการ ด้วยการตรวจสอบพารามิเตอร์และการประเมินสถานะการชาร์จ (SOC) และสถานะสุขภาพ (SOH) ของแบตเตอรี่ โดย BMS จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่น่าเชื่อถือและใช้งานได้ยาวนาน

ระบบแปลงไฟ (PCS)

BESS จะแปลงกระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) และกระแสสลับเป็นกระแสตรง โดยการใช้ระบบแปลงกำลังไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสสลับไหลจากแหล่งพลังงานและแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรงในระหว่างการชาร์จแบตเตอรี่ โดยแบตเตอรี่คายประจุเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งจะถูกแปลงกลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งจำเป็นต่อการจ่ายไฟให้กับระบบ BESS

ระบบการจัดการพลังงาน (EMS)

EMS คือหน่วยควบคุมของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ โดยจะจัดการพลังงานที่มีอยู่ในระบบ BESS กล่าวคือกำหนดเวลา เหตุผล และปริมาณพลังงานที่ควรจะสะสมหรือปล่อยออกมา EMS นำองค์ประกอบของ BESS มารวมกันและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม

ระบบความปลอดภัย

อาจมีระบบความปลอดภัยหลายระบบ ซึ่งแต่ละระบบมีหน้าที่รับผิดชอบเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ระบบ HVAC ช่วยให้ BESS สามารถรักษาอุณหภูมิและความชื้นที่ต้องการได้ผ่านการทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ ระบบป้องกันอัคคีภัยสามารถตรวจจับควันและป้องกันอัคคีภัยได้

รูปที่ 1: โครงสร้าง BESS ทั่วไป (แหล่งที่มารูปภาพ:Integra Sources LLC)

BESS สามารถทำอะไรได้บ้าง

ทุก ๆ ปี ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่จะจ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือน ธุรกิจ โรงงาน และชุมชนหลายพันแห่งทั่วโลก ซึ่งแต่ละแห่งมีขนาดและความจุที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่น เทสลา พาวเวอร์วอลล์ (Tesla Powerwall) ที่มีความจุที่ใช้งานได้ 13.5 กิโลวัตต์ชั่วโมง เป็นอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่องสำหรับบ้านครัวเรือนเดียว ในขณะที่โรงเก็บพลังงาน Vistra Moss Landing ที่มีกำลังการผลิตรวม 1,600 MWh และเป็นระบบ BESS ที่ใหญ่ที่สุดในโลก สามารถให้พลังงานแก่บ้านเรือนได้ 300,000 หลัง

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าขนาดและความจุจะแตกต่างกัน แต่ BESS ก็สามารถทำหน้าที่เหมือนกันและแก้ไขปัญหาที่คล้ายคลึงกันได้ ลองพิจารณากรณีที่การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่สามารถเข้ามามีบทบาท

การใช้ร่วมกับพลังงานหมุนเวียน

BESS สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมได้อย่างมีประสิทธิภาพตลอดเวลาและในทุกสภาพอากาศ แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้สามารถเก็บพลังงานส่วนเกินที่เกิดจากพลังงานหมุนเวียนแบบไม่ต่อเนื่องได้ และสามารถส่งพลังงานได้ตามความต้องการของผู้ใช้ในภายหลัง

เมื่อรวมเข้ากับโซลูชันการจัดเก็บแบตเตอรี่ แหล่งพลังงานหมุนเวียนสามารถทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ให้พลังงานสะอาดและราคาถูกสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย การใช้ร่วมกับระบบหมุนเวียนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

• ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลม
• ชุมชนที่ออฟกริดและแยกตัว (เกาะและพื้นที่เข้าถึงยาก)
• อุปกรณ์กักเก็บพลังงานภายในบ้านร่วมกับแผงโซลาร์เซลล์ (เช่น Powerwall)

นอกเหนือจากระบบออฟกริดแล้ว BESS ยังสามารถสนับสนุนโซลูชันแบบออนกริดและแบบไฮบริดได้เป็นอย่างดี สำหรับการใช้งานในที่อยู่อาศัย เชิงพาณิชย์ และอุตสาหกรรม

รูปที่ 2: ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ใช้กันอย่างแพร่หลายในฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลม (แหล่งที่มารูปภาพ: Integra Sources LLC)

การจัดสรรการใช้พลังงาน (Energy arbitrage)

มีความสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างความต้องการใช้ไฟฟ้ากับต้นทุน ราคาพลังงานจะเพิ่มขึ้นในช่วงที่มีความต้องการใช้สูงสุดและลดลงเมื่อความต้องการลดลง การจัดสรรการใช้พลังงานหรือที่เรียกว่าการปรับเปลี่ยนเวลาคือสิ่งที่ผู้บริโภคสามารถทำได้โดยใช้ระบบจัดเก็บแบตเตอรี่

ผู้บริโภคสามารถซื้อพลังงานในราคาถูกและเก็บแบตเตอรี่ไว้กับ BESS ได้ด้วยการชาร์จแบตเตอรี่ในช่วงที่มีความต้องการน้อย (Off-peak) จากนั้นรอจนกว่าค่าไฟจะขึ้นและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในต้นทุนต่ำหรือขายให้โครงข่ายไฟฟ้า

ดังนั้น ครัวเรือนและธุรกิจสามารถจัดการแหล่งพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีต้นทุนลดลง

การจัดการโหลด

มีการใช้พลังงานต่างกันไปตลอดทั้งวันและขึ้นอยู่กับฤดูกาล ช่วงที่มีการใช้ไฟมากและน้อย ระบบ BESS ให้ผู้ใช้ได้จัดการระหว่างช่วงเวลาเหล่านี้ ปรับการใช้พลังงาน และประหยัดค่าไฟฟ้า

การลดความต้องการกำลังไฟฟ้าสูงสุด (Peak shaving) เป็นหนึ่งในกรณีการใช้งานระบบ BESS ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการจัดการโหลด ซึ่งเกี่ยวกับการลดการใช้พลังงานในช่วงที่มีการใช้งานสูงสุด นอกจากนั้น ผู้บริโภคยังสามารถลดค่าใช้จ่ายได้เหมือนกับการจัดสรรการใช้พลังงาน

โซลูชันการจัดเก็บแบตเตอรี่สามารถช่วยหลีกเลี่ยงการใช้งานไฟฟ้าบนกริดไฟฟ้าในปริมาณมากที่อาจส่งผลให้ไฟดับและเหตุฉุกเฉินอื่น ๆ BESS จะนำโหลดออกจากกริดและจ่ายพลังงานโดยไม่หยุดชะงัก ด้วยการปล่อยพลังงานที่เก็บไว้

Black start

ระบบ BESS สามารถช่วยโรงไฟฟ้าและโครงข่ายไฟฟ้าฟื้นฟูได้อย่างรวดเร็วหลังจากไฟฟ้าดับ แทนที่จะใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ผู้บริโภคสามารถใช้ระบบจัดเก็บแบตเตอรี่ โซลูชัน Black start (การเดินเครื่องขึ้นมาในสภาวะที่ไม่มีไฟฟ้าใช้งาน) ที่ถูกกว่าและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า BESS สามารถทำงานได้อย่างอิสระจากสายส่งของกริดและจ่ายพลังงานตามเวลาที่ต้องการตั้งแต่ระดับนาทีจนถึงชั่วโมง

การสำรองไฟ

BESS สามารถให้พลังงานแก่บ้าน ธุรกิจ และสิ่งอำนวยความสะดวกอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าการดำเนินงานของพวกเขาจะดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสถาบันด้านสุขภาพและองค์กรอื่น ๆ ที่ให้บริการที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพและความปลอดภัยของผู้คน BESS สามารถจ่ายไฟสำรองได้นานเท่าที่สามารถใช้งานได้ ขึ้นอยู่กับความจุของการจัดเก็บ แม้ในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้องอย่างรุนแรง

การควบคุมความถี่และแรงดัน

ความถี่และแรงดันไฟฟ้าอาจเกินขีดจำกัดการทำงาน หากแหล่งจ่ายไฟไม่ตรงกับความต้องการที่แท้จริง ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียพลังงานและไฟฟ้าดับ BESS สามารถรับรองความเสถียรของโครงข่ายไฟฟ้าหรือระบบไฟฟ้าผ่านการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและความถี่ เนื่องจากเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่จึงกลายเป็นโซลูชันการปรับสมดุลกริดที่มีประสิทธิภาพ

ไมโครกริด

ไมโครกริดเป็นกริดไฟฟ้าขนาดเล็กที่สามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับอาคารพาณิชย์ โรงงานผลิต หรือบริเวณใกล้เคียงเมื่อเชื่อมต่อกับกริดที่ใหญ่ขึ้น ไมโครกริดอัตโนมัติสามารถให้พลังงานแก่พื้นที่ห่างไกลและชุมชน เช่น เกาะต่าง ๆ เมื่อรวมกับระบบ BESS และใช้ร่วมกับพลังงานหมุนเวียน ไมโครกริดสามารถทำหน้าที่เป็นระบบไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นสำหรับผู้ใช้หลายคน

รูปที่ 3: ไมโครกริดสามารถทำหน้าที่เป็นระบบไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นสำหรับพื้นที่ห่างไกลและชุมชน เช่น เกาะต่าง ๆ (แหล่งที่มารูปภาพ: Integra Sources LLC)

การชะลอระบบสายส่งและสายจำหน่าย

ระบบสายส่งและสายจำหน่าย (T&D) มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพและค่าเสื่อมราคาเนื่องจากภาระสูงสุดและความแออัด โซลูชันการจัดเก็บแบตเตอรี่สามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยใช้บทบาทของสินทรัพย์ของระบบสายส่งและสายจำหน่าย BESS สามารถให้ความจุพื้นที่จัดเก็บเพิ่มเติมและโหลดที่สมดุล ดังนั้นจึงเป็นการชะลอการอัปเกรดสาย T&D ที่มีอยู่และการสร้างโครงสร้างพื้นฐานใหม่ ซึ่งเป็นการประหยัดเงินเป็นจำนวนมาก

สามารถใช้ BESS ได้ที่ไหนดีที่สุด

BESS ใช้เทคโนโลยีที่ราคาไม่แพง เช่น ราคาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลงเกือบ 90% ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาและจะลดลงอีก โซลูชันการจัดเก็บแบตเตอรี่มีการกำหนดค่าที่หลากหลาย รวมถึงความจุและขนาดในการจัดเก็บข้อมูล จึงสามารถใช้ได้กับอุตสาหกรรมและการใช้งานที่หลากหลาย

การใช้งานเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นระบบกักเก็บพลังงานระดับผู้ดูแลระบบไฟฟ้า (Front of the meter, FTM) หรือระบบระดับโรงไฟฟ้า (พลังงานที่ใช้วัดโดยมิเตอร์ไฟฟ้า) และระบบกับเก็บพลังงานระดับผู้ใช้ไฟฟ้า (Behind the meter, BTM) หรือโซลูชันระดับผู้ใช้ (พลังงานที่ใช้ไม่สามารถเชื่อมต่อกับกริดและวัดด้วยมิเตอร์ไฟฟ้า) นี่คือรายการการใช้งาน BESS แบบ FTM และ BTM (ซึ่งยังไม่สมบูรณ์)

การใช้งานระดับผู้ดูแลระบบไฟฟ้า

ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่สามารถมีส่วนอย่างมากในการดำเนินการและบำรุงรักษาสิ่งอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์ระดับโรงไฟฟ้า BESS สามารถให้ความจุสำรองและการเดินเครื่องขึ้นมาในสภาวะที่ไม่มีไฟฟ้าใช้งาน ให้แรงดันไฟฟ้าและความเสถียรของความถี่ และประหยัดเงินผ่านการบำรุงรักษาที่เลื่อนออกไป การใช้งาน BESS แบบ FTM รวมถึง:

• กริดที่จ่ายให้ระบบสายส่ง
• สถานีไฟฟ้าย่อย
• สายส่งและสายจำหน่าย
• โรงไฟฟ้า

การใช้งานระดับผู้ใช้ไฟฟ้า

ระบบ BTM สามารถจ่ายพลังงานให้กับผู้ใช้ไฟได้โดยไม่ต้องใช้สายส่งไฟฟ้า นอกจากแหล่งพลังงานสะอาดแล้ว BESS ยังสามารถสนับสนุนระบบไฟฟ้าแบบสแตนด์อโลนหรือไมโครกริดได้อย่างต่อเนื่อง ผู้ผลิตสามารถใช้ที่เก็บแบตเตอรี่เพื่อสำรองไฟ เพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดทำงานที่โรงผลิต ด้วยการใช้ BESS บริษัทและครอบครัวสามารถลดอัตราค่าไฟฟ้าได้อย่างมากด้วยการจัดสรรการใช้พลังงาน ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ BTM สามารถพบได้ใน:

• โรงงานอุตสาหกรรมและการผลิต
• ธุรกิจ
• ครัวเรือน
• ยานพาหนะไฟฟ้า
• ระบบทางทะเล

รูปที่ 4: การใช้งาน BESS (แหล่งที่มารูปภาพ: Integra Sources LLC)

การสร้างระบบ BESS เหมาะสมหรือไม่

คำตอบสั้น ๆ คือใช่ ทำได้ คำตอบที่ยาวขึ้นนั้นต้องขยายความ

การซื้อ BESS สำเร็จรูปจะช่วยประหยัดเวลาและบางครั้งก็ประหยัดเงินได้อย่างไม่ต้องสงสัย หากไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับระบบ คุณสามารถเลือกโซลูชันที่พร้อมใช้งานทันทีจากผลิตภัณฑ์กักเก็บพลังงานที่มีอยู่มากมายในท้องตลาด ที่กล่าวว่ามีเหตุผลบางประการที่อาจทำให้ผู้บริโภคไม่ซื้อได้ เช่น:

• ความต้องการเฉพาะของลูกค้า รวมถึงความต้องการเฉพาะกลุ่มธุรกิจและเงื่อนไขการดำเนินงาน
• ขาดคุณสมบัติที่ต้องการหรือคุณสมบัติที่ไม่จำเป็นที่เพิ่มต้นทุนของระบบ
• ระบบไม่สมบูรณ์และขาดอุปกรณ์รองรับ
• ซอฟต์แวร์คุณภาพต่ำ
• ไม่มีการรับประกันและการบำรุงรักษาหลังการขาย

การสร้างระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่อาจเป็นกระบวนการที่น่าเบื่อซึ่งต้องใช้เวลา เงิน และความเชี่ยวชาญ แต่สิ่งนี้ให้โอกาสในการสร้างโซลูชันที่ปรับแต่งได้สูง ซึ่งตรงตามความต้องการทั้งหมดของผู้ใช้ปลายทาง

BESS ที่ออกแบบตามความต้องการสามารถนำเสนอฟังก์ชันการทำงาน การใช้งาน ความปลอดภัย และความปลอดภัยทางไซเบอร์ที่ได้รับการปรับปรุง การใช้อัลกอริธึม BMS ขั้นสูงจะช่วยให้ผู้ใช้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และยืดอายุการใช้งานได้ การพัฒนาโซลูชันแบบกำหนดเองจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสนับสนุนทางเทคนิค การดูแลลูกค้า และบริการอื่น ๆ ที่อาจจำเป็นในฐานะผู้ใช้ปลายทางหรือผู้ให้บริการ BESS

ในการออกแบบ BESS คุณภาพสูง ต้องใช้ทีมงานมืออาชีพที่เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีแบตเตอรี่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ซอฟต์แวร์ฝังตัว และการพัฒนาฮาร์ดแวร์ จำเป็นต้องจัดระเบียบและประสานแต่ละขั้นตอนของการสร้างผลิตภัณฑ์ตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงการรับรองและการผลิต การจ้างวิศวกรที่มีความเชี่ยวชาญและประสบการณ์ที่เกี่ยวข้องสามารถช่วยสร้างระบบจัดเก็บแบตเตอรี่ที่ครบถ้วนซึ่งคาดการณ์ความคาดหวังของผู้บริโภค

ทั้งหมดทั้งมวลผลิตภัณฑ์แบบกำหนดเองไม่ใช่โซลูชันแบบครอบจักรวาล การสร้าง BESS แบบกำหนดเองควรพิจารณาเป็นกรณีไป และสำหรับบางโครงการ โซลูชันแบบเบ็ดเสร็จจะทำงานได้ดีที่สุด หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ BESS แบบกำหนดเองและแบบสั่งพิเศษ โปรดอ่านบทความขนาดใหญ่กว่าเกี่ยวกับระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ ในหน้าบล็อกของ Integra Sources LLC ในที่นี่ผู้อ่านยังสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีและคุณลักษณะต่าง ๆ ของแบตเตอรี่ ผู้ผลิต BESS รายใหญ่ ระบบกักเก็บพลังงานทางเลือก และรายละเอียดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง