Чи може акумуляторне зберігання даних уникнути модернізації підключення до мережі? Посібник для комерційних та промислових проектів

Для багатьох комерційних та промислових енергетичних проектів першим обмеженням є вже не ціна на електроенергію. Це кількість електроенергії, яку об'єкт фактично може отримувати з мережі.

Завод може захотіти додати ще одну виробничу лінію. Склад може встановлювати потужні зарядні пристрої для електромобілів. Готель може розширювати свою систему опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, а також розважальні заклади. Центр обробки даних може мати забезпечену землю та клієнтів, але лише частину електричної потужності, необхідної для наступного етапу розвитку. У кожному випадку традиційним рішенням є запит на збільшення підключення до мережі, модернізація трансформатора або посилення місцевої електричної інфраструктури.

Цей процес може бути дорогим, а в перевантажених районах — повільним.

Акумуляторне накопичення енергії пропонує ще один варіант. Забезпечуючи частину навантаження об'єкта в періоди високого попиту та підзаряджаючи його, коли є вільна потужність мережі, BESS іноді може утримувати імпорт мережі нижче існуючого ліміту підключення. У правильному проекті це може зменшити, відкласти або частково уникнути модернізації мережі.

Важливе слово – іноді.

Акумулятор не створює нової потужності мережі та не може вирішити проблему постійного дефіциту енергії. Комерційне обґрунтування залежить від того, коли виникає дефіцит потужності, як довго він триває та чи має акумулятор достатньо потужності та енергії, щоб покрити цей дефіцит.

Чому пропускна здатність мережі стає проблемою конверсії та інтеграції

Комерційна електрифікація розвивається швидше, ніж мережева інфраструктура на багатьох ринках.

Заводи замінюють процеси, що використовують викопне паливо, на електрообладнання, логістичні майданчики додають зарядні станції для електромобілів, у будівлях встановлюють теплові насоси, а центри обробки даних створюють великі нові концентровані навантаження. Водночас розподілена сонячна енергетика створює додаткове навантаження на локальні мережі в періоди високого виробництва енергії.

Це створює поширену ситуацію: існуюче підключення до мережі все ще працює, але його потужність вже недостатня для наступного етапу розвитку ділянки.

Технічне питання може бути напрочуд простим. Завод може мати контрактний або фізичний ліміт мережі 500 кВт, тоді як розширений об'єкт іноді досягає 700 кВт. Об'єкту не обов'язково потрібні додаткові 200 кВт з мережі щогодини на рік. Йому може знадобитися лише на одну-дві години під час пікових навантажень виробництва.

Саме ця відмінність є тим, де зберігання даних в акумуляторі стає цікавим.

Нещодавнє німецьке дослідження ілюструє ширший принцип. Дослідження Fraunhofer IEE показало, що існуюча мережева інфраструктура часто може забезпечити більше відновлюваної генерації, коли батареї поглинають короткочасні піки потужності, замість того, щоб проектувати мережу навколо теоретичного максимуму в кожен момент часу. У дослідженні оцінено значний додатковий потенціал підключення фотоелектричних систем та акумуляторів на існуючих підстанціях шляхом використання накопичувачів енергії для покращення використання трансформаторів.

Комерційний об'єкт стикається з тим самим інженерним питанням з іншого боку лічильника: чи дійсно потрібно модернізувати мережу для досягнення абсолютного піку, чи частину цього піку можна керувати локально?

Коли акумулятор BESS може уповільнити або затримати модернізацію мережі

Акумуляторне накопичення найкраще працює, коли обмеження мережі є періодичним, а не безперервним.

Розглянемо виробничий майданчик з підключенням до мережі потужністю 500 кВт. Після додавання нової виробничої лінії очікується, що пікове навантаження досягне 700 кВт між 14:00 та 16:00, тоді як навантаження протягом більшості інших періодів залишається нижче 500 кВт.

Дефіцит електроенергії – це:

700 кВт − 500 кВт = 200 кВт

Якщо акумулятор має покривати цей проміжок протягом двох годин:

200 кВт × 2 години = 400 кВт·год

Після врахування резервного заряду (SOC), втрат при перетворенні, деградації та експлуатаційного запасу, проект може оцінити BESS у районі 500 кВт·год.

Підключення до комунальних послуг залишається на рівні 500 кВт. У піковий період об'єкт отримує 500 кВт від мережі та приблизно 200 кВт від акумулятора. Коли попит знову падає, акумулятор може зарядитися, не перевищуючи той самий ліміт мережі.

У цьому типі проекту накопичення енергії не замінює мережу. Воно змінюється, коли об'єкт отримує з неї електроенергію.

Ця різниця є фундаментальною.

Якщо той самий завод потребує 700 кВт безперервно протягом 24 годин, акумулятор на 500 кВт·год не вирішить проблему. Він швидко розрядиться і все одно потребуватиме заряджання від вже обмеженого підключення. Постійний дефіцит 200 кВт вимагає додаткової генерації, потужнішого підключення до мережі або іншого джерела живлення тривалого часу.

Таким чином, BESS є найефективнішим там, де проблема потужності вимірюється тривалістю пікового навантаження, а не просто максимальним навантаженням.

Уникати, відкладати або зменшувати: це різні результати

Для EPC та розробників корисно розрізняти три можливі результати.

Акумулятор може уникнути модернізації мережі, коли існуючого підключення достатньо для середніх потреб об'єкта в енергії, і лише короткочасні піки перевищують ліміт. У цьому випадку BESS може залишатися довгостроковим рішенням.

Це може відкласти модернізацію, коли об'єкту терміново потрібне додаткове живлення, але посилення комунальних служб вже заплановано через кілька років. Зберігання енергії може подолати цей період, дозволяючи бізнесу розширитися до завершення мережевого проекту.

Або це може зменшити необхідну модернізацію. Об'єкт, потужність якого очікується зрости з 1 МВт до 1,8 МВт, може використовувати BESS для обмеження попиту в мережі до 1,4 МВт, а це означає, що посилення мережі не обов'язково має враховувати весь майбутній пік.

Ці відмінності мають економічне значення.

У бізнес-кейсі не слід порівнювати лише:

Вартість BESS проти вартості трансформатора

Також слід врахувати:

Вартість модернізації мережі + час очікування + втрата виробництва або затримка доходів від проекту

проти:

Інвестиції BESS + експлуатаційні заощадження + залишкова вартість після модернізації мережі

Акумулятор, який виглядає дорогим як енергозберігаючий пристрій, може мати набагато більше сенсу, якщо він дозволить заводу, зарядному центру або центру обробки даних розпочати роботу на рік раніше.

Як визначити розмір BESS для сайту з обмеженою сіткою

Перший розрахунок зазвичай є розрахунком потужності.

Необхідна потужність BESS ≈ Пікове навантаження на об'єкті − Доступна потужність мережі

Друге – це тривалість:

Базова енергія батареї ≈ Необхідна потужність BESS × Тривалість обмеження

Припустимо, що комерційний об'єкт має пікову потужність 800 кВт, але потужність мережі становить лише 600 кВт. Якщо дефіцит 200 кВт триває протягом двох годин, теоретична потреба в енергії становитиме близько 400 кВт·год.

Якщо той самий дефіцит триває чотири години, він становить 800 кВт·год.

Ось чому два об'єкти з однаковим підключенням до мережі можуть потребувати дуже різної ємності акумуляторів.

Для попереднього відбору проектів спрощений діапазон може виглядати так:

Це приклади планування, а не остаточні проекти систем. Фактичний вибір розмірів повинен враховувати корисну ємність акумулятора, ефективність PCS, деградацію акумулятора, мінімальний резервний зарядний стан, умови навколишнього середовища та те, чи повинна частина акумулятора залишатися доступною для резервного живлення.

Тому профіль навантаження важливіший, ніж сам лише щомісячний рахунок за електроенергію. Набір даних з 15-хвилинним інтервалом зазвичай надає набагато кориснішу інформацію, ніж загальне щомісячне споживання.

Існуюча сонячна енергетика може посилити бізнес-кейс

На об'єктах з обмеженим доступом до мережі часто вже є сонячні фотоелектричні системи, що змінює розрахунок.

Завод може бути не в змозі імпортувати більше електроенергії ввечері, але мати кілька сотень кіловат надлишку сонячної енергії близько полудня. Замість експорту цієї енергії, акумулятор може зберігати її та використовувати пізніше, коли об'єкт наближається до межі потужності мережі.

Це створює дві переваги від однієї системи:

вище власне споживання сонячної енергії та підтримка потужності мережі

Економіка може бути сильнішою, ніж будь-який з варіантів використання окремо.

Наприклад, об'єкт з підключенням 500 кВт та сонячною батареєю потужністю 600 кВтпік може споживати лише 300 кВт протягом частини дня. Резервна потужність мережі та надлишок сонячної енергії створюють можливість для зарядки акумулятора. Коли виробничий попит пізніше досягне 650 кВт, накопичена енергія може забезпечити різницю в 150 кВт, утримуючи при цьому імпорт мережі на рівні 500 кВт або нижче.

Акумулятор ефективно переміщує як сонячну генерацію, так і потужність мережі з плином часу.

Саме тому комерційні мікромережі для зберігання енергії в акумуляторах стають актуальними для розширення промисловості. Після того, як система енергопостачання (EMS) узгодить фотоелектричні системи, BESS, живлення від мережі та, можливо, дизельний генератор, об'єкт має більше можливостей, ніж просто запитувати більший трансформатор.

Для проектів, що потребують ширшої системної архітектури, GSL ENERGY промислові та комерційні рішення для мікромереж охоплюють мережеві, гібридні та автономні конфігурації, що поєднують BESS з локальною генерацією та управлінням навантаженням.

Проект з обмеженнями сітки не те саме, що резервний проект

Одним з найважливіших питань проектування є те, чи потрібна та сама BESS також для забезпечення аварійного резервного живлення.

Під час нормальної підтримки потужності мережі акумулятор може бути навмисно розряджений, щоб запобігти перевищенню ліміту підключення навантаженням на об'єкті.

Однак, під час відключення електроенергії, підприємству може знадобитися, щоб акумулятор залишався доступним для критичних навантажень.

Ці дві цілі конкурують за одну й ту саму накопичену енергію.

Технічно, завод може мати акумулятор потужністю 1 МВт·год, але якщо 800 кВт·год регулярно використовується для пікової підтримки, лише невелика його частина може залишитися доступною під час відключення електроенергії.

Тому ЕМД потребує резервної стратегії.

Наприклад, система може резервувати 20% або 30% заряду акумулятора (SOC) для аварійної роботи, а решту використовувати для підтримки мережі та оптимізації сонячної енергії. Правильний резерв залежить від критичного навантаження, доступності генератора та необхідної тривалості резервного живлення.

Якщо дизельний генератор вже встановлено, BESS також може працювати як частина гібридної системи. Акумулятор може забезпечити негайне живлення, контролювати короткочасні піки та затримувати запуск генератора, тоді як генератор залишається доступним для триваліших перебоїв.

Це часто економічніше, ніж підбирати розмір батареї для підтримки роботи всього об'єкта протягом багатьох годин.

Де підходять системи потужністю 261 кВт·год, 500 кВт·год, 1 МВт·год та 2 МВт·год

Проекти мережевих потужностей природно підходять для модульних архітектур акумуляторів C&I, оскільки систему можна адаптувати до розміру фактичного дефіциту потужності.

Шафа класу ємності 261 кВт·год може підійти там, де дефіцит відносно невеликий або короткочасний. Два блоки переводять проект у діапазон 500 кВт·год, тоді як чотири шафи можуть створити приблизно 1 МВт·год зберігання енергії.

На прикладі модульної платформи потужністю 125 кВт/261,2 кВт·год:

Важливо не лише те, що можна встановити додаткові шафи. Система захисту комп'ютерів, трансформатор, розподільчий пристрій, система енергоспоживання та схема захисту об'єкта також повинні бути розроблені з урахуванням необхідної робочої потужності.

Об'єкту, якому потрібна лише пікова підтримка 200 кВт, може не знадобитися система PCS потужністю 500 кВт просто тому, що вона використовує приблизно 1 МВт·год акумуляторної батареї. І навпаки, короткий, але дуже високий пік потужності може вимагати більшої потужності PCS та меншої кількості енергії.

Ось чому кВт та кВт⋅год ніколи не слід вибирати незалежно від профілю навантаження.

Що відбувається після модернізації мережі?

Загальним питанням є те, чи стане BESS непотрібним, коли комунальне підприємство зрештою надасть більше потужностей.

Зазвичай, цього не потрібно робити.

Після зняття обмеження мережі, та сама батарея може продовжувати забезпечувати цінність завдяки власному споживанню сонячної енергії, скороченню пікових навантажень, оптимізації часу використання, резервному резерву або участі в гнучких ринках, де це дозволяють правила.

Це важлива частина інвестиційного рішення.

Якщо бізнес витрачає значні кошти на тимчасове виробництво дизельної енергії або тимчасову електричну інфраструктуру, значна частина цих інвестицій може мати незначну цінність після завершення постійного підключення до мережі.

BESS може залишатися діючим енергетичним активом.

Це дає розробникам ще один спосіб оцінити проєкт:

Що це обладнання робитиме після того, як зникне початкова проблема з мережею?

Чим переконливіша відповідь, тим легше виправдати інвестиції.

Коли зберігання енергії в акумуляторі не є правильним рішенням

BESS не слід представляти як універсальну альтернативу армуванню сітки.

Якщо об'єкт потребує значно більше енергії цілодобово, акумулятор не вирішить проблему дефіциту потужності. Якщо немає періоду низького навантаження, протягом якого він може перезарядитися, система не має можливості перерозподілити енергію.

Зберігання також може бути неекономічним, якщо армування мережі є недорогим, негайно доступним і достатньо великим, щоб задовольнити довгострокове зростання.

Інші проекти можуть потребувати настільки тривалого резервного часу, що генератори, паливні елементи або додаткова мережева інфраструктура залишаються більш практичними.

Ось чому першим етапом проекту C&I з акумуляторів має бути інженерна оцінка, а не комерційна пропозиція продукту.

Корисний постачальник повинен бути готовим сказати, коли зберігання не є правильним рішенням.

Це особливо важливо для енерго- та енерго-комунальних послуг (EPC), оскільки надмірне використання BESS може зробити економічно важким виправданням навіть хороший проект.

Що повинні перевірити EPC перед запитом котирування BESS

Для комерційного або промислового проекту з обмеженою мережею найкорисніша інформація про проект є простою:

На основі цих даних EPC може визначити, чи є проект переважно проблемою з пропускною здатністю мережі, енергетичною проблемою, проблемою резервного копіювання чи поєднанням усіх трьох.

Ця різниця має бути вирішена ще до вибору акумулятора.

Комерційне питання насправді стосується вартості очікування

Найбільш переконливі аргументи на користь BESS часто з'являються там, де модернізація мережі можлива, але занадто повільна.

Виробник може знати, що комунальне підприємство зрештою зможе поставити ще 500 кВт, але посилення може тривати два роки. Якщо нова виробнича лінія генеруватиме значний дохід, дворічне очікування може бути набагато дорожчим, ніж акумуляторна система.

Така ж логіка застосовується до центрів обробки даних, зарядних станцій для електромобілів, готелів та логістичних об'єктів.

Це змінює спосіб розрахунку рентабельності інвестицій (ROI).

Традиційні розрахунки BESS значною мірою зосереджені на:

економія електроенергії + зменшення пікових навантажень + арбітраж

Проект з обмеженою мережею також повинен враховувати:

попереднє виробництво

раніше відкриття сайту

уникнено тимчасової генерації

відкладені інвестиції в інфраструктуру

дохід збережений протягом періоду очікування

Ці переваги можуть зробити зберігання енергії комерційно значущим, навіть якщо сам лише традиційний енергетичний арбітраж не виправдовує проєкт.

Акумуляторні акумулятори не можуть створювати необмежену потужність мережі, і їх не слід продавати як скорочений спосіб обійти вимоги до взаємопідключення комунальних служб.

Але коли максимальне навантаження на об'єкті перевищує існуюче з'єднання лише протягом обмежених періодів, BESS може бути практичним способом управління цим розривом у пропускній здатності.

Отже, правильне питання не таке:

«Чи може акумулятор замінити модернізацію мережі?»

Це:

«Чи має цей сайт короткочасне обмеження потужності, яке можна змістити за допомогою накопичувача?»

Якщо відповідь ствердна, проєкт може уникнути, зменшити або відкласти дороге посилення мережі, зберігаючи при цьому корисність акумулятора для оптимізації сонячної енергії, управління піковими навантаженнями та резервного копіювання після зникнення початкового обмеження.

Для комерційних та промислових проектів це робить BESS більше, ніж просто енергозберігаючий пристрій.

Це стає частиною стратегії енергоспоживання об'єкта.

Для EPC та розробників, які оцінюють сайт з обмеженою мережею, найкориснішою початковою інформацією є:

Країна | ​​Існуюча потужність мережі | Пікове навантаження | Необхідна додаткова потужність | Тривалість обмеження | Потужність фотоелектричних систем | Критичне навантаження | Потужність генератора | Цільова дата розширення

За допомогою цих даних GSL ENERGY може оцінити відповідну потужність PCS, ємність акумуляторів та архітектуру системи для проектів потужністю від кількох сотень кіловат-годин до кількох мегават-годин. Акумулятор C&I зберігання.