Як визначити розмір комерційної та промислової системи накопичення енергії: пояснення потужності, ємності та часу роботи

У нашій попередній статті «Що таке комерційне & Промислове накопичення енергії (C&I ESS)? – Повний посібник із запитань та відповідей», компанія GSL ENERGY представила основи накопичення енергії C&I. Після розуміння основних концепцій виникає наступне практичне питання: як слід визначати розмір комерційної та промислової системи накопичення енергії? У цій статті GSL ENERGY, професійний виробник систем накопичення енергії C&I, детальніше розглядає ключові фактори та методи розрахунку, що використовуються при визначенні розміру системи.

Визначення розміру системи накопичення енергії C&I є складнішим, ніж просто вибір номінальної потужності та ємності акумулятора. Це вимагає оцінки профілю навантаження об'єкта, експлуатаційних цілей, умов підключення до мережі, виробництва відновлюваної енергії на місці та необхідної тривалості резервного живлення.

Правильний вибір розміру системи є критично важливим. Якщо система недостатньо потужна, вона може не ефективно зменшувати піки попиту або підтримувати критичні навантаження протягом необхідного періоду. Якщо вона занадто потужна, проект вимагатиме більших початкових інвестицій, тоді як частина ємності акумулятора може залишатися недовикористаною протягом тривалого часу.

Цей посібник допомагає підрядникам з енергопостачання та енергопостачання та розробникам проектів оцінити необхідну потужність системи зберігання енергії (PCS), ємність акумулятора та тривалість роботи системи, перш ніж запитувати детальну пропозицію щодо накопичення енергії.

Почніть з мети проекту.

Один і той самий об'єкт може вимагати дуже різних конфігурацій батарей залежно від того, чого власник очікує від системи. Перш ніж вибирати обладнання, визначте основний варіант використання та ранжуйте будь-які другорядні цілі.

Загальні цілі накопичення енергії C&I включають:

• зменшення пікового попиту та тарифів на попит;
• перехід споживання електроенергії з періодів високих цін на періоди низьких цін;
• збільшення споживання сонячної енергії на місці;
• підтримка критично важливих операцій під час перебоїв у електромережі;
• обмеження потужності, що споживається з обмеженого підключення до мережі;
• підтримка заряджання електромобілів або інших потужних навантажень;
• участь у реагуванні на попит або інших мережевих послугах;
• стабілізація мікромережі з періодичною генерацією відновлюваної енергії.

Акумулятор, розроблений переважно для короткочасних піків навантаження, може потребувати відносно високого показника PCS (коефіцієнта захисту від перевантаження), але обмеженої енергетичної ємності. Система, призначена для забезпечення резервного живлення протягом кількох годин, зазвичай потребуватиме набагато більшої ємності акумулятора, навіть якщо його номінальна потужність подібна.

Зрозумійте різницю між кВт та кВт⋅год

Потужність та енергія описують дві різні частини системи накопичення енергії в акумуляторі.

Кіловати (кВт) показують, скільки енергії система може заряджати або розряджати в певний момент. Цей показник зазвичай визначається піковим навантаженням об'єкта, цільовим обмеженням мережі та максимальними очікуваними коливаннями потужності.

Кіловат-години (кВт·год) показують, скільки енергії може зберігати та віддавати акумулятор протягом певного часу. Це визначає, як довго система може підтримувати необхідну потужність.

Наприклад, система потужністю 125 кВт/261 кВт⋅год може видавати до 125 кВт за номінальних робочих умов. Поділивши 261 кВт⋅год на 125 кВт, отримаємо номінальну тривалість приблизно 2,1 години. Фактичний час роботи залежатиме від корисної глибини розряду, ефективності перетворення, робочої температури, налаштувань резерву та системних елементів керування.

Тому обидва значення повинні бути розраховані незалежно.

Інформація, необхідна перед визначенням розміру C&I BESS

Якість проектування системи залежить від якості даних на об'єкті. В ідеалі, проектна команда повинна збирати записи електроенергії щонайменше за 12 місяців та інтервальні дані з роздільною здатністю 15 або 30 хвилин.

• Початковий набір даних повинен містити:
• щомісячне споживання електроенергії;
• максимальне навантаження та метод, який використовується комунальним підприємством для його розрахунку;
• криві навантаження у будні та вихідні дні;
• сезонні коливання навантаження;
• тарифи на електроенергію та періоди використання;
• існуючі або плановані потужності сонячних фотоелектричних установок;
• дані про виробництво та експорт сонячної енергії, де такі є;
• пропускна здатність підключення до мережі;
• списки критичних та некритичних навантажень;
• очікувана тривалість резервного копіювання;
• доступна зона встановлення та умови навколишнього середовища;
• заплановані виробничі лінії, зарядні пристрої чи інші майбутні навантаження.

Щомісячні рахунки за електроенергію самі по собі рідко показують, як довго триває пік попиту. Інтервальні дані особливо важливі для визначення того, чи потрібна об'єкту короткочасна, двогодинна чи чотиригодинна система живлення від акумуляторів.

Крок 1: Розрахунок необхідної потужності PCS

Система перетворення енергії повинна бути здатною реагувати на необхідну потужність заряду та розряду на об'єкті. Відповідний метод залежить від застосування.

Потужність PCS для ідеального гоління

Для проекту зі зменшення піків, попередня вимога до потужності розряду може бути розрахована так:

Необхідна потужність розряду (кВт) = Пікове навантаження на об'єкті − Цільове навантаження мережі

Якщо завод досягає потужності 320 кВт і хоче утримувати попит на мережу нижче 200 кВт:

320 кВт − 200 кВт = 120 кВт

Таким чином, система зберігання енергії повинна бути здатною забезпечувати щонайменше 120 кВт під час пікового навантаження. Система накопичення електроенергії потужністю 125 кВт забезпечить близьке технічне узгодження за умови детального аналізу коливань навантаження, часу реакції та робочого резерву.

Живлення PCS для резервної роботи

Для резервного живлення додайте одночасні вимоги до живлення всіх критичних навантажень. Двигуни, насоси, компресори та обладнання HVAC можуть споживати високі пускові струми, тому їх пускові характеристики необхідно переглянути, а не покладатися лише на номінальну робочу потужність.

Якщо загальне критичне навантаження становить 90 кВт, система захисту систем кондиціонування повітря (PCS) повинна безперервно підтримувати щонайменше це навантаження. Додатковий запас потужності може знадобитися для пускового живлення, зміни навантаження та майбутнього розширення.

PCS power для управління сонячною енергією

У проектах власного споживання сонячної енергії система захисту сонячних батарей (PCS) повинна поглинати очікуваний надлишок фотоелектричної енергії, не перевищуючи ліміт заряду. Проектна команда повинна порівняти експортовану потужність вдень, час заряджання акумулятора та вечірнє споживання об'єкта.

Встановлення більшої ємності акумулятора без достатньої потужності заряджання може перешкодити акумулятору захопити доступний сонячний надлишок протягом необхідного періоду часу.

Крок 2: Розрахунок необхідної ємності акумулятора

Як тільки вимоги до потужності будуть відомі, розрахуйте, як довго акумулятор повинен підтримувати цю потужність.

Базовий розрахунок енергії такий:

Необхідна відведена енергія (кВт·год) = Необхідна потужність (кВт) × Тривалість роботи (години)

Якщо система повинна видавати 120 кВт протягом двох годин:

120 кВт × 2 години = 240 кВт⋅год

Однак, 240 кВт⋅год – це необхідна потужність, що постачається, а не обов'язково номінальна ємність акумулятора. Реалістичний дизайн повинен враховувати корисну глибину розряду та ефективність системи.

Необхідна номінальна ємність = Необхідна відведена енергія ÷ (Корисна глибина розряду × ККД системи)

Використовуючи попередні припущення планування щодо корисної глибини розряду 90% та ефективності системи 92%:

240 кВт⋅год ÷ (0,90 × 0,92) = приблизно 290 кВт⋅год

Ці відсотки є прикладами для ранньої оцінки. Остаточні розрахунки повинні використовувати сертифіковані дані, гарантійні умови та експлуатаційні межі вибраного акумулятора та PCS.

Крок 3: Виберіть відповідний термін зберігання

Тривалість зберігання – це співвідношення між ємністю акумулятора та потужністю розряду. Правильний термін визначається тривалістю бізнес-завдання, яке має вирішити акумулятор.

Чотиригодинна система не є автоматично кращою за двогодинну. Батарея повинна бути узгоджена з фактичною кривою навантаження та графіком диспетчеризації. Якщо пік на об'єкті триває лише 45 хвилин, чотиригодинна батарея може залишити значну частину своєї потужності невикористаною, якщо вона також не виконує енергетичний арбітраж, резервне копіювання або перехід на відновлювані джерела енергії.

Крок 4: Врахування корисної потужності та операційного резерву

Номінальна ємність, зазначена у специфікації акумулятора, не завжди збігається з енергією, доступною для навантаження. Розробник системи повинен розрізняти:

• номінальна ємність акумулятора;
• корисна ємність акумулятора;
• енергія, доступна після втрат PCS та допоміжних пристроїв;
• резерв на випадок надзвичайних ситуацій, що підтримується службою екстреної медичної допомоги;
• потужність, доступна на кінець проектного періоду.

Для об'єктів, що потребують резервного живлення, система енергопостачання може підтримувати мінімальний рівень заряду, а не використовувати всю батарею для щоденної оптимізації тарифів. Наприклад, резервування 20% заряду батареї на випадок перебоїв зменшує енергію, доступну для зменшення пікових навантажень під час нормальної роботи.

Тому стратегію керування необхідно враховувати під час визначення розміру, а не додавати її після вибору обладнання.

Крок 5: Розгляньте деградацію та майбутнє розширення

Ємність акумулятора поступово знижується через календарне старіння та циклічні зміни. Система, розрахована лише на перший рік роботи, може не відповідати вимогам щодо повного часу роботи надалі в проекті.

• Під час перевірки дизайну слід враховувати:
• необхідна потужність наприкінці гарантійного терміну;
• очікувані цикли на день;
• середня та максимальна глибина скидання;
• робоча температура;
• потужність заряджання та розряджання;
• гарантія виробника на збережену потужність;
• чи є майбутнє збільшення технічно та комерційно доцільним.

Планування розширення також важливе для зростаючих заводів, комерційних кампусів та зарядних станцій для електромобілів. Модульна система може спростити подальше додавання потужності, але сумісність між старими та новими кластерами акумуляторів, обмеженнями PCS, ємністю розподільчих пристроїв та плануванням майданчика необхідно оцінити заздалегідь.

Розроблений приклад: визначення розміру заводської системи зняття піків

Розглянемо фабрику з такими попередніми даними:

• зафіксоване пікове навантаження: 320 кВт;
• цільове споживання електроенергії з мережі: 200 кВт;
• типова тривалість піку: дві години;
• резервний резерв не враховувався в першому розрахунку;
• попередня корисна глибина розряду: 90%;
• попередній ККД системи: 92%.

1. Розрахуйте потужність розряду

320 кВт − 200 кВт = 120 кВт

Система PCS повинна забезпечувати щонайменше 120 кВт, тому система потужністю 125 кВт є логічною відправною точкою.

2. Розрахуйте поставлену енергію

120 кВт × 2 години = 240 кВт⋅год

3. Відрегулюйте глибину використання та ефективність

240 кВт⋅год ÷ (0,90 × 0,92) = приблизно 290 кВт⋅год номінальна потужність

У цьому спрощеному сценарії система потужністю 261 кВт⋅год може контролювати повний пік 120 кВт протягом менш ніж двох годин, або ж вона може досягти цільового показника, якщо фактичне навантаження падає протягом пікового періоду. Система потужністю 418 кВт⋅год забезпечує більший запас енергії, а також може підтримувати резервний режим, триваліший контроль пікового навантаження або майбутнє зростання навантаження.

Остаточний вибір слід перевірити, моделюючи повний інтервальний профіль навантаження, а не використовуючи лише одне значення максимального попиту.

125 кВт/261 кВт·год чи 125 кВт/418 кВт·год: яка конфігурація підходить?

GSL ENERGY пропонує конфігурації систем кондиціонування та введення в експлуатацію з рідинним охолодженням, які можна оцінити з урахуванням різної тривалості навантаження та експлуатаційних цілей.

Розробники проєктів можуть переглянути Система накопичення енергії з рідинним охолодженням потужністю 125 кВт/261 кВт·год і 125 кВт/418 кВт·год рідинно-охолоджений BESS як еталонні конфігурації. Вибір продукту все ще повинен базуватися на конкретних електричних та експлуатаційних даних проекту.

Розмір для власного споживання сонячної енергії

Для проекту сонячної енергії з накопиченням енергії почніть з фотоелектричної енергії, яка в іншому випадку була б експортована або скорочена.

Попередня оцінка добової потужності становить:

Необхідна корисна ємність акумулятора = Добовий надлишок сонячної енергії, призначеної для зберігання

Припустимо, що комерційний об'єкт експортує приблизно 300 кВт⋅год між пізнім ранком та раннім днем, тоді як вечірні операції можуть споживати таку ж кількість. Акумулятор з корисною ємністю близько 300 кВт⋅год можна розглянути до врахування втрат при перетворенні, налаштувань резерву та сезонних коливань.

Зарядна потужність PCS також має бути достатньою. Якщо надлишок 300 кВт⋅год доступний лише протягом двох годин, системі може знадобитися поглинути в середньому 150 кВт. PCS потужністю 125 кВт поглине лише частину цього надлишку, якщо тільки вікно зарядки не буде довшим, профіль експорту не буде менш концентрованим або не використовується кілька систем.

Це ілюструє, чому ємність акумулятора та потужність PCS повинні оцінюватися разом.

Розмір резервного живлення

Розрахунок розмірів резервного живлення починається з графіка критичного навантаження, а не із загального підключеного навантаження об'єкта.

Основний розрахунок такий:

Необхідна відведена енергія = Критичне навантаження × Необхідний час резервного живлення

Якщо об'єкту потрібно підтримувати критичні навантаження потужністю 80 кВт протягом трьох годин:

80 кВт × 3 години = 240 кВт⋅год відпущеної енергії

Номінальну ємність акумулятора необхідно скоригувати з урахуванням корисної глибини розряду, ефективності перетворення, запасу резерву та старіння. Система також повинна мати можливість працювати в острівному режимі, створювати або дотримуватися стабільної мікромережі та координувати свою роботу з генераторами, сонячними інверторами та передавальним обладнанням, де це можливо.

Акумулятор з правильним розміром у кВт⋅год все ще може не працювати як резервне джерело, якщо система захисту двигуна (PCS), архітектура передачі даних або можливості запуску двигуна є недостатніми.

Поширені помилки при виборі розміру накопичувачів енергії C&I

Використання щомісячного споживання замість інтервальних даних

Два об'єкти з однаковим щомісячним споживанням електроенергії можуть мати дуже різні моделі пікового навантаження. Щомісячні рахунки не надають достатньо деталей для надійного проектування з урахуванням пікового навантаження.

Розгляд номінальної потужності як повністю корисної енергії

Ігнорування глибини розряду, втрат при перетворенні та налаштувань резерву може призвести до недостатньої потужності системи.

Вибір кВт⋅год перед розрахунком кВт

Велика батарейна шафа не може контролювати різке зростання попиту, якщо її система захисту електромережі (PCS) не може забезпечити необхідну потужність.

Ігнорування вікна заряджання

Система повинна мати достатньо часу та доступну енергію від мережі або сонячної енергії для перезарядки до наступного розряду.

Розмір лише на перший рік

Зростання навантаження та деградація акумулятора повинні бути враховані в довгостроковому проекті.

Поєднання кожної мети без встановлення пріоритетів

Одну й ту саму накопичену енергію не завжди можна одночасно використовувати для зменшення пікового навантаження, цінового арбітражу та аварійного резервування. Стратегія EMS та зарезервована потужність повинні відображати пріоритети власника.

Що надати під час запиту пропозиції C&I BESS

Щоб отримати технічно обґрунтовану цінову пропозицію, надайте постачальнику системи:

1. місце розташування проекту та середовище встановлення;
2. напруга, частота та пропускна здатність мережі;
3. дані про інтервальне навантаження за щонайменше кілька тижнів, бажано 12 місяців;
4. структура тарифів на електроенергію та плати за попит;
5. існуючі або плановані сонячні фотоелектричні та генераторні потужності;
6. необхідні резервні завантаження та час виконання;
7. доступна площа для встановлення;
8. необхідні сертифікати або місцеві стандарти мережі;
9. бажані операційні цілі та їх пріоритет;
10. очікуване майбутнє зростання навантаження та графік проекту.

Маючи цю інформацію, постачальник може оцінити рейтинг PCS, ємність акумуляторів, кількість шаф, стратегію керування, електричну архітектуру та план розширення.

Часті запитання

Як розрахувати розмір комерційної системи акумуляторного зберігання енергії?

Спочатку розрахуйте максимальну потужність заряду або розряду в кВт. Потім помножте необхідну вихідну потужність на тривалість роботи, щоб оцінити відведену енергію в кВт·год. Нарешті, врахуйте корисну глибину розряду, ефективність, робочий резерв, деградацію ємності, n та майбутнє розширення.

Чи є акумулятор потужністю 100 кВт/200 кВт⋅год достатньою для роботи дві години?

Його номінальне співвідношення енергії до потужності становить дві години. Фактична тривалість при 100 кВт зазвичай буде меншою після врахування корисної потужності, втрат системи, налаштувань резерву та умов експлуатації.

Скільки акумуляторної батареї потрібно заводу?

Не існує стандартної потужності для кожного заводу. Необхідна потужність зберігання залежить від профілю навантаження, цільового показника пікового попиту, тарифу на електроенергію, сонячної генерації, критичних навантажень та необхідного часу роботи.

Чи повинна ємність акумулятора відповідати загальному щоденному споживанню електроенергії?

Зазвичай ні. Більшість систем розподілу та виведення енергії (C&I) розраховані на певну частину навантаження, таку як пікові періоди, надлишок сонячної генерації або критичні резервні ланцюги. Зіставлення акумулятора із загальним добовим споживанням може призвести до суттєвого перевищення розміру.

Чи можна розширити систему накопичення енергії C&I пізніше?

Багато систем підтримують модульне розширення, але початковий проект повинен враховувати ємність PCS, сумісність з батареями, архітектуру постійного струму, розподільні пристрої, комунікації, доступний простір та вимоги до введення в експлуатацію.

Який термін BESS кращий для застосувань C&I: двогодинний чи чотиригодинний?

Кращим варіантом є той, який відповідає експлуатаційним цілям об'єкта. Двогодинні системи часто підходять для коротших піків попиту та управління тарифами, тоді як системи тривалішого часу можуть бути більш доцільними для тривалого переходу на сонячну енергію, роботи від слабкої мережі або резервного живлення.

Побудуйте систему навколо операційних даних.

Успішний комерційна та промислова система накопичення енергії починається з даних об'єкта, а не зі стандартного розміру шафи. Потужність PCS повинна відповідати миттєвим вимогам до навантаження, тоді як ємність акумулятора повинна забезпечувати необхідний час роботи після врахування корисної енергії, ефективності, робочого резерву та довгострокової деградації.

GSL ENERGY пропонує модульні високовольтні акумулятори, універсальні шафи з рідинним охолодженням та контейнерні рішення BESS для комерційних, промислових та багатомегават-годинних проектів. Проектні команди можуть надати свій профіль навантаження, конфігурацію сонячної енергії, тарифну структуру та вимоги до резервного копіювання для оцінки потужності та системної пропозиції для кожного проекту.