Комерційне мікромережеве акумуляторне сховище: як визначити розмір та спроектувати акумулятор BESS

Комерційні мікромережі стають все більш поширеними на фабриках, у готелях, центрах обробки даних, фермах, промислових парках та віддалених об'єктах, де вартість енергії, потужність мережі та надійність електропостачання більше не є окремими питаннями.

У багатьох проектах об'єкту потрібне не лише резервне живлення. На ньому вже можуть бути сонячні фотоелектричні панелі, дизельний генератор і підключення до мережі, але ці активи працюють незалежно. Роль комерційних мікромережевих акумуляторних накопичувачів енергії полягає в об'єднанні цих ресурсів у більш гнучку енергетичну систему.

Типова комерційна мікромережа може поєднувати мережу + сонячні фотоелектричні панелі + BESS + генератор + систему енергозбереження + критичні навантаження. Система накопичення енергії в акумуляторах дає мікромережі можливість перерозподіляти сонячну енергію, зменшувати пікові навантаження мережі, підтримувати навантаження під час перебоїв, обмежувати час роботи генератора та реагувати на зміни попиту на електроенергію.

Однак для EPC та розробників проектів головним викликом є ​​не те, чи може бути корисним акумуляторне зберігання енергії. Йдеться про те, щоб вирішити, скільки батареї насправді потрібно, скільки енергії потрібно для PCS та як BESS має взаємодіяти з рештою мікромережі.

Для ширшого огляду повних системних застосувань, режимів роботи та сценаріїв проектів див. промислові та комерційні рішення для мікромереж .

Яку роль відіграє акумуляторне накопичення енергії в комерційній мікромережі?

Комерційна мікромережа може працювати кількома різними способами залежно від місця розташування. Деякі проекти залишаються підключеними до комунальної мережі майже постійно. У цих системах BESS може використовуватися переважно для власного споживання сонячної енергії, зменшення пікових навантажень, оптимізації часу використання та утримання імпорту мережі нижче фіксованого ліміту.

Інші проекти потребують резервного живлення. У разі збою комунального підприємства система повинна безпечно відключитися від мережі та продовжувати постачати електроенергію вибраним навантаженням за допомогою BESS, сонячної генерації та, за необхідності, генератора. Віддалені об'єкти можуть працювати взагалі без надійного підключення до комунального підприємства. У цих випадках акумуляторні батареї стають основною частиною енергосистеми, балансуючи виробництво фотоелектричної енергії, попит на об'єкті та роботу генератора протягом дня.

Ось чому одна й та сама ємність акумулятора 1 МВт·год може обслуговувати дуже різні проекти. Система ємністю 1 МВт·год, встановлена ​​на заводі для зменшення пікових навантажень, може бути спроектована зовсім інакше, ніж акумулятор ємністю 1 МВт·год, що використовується в острівній мікромережі з сонячною та дизельною генерацією. Енергетична ємність може виглядати схожою на папері, але стратегія PCS, EMS, комутації, захисту та резервування може бути зовсім іншою.

Почніть із навантаження на сайт, а не з ємності акумулятора

Поширеною помилкою на ранніх стадіях проектів є початок з визначення розміру продукту. Угода про енергоефективність та енергоефективність (EPC) може вимагати BESS на 500 кВт·год або 1 МВт·год до того, як буде визначено фактичну потребу об'єкта в потужності. Кращий підхід — почати з профілю навантаження та визначити, яку проблему має вирішити мікромережа.

Наприклад, розглянемо завод з піковим навантаженням 700 кВт, але доступним підключенням до мережі лише 500 кВт. Безпосередній розрив потужності становить:

700 кВт − 500 кВт = 200 кВт

Якщо цей перерву зазвичай триває дві години, то базова потреба в енергії становить приблизно:

200 кВт × 2 години = 400 кВт·год

Після врахування втрат на перетворення, резервного заряду акумулятора, деградації акумулятора та експлуатаційного запасу, система потужністю близько 500 кВт·год може бути практичним розміром для оцінки. На іншому об'єкті може бути перерва в потужності 400 кВт тривалістю три години. Цей проект вже потребуватиме близько 1,2 МВт·год до додавання проектних запасів.

Ось чому для визначення розміру BESS завжди потрібні два окремі розрахунки. Потужність у кВт або МВт показує, яке навантаження має витримувати акумулятор, тоді як енергія в кВт·год або МВт·год показує, як довго він має витримувати це навантаження.

Скільки акумуляторної батареї потрібно для комерційної мікромережі?

Не існує стандартного розміру батареї для комерційної мікромережі, але певні діапазони ємності неодноразово з'являються в реальних проектах.

Системи потужністю 100–300 кВт·год може бути достатньо для невеликого готелю або комерційного сонячного проекту, де акумулятор переважно перенаправляє денне фотоелектричне навантаження на вечірнє. Система потужністю 500 кВт·год–1 МВт·год є більш поширеною, коли проект також повинен підтримувати значний розрив потужності, зменшувати використання дизельного палива або забезпечувати обмежене резервне живлення.

Як тільки об'єкт переходить у діапазон 1–2 МВт·год, система енергозбереження BESS зазвичай стає частиною ширшої електричної інфраструктури об'єкта, а не окремим енергозберігаючим пристроєм. Саме тут важливішими стають розміри PCS, потужність трансформатора, керування енергосистемою та планування розширення.

Сонячна енергія + BESS + генератор – одна з найпрактичніших архітектур мікромережі

Багато комерційних мікромереж побудовано на основі сонячної та дизельної генерації, оскільки ці два ресурси мають протилежні сильні сторони. Сонячна енергія виробляє недорогу енергію вдень, але не може забезпечити об'єкт вночі. Дизельні генератори можуть працювати будь-коли, але витрати на паливо та обслуговування високі. Акумуляторні накопичувачі знаходяться між ними.

Протягом дня фотоелектричні панелі можуть живити навантаження та заряджати BESS. Увечері акумулятор може продовжувати підтримувати роботу об'єкта без негайного запуску генератора. Якщо акумулятор досягає мінімального робочого рівня заряду, генератор може запуститися та живити навантаження або заряджати акумулятор відповідно до стратегії EMS.

Результатом не обов'язково є система без дизельного палива. У багатьох комерційних застосуваннях більш практичною метою є скорочення часу роботи генератора та підвищення його ефективності.

Спрощену архітектуру можна виразити так:

Сонячні фотоелектричні панелі + мережа + генератор → EMS → BESS + навантаження

Система управління енергоспоживанням (СУП) визначає, коли акумулятор повинен заряджатися, коли він повинен розряджатися та коли генератор повинен працювати. У більш складних проектах вона також може керувати обмеженнями імпорту електроенергії з мережі, платою за споживання, тарифами за часом використання та пріоритетами критичного навантаження.

GSL ENERGY комерційні рішення для мікромереж розроблені навколо такого типу багатоджерельної енергетичної архітектури, де акумуляторне зберігання інтегроване з відновлюваною генерацією, генераторами та навантаженнями на місці, а не розглядається як ізольований пристрій.

Як зберігання енергії в акумуляторі може скоротити час роботи генератора

Зменшення споживання дизельного палива є однією з найвагоміших комерційних причин для встановлення BESS у проектах зі слабкою енергосистемою та віддалених проектах. Генератор часто розрахований на покриття максимального навантаження на об'єкті, навіть якщо пікове навантаження може спостерігатися лише протягом короткого періоду дня.

У періоди низького навантаження генератор може працювати багато годин, значно нижчими за свій найефективніший діапазон. Акумуляція енергії в акумуляторах змінює цей режим роботи. Замість безперервної роботи генератора, мікромережа може використовувати сонячну та акумуляторну енергію в періоди низького попиту та запускати генератор лише тоді, коли цього вимагають рівень заряду акумулятора, навантаження або умови експлуатації.

Наприклад, віддалений комерційний об'єкт раніше міг працювати на генераторі 20 годин на день. Після додавання достатньої кількості фотоелектричних панелей та акумуляторів, генератор може потребувати роботи лише протягом тривалих періодів низької сонячної активності, надзвичайно високого попиту або коли акумулятор досягає мінімального рівня резерву.

Точну економію палива завжди слід розраховувати на основі реальної кривої ефективності генератора, ціни на паливо, сонячних ресурсів, навантаження на об'єкт та стратегії роботи акумуляторів. У надійній проектній пропозиції не слід застосовувати один універсальний відсоток економії палива до кожного об'єкта.

Однак принцип роботи зрозумілий: менша кількість годин роботи генератора може зменшити витрату палива, інтервали технічного обслуговування та знос обладнання.

Реальні проекти мікромереж показують, чому важливий дизайн системи

Найкращий спосіб зрозуміти комерційне мікромережеве акумуляторне зберігання даних – це подивитися, як різні проекти використовують одні й ті ж базові технології по-різному.

У Ємені компанія GSL ENERGY підтримала проект водної інфраструктури, використовуючи приблизно 2,49 МВт·год високовольтних акумуляторних батарей, кілька гібридних інверторів потужністю 80 кВА, велику фотоелектричну панель та управління енергією на основі системи управління енергопостачанням. Система була розроблена з урахуванням слабкої мережі та необхідності підтримки надійної роботи критично важливої ​​водної інфраструктури.

У Сабаху, Малайзія, менша міні-мережа сонячних батарей потужністю 50 кВт / 120 кВт·год обслуговує сільську громаду з 45 будинків. Хоча потужність значно менша, принцип роботи схожий: генерація сонячної енергії, накопичення енергії в акумуляторах та локальні навантаження координуються як одна система, а не управляються окремо.

Ще один проект віддаленої енергетики в перуанській Амазонії використовує приблизно 500 кВт·год акумуляторних батарей у місці, що потребує кількох днів річкового транспортування, щоб дістатися до місця проекту. У таких проектах логістика, простота встановлення, дистанційний моніторинг та надійність системи можуть бути такими ж важливими, як і номінальна ємність акумулятора.

Ці проекти ілюструють, чому комерційну мікромережу не можна спроектувати, виходячи лише з ємності акумуляторів. Клімат, транспорт, якість мережі, стратегія генератора, місцеві умови обслуговування та сонячні ресурси – все це може впливати на кінцеву архітектуру системи.

Модульна система BESS спрощує розширення в майбутньому

Комерційний попит на електроенергію рідко залишається постійним. Завод може додати нову виробничу лінію, готель може встановити більше зарядних пристроїв для електромобілів, центр обробки даних може ввести в експлуатацію ще один серверний зал, або віддалений об'єкт може збільшити свою потужність фотоелектричних систем після першого року експлуатації.

Для цих проектів модульне акумуляторне сховище може зменшити необхідність встановлення остаточної п'ятирічної ємності в перший день.

Наприклад, шафа C&I класу 125 кВт / 261 кВт·год може проілюструвати основну логіку масштабування:

Такий тип архітектури може бути корисним для промислових об'єктів, де очікується зростання навантаження в майбутньому. Однак розширення необхідно планувати з самого початку.

Енергетичний та енергетичний проект (EPC) повинен підтвердити, чи трансформатор, розподільчий пристрій, архітектура PCS, система енергопостачання та підключення до об'єкта підтримуватимуть додаткову ємність акумуляторів пізніше. Додавання шаф є простим лише тоді, коли решта електричного проекту вже передбачає можливість майбутнього розширення.

Мікромережі, підключені до мережі, та автономні, потребують різних конструкцій

Підключена до мережі комерційна мікромережа може покладатися на комунальну мережу для забезпечення опорної напруги та частоти під час нормальної роботи. Автономна система цього не може, що змінює як вибір PCS, так і стратегію керування.

В острівній мікромережі системі акумуляторів може знадобитися встановити локальну напругу та частоту, координувати запуск та зупинку генератора, а також підтримувати стабільну роботу в міру зміни генерації фотоелектричних систем та навантаження.

Тому сертифікати енергетичної ефективності (EPC) повинні підтверджувати не лише ємність акумулятора. Важливі питання проектування можуть включати:

• Режим роботи PCS
• Можливість формування сітки, де це необхідно
• Стратегія трансферу
• Вимоги STS або ATS
• Можливість запуску з темряви
• Зв'язок з генератором
• Мінімальний резерв SOC
• Пріоритети скидання навантаження

Систему, розроблену лише для зменшення пікових навантажень у мережі, ніколи не слід вважати такою, що підтримує повну автономну роботу без підтвердження цих вимог.

Що повинні надати EPC перед запитом цінової пропозиції BESS для мікромережі

Якість остаточної пропозиції BESS зазвичай залежить від якості інформації про проект, наданої на початку.

Маючи цю інформацію, постачальник акумуляторів може оцінити проєкт як енергетичну систему, а не просто пропонувати цінову пропозицію на стандартну шафу.

Що повинні порівнювати покупці, окрім ціни акумулятора?

Комерційні проекти мікромереж рідко виграються чи програються лише завдяки ціні акумулятора. Дешевий акумулятор може стати дорогим, якщо EPC пізніше виявить, що постачальник не може забезпечити необхідний протокол зв'язку, інтерфейс генератора, документацію EMS або підтримку введення в експлуатацію.

Для закупівель мікромереж покупцям також слід порівняти:

• Сумісність з ПК
• Можливість роботи в мережі та поза мережею
• Функції екстреної медичної допомоги
• Інтеграція генератора
• Вогнезахист
• Дизайн охолодження
• Протоколи зв'язку
• Сертифікація
• Технічна документація
• Підтримка введення в експлуатацію
• Дистанційний моніторинг
• Гарантія
• Місцева післяпродажна підтримка

Це особливо важливо для проектів у діапазоні 500 кВт·год–5 МВт·год. За такого розміру BESS стає частиною електричної інфраструктури об'єкта, тому ризик інтеграції часто має більше значення, ніж останні кілька доларів за кіловат-годину.

Комерційні мікромережі стають рішенням енергетичної інфраструктури

Найпотужніші комерційні проекти мікромереж більше не встановлюються лише з однієї причини. Заводу може знадобитися більше енергії, ніж може забезпечити місцева мережа наразі. Готель може захотіти використовувати більше власної сонячної енергії. Центр обробки даних може потребувати кращої стійкості. Ферма може намагатися зменшити споживання дизельного палива.

Акумуляторні накопичувачі можуть підтримувати всі ці цілі, але лише тоді, коли вони спроектовані як частина ширшої енергосистеми. Це головна відмінність між купівлею акумулятора та побудовою мікромережі.

Добре спроектована комерційна мікромережа об'єднує виробництво + зберігання + мережу + генератор + управління та визначає, як кожен ресурс повинен використовуватися протягом дня.

Для EPC-підрядників, забудовників та компаній, яким потрібен комплексний системний підхід, ознайомтеся з послугами GSL ENERGY. промислові та комерційні рішення для мікромереж для мережевих, резервних та автономних застосувань.

Плануєте проект комерційного мікромережевого акумуляторного накопичувача?

Для початкової технічної оцінки підготуйте таку інформацію про проект:

Країна | ​​Застосування | Пікове навантаження | Потужність мережі | Потужність фотоелектричних систем | Критичне навантаження | Тривалість резервного копіювання | Потужність генератора | Напруга на об'єкті | Очікуване розширення

Ці вхідні дані дозволяють оцінити необхідну потужність PCS, ємність акумулятора, тривалість роботи, архітектуру підключення до мережі або автономну, стратегію генератора та майбутнє розширення.

Правильний BESS слід вибирати виходячи з експлуатаційних вимог об'єкта, а не з бажаної ємності акумулятора.