Як вибрати BESS потужністю 500 кВт·год–2 МВт·год для центрів обробки даних та комерційних об'єктів з обмеженим доступом до мережі

Для багатьох центрів обробки даних, фабрик, логістичних центрів, зарядних станцій для електромобілів та комерційних кампусів основною проблемою енергопостачання є не загальне річне споживання електроенергії. Це розрив між тим, що потрібно об'єкту в певні моменти, і тим, що може надійно забезпечити місцева мережа.

Об'єкт може мати підключення до мережі потужністю 600 кВт, але іноді потребувати 800 кВт. Новий центр обробки даних може мати достатню потужність комунальних послуг для першого етапу, але зіткнутися з тривалим очікуванням на наступне оновлення підключення. Зарядний центр для електромобілів може мати помірне середнє навантаження, але створювати короткі періоди дуже високого споживання енергії. У кожному випадку система накопичення енергії в акумуляторах може забезпечити контрольовану потужність за лічильником і допомогти об'єкту працювати в межах існуючих обмежень мережі.

Важливо те, що вибір розміру BESS не повинен починатися з каталожної потужності, такої як 500 кВт·год, 1 МВт·год або 2 МВт·год. Він повинен виходити з фактичного дефіциту потужності на об'єкті, тривалості цього дефіциту, вимог критичного навантаження та експлуатаційної мети. Тільки тоді ємність акумулятора стає змістовним інженерним рішенням.

Почніть з розриву влади

Перший розрахунок простий:

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

Розглянемо комерційний об'єкт з піковим навантаженням 800 кВт та доступним підключенням до мережі 600 кВт. Дефіцит потужності становить 200 кВт. Якщо цей дефіцит триває дві години, мінімальна потреба в енергії становитиме приблизно 400 кВт·год.

200 кВт × 2 год = 400 кВт·год

Реальній системі знадобиться додатковий запас для забезпечення корисної глибини розряду, втрат при перетворенні, мінімального стану заряду (SOC), старіння акумулятора та майбутнього зростання навантаження. У такому випадку, акумулятор BESS класу 500 кВт·год стає розумною відправною точкою.

Це корисніший спосіб визначення розміру сховища, ніж зворотний поворот від бажаної моделі акумулятора. Це також пояснює, чому два об'єкти з подібним річним споживанням електроенергії можуть потребувати дуже різних систем. Одному може знадобитися висока потужність протягом 30 хвилин, а іншому — нижча потужність протягом трьох або чотирьох годин.

Акумулятор на 500 кВт·год, 1 МВт·год чи 2 МВт·год?

Різниця між цими рівнями потужності не полягає просто в «малому, середньому та великому». Кожен з них може підтримувати різну комбінацію розриву потужності, тривалості підтримки та операційної стратегії.

Це лише орієнтовні діапазони. Остаточний вибір розмірів завжди повинен враховувати дані про навантаження, характерні для конкретного об'єкта.

Акумулятор ємністю 1 МВт·год у поєднанні з системою контролю потужності (PCS) потужністю 250 кВт забезпечує зовсім інший робочий профіль, ніж той самий акумулятор ємністю 1 МВт·год у поєднанні з системою PCS потужністю 500 кВт. Один з них робить акцент на тривалості роботи, інший — на потужності. Саме тому кВт·год та кВт·год потрібно розраховувати окремо.

Три практичні приклади визначення розмірів

Комерційний об'єкт з обмеженим підключенням до мережі, піковим навантаженням 780 кВт та лімітом мережі 580 кВт має дефіцит 200 кВт. Якщо пік зазвичай триває дві години, проект потребує близько 400 кВт·год корисної енергії. Після додавання операційного запасу логічним розміром для оцінки буде система потужністю 500–550 кВт·год.

Середній центр обробки даних може мати пікове навантаження на об'єкт 1 МВт, тоді як протягом відповідного робочого вікна з мережі доступно лише 650 кВт. Дефіцит становить 350 кВт. Якщо об'єкту потрібна двогодинна підтримка, базова потреба в енергії становить 700 кВт·год. Після врахування резервного заряду, втрат на перетворення та вимог до резервного копіювання проект може перейти до діапазону 800 кВт·год–1 МВт·год.

Більший комерційний кампус може зіткнутися з дефіцитом потужності 600 кВт після розширення. Якщо очікується, що цей дефіцит триватиме протягом 2,5 годин, мінімальна потреба в енергії становить 1,5 МВт·год. З урахуванням резерву та експлуатаційних запасів система потужністю 1,8–2 МВт·год стає більш реалістичною.

Логіка в усіх трьох випадках однакова: по-перше, розрив потужності, по-друге, тривалість, по-третє, розмір батареї.

Центри обробки даних потребують іншого підходу до проектування

Для центрів обробки даних зменшення пікового навантаження та резервне живлення не слід розглядати як одну й ту саму вимогу.

Зменшення пікового навантаження відбувається, поки мережа ще доступна. BESS просто зменшує кількість імпортованої електроенергії протягом періоду високого попиту.

Резервний режим роботи відрізняється. Акумулятор повинен підтримувати критичні навантаження у разі втрати живлення від мережі, і це створює окремий набір питань проектування: які навантаження є критичними, скільки енергії має залишатися в резерві, як швидко система повинна передавати енергію, чи буде об'єкт ізольованим, і як акумулятор повинен координувати роботу з ДБЖ та генераторами.

Тому BESS центру обробки даних має бути розрахований на більший, ніж пікове навантаження на об'єкт. Енергетичні та енергетичні сертифікати (EPC) також повинні підтверджувати:

• Критичне ІТ-навантаження
• Некритичне навантаження на об'єкт
• Необхідна тривалість резервного копіювання
• Потужність ДБЖ та час роботи на виході з мережі
• Час запуску та тривалість роботи генератора
• Мінімальний рівень заряду в екстрених ситуаціях
• Вимоги STS або ATS
• Вимоги до острівного розташування
• Вимоги до запуску з темного повітря
• Плани на майбутнє розширення

Ця відмінність важлива, оскільки система, яка цілком підходить для зменшення пікових навантажень, може бути недостатньо потужною для аварійної роботи.

BESS, ДБЖ та генератори повинні працювати разом

У більшості проектів критичного навантаження BESS не є прямою заміною ні ДБЖ, ні дизель-генераторів. Ці технології зазвичай виконують різні ролі.

ДБЖ забезпечує негайний захист від короткочасних перебоїв та порушень якості електроенергії. BESS керує більшими потоками енергії протягом триваліших періодів. Генератор забезпечує тривале аварійне живлення, коли перебої тривають довше, ніж розрахована потужність акумулятора.

Таким чином, практична архітектура може поєднувати:

Мережа + ДБЖ + BESS + Генератор + EMS

За наявності сонячної енергії система може розширитися до:

Мережа + Фотоелектричні системи + BESS + ДБЖ + Генератор + Критичні навантаження + EMS

Потім система управління енергоспоживанням (EMS) відповідає за координацію заряджання та розряджання акумулятора, обсягу заряду (SOC) для резервного живлення та часу запуску генератора. Для комерційних покупців ця стратегія керування часто є такою ж важливою, як і номінальна ємність акумулятора.

Чи може BESS замінити модернізацію мережі?

Іноді це може зменшити або відтермінувати його, але його не слід представляти як універсальну заміну.

Багато комерційних об'єктів стикаються з дорогою або повільною модернізацією мережі, коли додають нове виробниче обладнання, стійки для центрів обробки даних, зарядні станції для електромобілів, навантаження систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря або додаткові будівлі. Традиційне рішення може вимагати більшого трансформатора, нового розподільчого пристрою або модернізації підключення до комунальних служб.

Акумулятор може забезпечити різницю між існуючим підключенням до мережі та тимчасовим піковим навантаженням об'єкта. Якщо дефіцит виникає лише протягом обмежених періодів, це може бути більш економічно вигідним, ніж розширення мережі виключно для обслуговування короткочасного піку.

Наприклад:

Потужність мережі: 750 кВт
Пікова потужність на місці: 1000 кВт
Необхідна підтримка BESS: приблизно 250 кВт

Якщо цей дефіцит у 250 кВт триває лише одну-дві години на день, можливо, варто розглянути BESS як форму підтримки потужності або відстрочки модернізації мережі.

Комерційне рішення повинно порівнювати вартість та терміни реалізації модернізації мережі з капітальними витратами, експлуатаційною вартістю та гнучкістю BESS. Правила комунальних служб та угоди про підключення все ще необхідно перевірити, перш ніж вважати, що акумуляторні накопичувачі можуть замінити підсилення мережі.

Як визначити розмір потужності PCS та енергії акумулятора

Для об'єктів з обмеженою мережею потужність PCS зазвичай визначається розміром дефіциту потужності.

Необхідна потужність PCS ≈ Пікове навантаження − Доступна потужність мережі

Якщо пікова потужність об'єкта становить 1000 кВт, а мережа може забезпечити 750 кВт, проєкту потрібно приблизно 250 кВт потужності акумулятора. Інженери можуть обрати дещо більшу систему захисту від перенапруг (PCS), щоб забезпечити запас продуктивності або майбутнє розширення.

Енергія батареї потім визначається тим, як довго потрібна підтримка:

Необхідна енергія батареї ≈ Потужність підтримки × Тривалість підтримки

Якщо дефіцит 250 кВт триває протягом двох годин, базова потреба в енергії становитиме 500 кВт·год. Остаточний проект повинен враховувати Міністерство оборони США, втрати системи, мінімальний рівень заряду (SOC), аварійний резерв та деградацію.

Ось чому проект може вимагати високої потужності PCS, але відносно скромної ємності акумулятора, або навпаки. Ці два значення ніколи не слід вибирати так, ніби вони взаємозамінні.

Що слід перевірити EPC перед закупівлею

Для проектів потужністю 500 кВт·год–2 МВт·год порівняння ціни за кВт·год недостатньо. Систему необхідно оцінювати як частину електричної інфраструктури об'єкта.

Для центрів обробки даних та інших критично важливих об'єктів доступність системи та логіка керування зазвичай важливіші, ніж досягнення найнижчої початкової вартості акумулятора.

Модульні варіанти GSL ENERGY для проектів потужністю 500 кВт·год–2 МВт·год

Для проектів, що потребують модульного розширення, GSL-CESS-125K261 можна використовувати як будівельний блок.

Кожна шафа має номінальну потужність 125 кВт / 261,2 кВт·год та використовує елементи LFP ємністю 314 А·год, акумуляторну платформу з номіналом 832 В, рідинне охолодження та зв'язок CAN/Ethernet/RS485.

Типова модульна прогресія може бути побудована навколо:

У документації до продукту серед типових сценаріїв застосування визначено центри обробки даних, розумні фабрики, комерційні будівлі та зарядні станції. Архітектура системи також підтримує інтеграцію з EMS, мережею, фотоелектричними та вітровими енергосистемами, зарядкою електромобілів та кількома блоками C&I ESS.

Точну паралельну конфігурацію, стратегію керування PCS та проект балансу системи все ще слід підтвердити для режиму роботи проекту з підключенням до мережі або без підключення до неї.

Практичний робочий процес визначення розміру проекту

Серйозний проект потужністю 500 кВт·год–2 МВт·год в ідеалі повинен починатися з щонайменше 12 місяців 15-хвилинних або точніших даних про навантаження. Потім EPC має підтвердити реальний ліміт підключення до мережі, визначити тривалість та частоту дефіциту потужності, відокремити вимоги до скорочення пікових навантажень від вимог до резервного живлення в аварійних ситуаціях та визначити, який обсяг заряду в резервному стані має залишатися доступним для критичних навантажень.

Наступним кроком є ​​моделювання майбутніх умов. Додаткові сервери, зарядні пристрої для електромобілів, виробниче обладнання або потужність фотоелектричних систем можуть суттєво змінити необхідний розмір системи. Після того, як буде зрозуміло майбутнє навантаження, проект може розрахувати як необхідну потужність PCS, так і енергетичну ємність акумулятора.

Моделювання за весь рік є кращим за визначення розміру за одним піковим днем, оскільки воно показує сезонні відмінності, частоту циклів, доступний резервний режим та фактичне використання акумулятора.

Часті запитання

Який обсяг акумуляторної батареї потрібен центру обробки даних?

Фіксованого коефіцієнта немає. Правильний розмір залежить від критичного навантаження, доступної потужності мережі, необхідної тривалості підтримки, архітектури ДБЖ, потужності генератора та резервного джерела живлення.

Чи достатньо 500 кВт·год для невеликого центру обробки даних?

Можливо. Ділянка з дефіцитом електроенергії в мережі приблизно 200 кВт, що триває близько двох годин, може потрапити в діапазон 500 кВт·год після врахування експлуатаційного запасу.

Чи може BESS замінити модернізацію мережі?

У деяких проектах BESS може зменшити або відкласти потребу в додатковій потужності мережі. Чи зможе вона повністю замінити модернізацію, залежить від профілю навантаження об'єкта, вимог до комунальних послуг та довгострокового зростання.

Чи може BESS працювати з ДБЖ та дизельними генераторами?

Так. У проектах критичного навантаження ці системи зазвичай виконують взаємодоповнюючі ролі та повинні бути скоординовані через загальну архітектуру керування живленням.

Чи варто для проекту обирати більшу потужність PCS чи більшу ємність акумулятора?

Потужність PCS повинна відповідати миттєвим потребам у потужності. Ємність акумулятора повинна відповідати тривалості цих потреб. Більше кВт не означає автоматично, що потрібно більше кВт⋅год, і навпаки.

Що краще: 1 МВт⋅год чи 2 МВт⋅год для комерційного об'єкта з обмеженою мережею?

Жоден з розмірів не є кращим за своєю суттю. Системи потужністю 1 МВт·год може бути достатньо для помірного перерви в постачанні електроенергії тривалістю близько двох годин, тоді як система потужністю 2 МВт·год може знадобитися для більших навантажень, триваліших періодів підтримки або додаткового резервного живлення.

Остаточний висновок

Для центрів обробки даних та комерційних об'єктів з обмеженою мережею, визначення розміру BESS повинно починатися з чотирьох чисел:

Пікове навантаження на об'єкт | Доступна потужність мережі | Необхідна потужність підтримки | Необхідна тривалість підтримки

Ці цифри визначають, чи ближчий проект до рішення на 500 кВт·год, 1 МВт·год чи 2 МВт·год. Інженерний проект повинен враховувати критичні навантаження, координацію ДБЖ та генератора, резервне копіювання, майбутнє розширення та стратегію управління системою енергопостачання.

Правильно підібрана BESS робить більше, ніж просто накопичує електроенергію. Вона забезпечує об'єкт керованим джерелом потужності, експлуатаційною гнучкістю та стійкістю, коли сама мережа не може задовольнити всі потреби.

Плануєте проект BESS потужністю 500 кВт·год–2 МВт·год?

Для попередньої оцінки проекту підготуйте:

Країна | ​​Навантаження об'єкта | Пікове навантаження | Доступна потужність мережі | Необхідна тривалість підтримки | Критичне навантаження | Потужність фотоелектричних систем | Вимога резервного копіювання | Застосування

GSL ENERGY може використовувати ці вхідні дані для оцінки необхідної потужності PCS, ємності акумулятора, тривалості роботи та архітектури системи для комерційних, промислових та критично важливих проектів накопичення енергії.