Как да оразмерите комерсиална система за съхранение на енергия с батерии

Когато една компания започне да разглежда акумулаторно съхранение на енергия, един от първите въпроси обикновено е: Колко голяма трябва да бъде системата?

Няма еднозначен отговор, основан само на размера на сградата или месечната сметка за електроенергия. Фабрика с постоянно потребление на електроенергия може да се нуждае от много различна батерийна система в сравнение с друга фабрика, която има същото месечно потребление, но преживява кратки, скъпи пикове на потреблението.

За повечето търговски проекти оразмеряването на батерията се свежда до два въпроса:

• Каква мощност трябва да осигури системата наведнъж?
• Колко дълго трябва да продължи да доставя тази мощност?

Първият въпрос определя мощността на системата в kW. Вторият определя капацитета на батерията в kWh.

Проста начална формула

Необходим капацитет на батерията = Натоварване × Време на работа ÷ Използваем DoD ÷ Ефективност на системата

Тази формула дава полезна отправна точка, но крайният размер на системата трябва да отразява също действителния профил на натоварване, пиковото търсене, критичните товари и очакваното стареене на батерията.

Започнете с предназначението на батерията

Преди да правите каквито и да е изчисления, решете какво основно се очаква да прави батерията.

Система, проектирана за намаляване на пиковете, не се оразмерява по същия начин като система, проектирана за аварийно резервно захранване. Батерия, използвана за съхранение на дневна слънчева енергия, също може да се нуждае от различна конфигурация.

Изравняване на пиковете

Намаляването на пиковете означава използване на батерията, когато потреблението на мощност на обекта се повиши над избраната граница.

Например фабрика може обикновено да работи при около 500kW, но понякога да се повишава до 750kW.. Ако целта е да се поддържа търсенето от мрежата под 600kW, батерията може да трябва да осигури до 150kW през пиковия период.

В този случай основните въпроси са:

• Колко kW трябва да се намалят?
• Колко време обикновено продължава пикът?
• Колко често се случва?

Резервно захранване

При резервното захранване изчислението започва с оборудването, което трябва да продължи да работи при прекъсване на мрежата.

Това не винаги означава поддържане на цялото съоръжение. В много проекти батерията трябва да захранва само избрани критични товари, като:

• Системи за управление на производството
• Осветление и комуникации
• Хладилно оборудване
• Водни помпи
• Системи за сигурност
• Избрани производствени машини

Отделянето на критичните товари от некритичните често прави проекта много по-практичен и достъпен.

Съхранение на соларна енергия

В проект с фотоволтаици и акумулиране батерията може да се зарежда, когато слънчевото производство е по-високо от натоварването на обекта, и да се разрежда по-късно през деня.

Този тип проект изисква почасова информация за слънчевото производство и потреблението на електроенергия. Само месечните обобщени данни не са достатъчни, тъй като не показват кога енергията се произвежда или използва.

За проекти, насочени главно към съответствие между капацитета на батерията и фотоволтаичното производство, вижте нашата ръководство за оразмеряване на соларна батерийна система.

kW и kWh не са едно и също нещо

Това е една от най-важните точки при оразмеряването на батерия за търговски цели.

kW показва колко мощност може да доставя системата

Номиналната мощност на BESS се измерва в kW. Тя показва колко мощност системата може да зарежда или разрежда наведнъж.

В повечето търговски системи тази мощност се определя главно от PCS, или системата за преобразуване на мощност.

100kW PCS обикновено може да доставя около 100kW непрекъсната мощност при номинални условия. Дори ако е свързана към батерия 500kWh, тя все още не може непрекъснато да захранва товар 150kW, освен ако системата няма достатъчен капацитет PCS.

kWh показва колко дълго може да работи батерията

Капацитетът на батерията се измерва в kWh.

Един лесен начин да разберете връзката е:

• Батерия 100kWh, захранваща товар 50kW, има теоретично време за работа два часа.
• Батерия 200kWh, захранваща товар 50kW, има теоретично време за работа четири часа.
• Батерия 500kWh, захранваща товар 250kW, има теоретично време за работа два часа.

Това са теоретични стойности. Действителната продължителност на работа ще бъде по-ниска, тъй като част от капацитета на батерията обикновено е резервирана, а енергия се губи и по време на зареждане и разреждане.

kW показва какъв товар може да понесе BESS.

kWh показва колко дълго може да понася този товар.

Използвайте реални данни за товара, когато е възможно

Месечните сметки за електроенергия са полезни, но рядко предоставят достатъчно подробности за точно оразмеряване на BESS.

Най-полезната информация обикновено представлява профил на натоварването от тип 15-minute или 30-minute. Той показва как се променя търсенето на мощност през деня.

Когато преглеждате данните за натоварването, обърнете внимание на:

• Максимална мощност
• Средно работно натоварване
• Дневно потребление на електроенергия
• Време на пиковото търсене
• Продължителност на пиковия период
• Разлики между работните дни и почивните дни
• Сезонни изменения
• Критично натоварване по време на прекъсване на електрозахранването

Помислете за два завода, всеки от които използва 300,000kWh на месец.

Един завод може да работи със стабилно натоварване през целия ден. Другият може да има рязък двучасов пик, причинен от стартирането на няколко производствени линии по едно и също време. Въпреки че месечното им потребление е сходно, изискванията им към батерията ще бъдат много различни.

Как да изчислите необходимата мощност на PCS

Размерът на PCS трябва да е достатъчен, за да поеме максималната мощност, очаквана от батерията.

За резервно захранване

Съберете критичните натоварвания, които могат да работят едновременно.

Да предположим, че критичното натоварване е 80kW.. Добавянето на марж от 20% дава:

80kW × 1.2 = 96kW

100kW PCS може да бъде разумен избор.

Допълнителният марж може да помогне за покриване на временни промени в натоварването, бъдещи добавяния на оборудване и стартовия ток на двигатели или компресори.

За намаляване на пиковете

Мощността на PCS обикновено трябва да съответства на най-голямата мощност, която трябва да бъде отнета от пиковото натоварване на мрежата.

Например:

• Максимално търсене на обекта: 800kW
• Целево търсене от мрежата: 600kW
• Необходимо намаление: 200kW

BESS трябва да може да осигури около 200kW през пиковия период.

На практика крайната стойност на PCS може да бъде малко по-висока, за да осигури известен оперативен запас.

Как да изчислим капацитета на батерията

След като необходимата мощност е известна, следващата стъпка е да се изчисли колко енергия трябва да съхрани батерията.

Капацитет на батерията = Товар × Време на работа ÷ DoD ÷ Ефективност на системата

В тази формула:

• Товар е необходимата изходна мощност на батерията в kW.
• Време на работа е необходимата продължителност в часове.
• DoD е използваемата дълбочина на разреждане.
• Ефективност на системата отчита енергията, загубена в батерията и PCS.

Пример за резервно захранване

Фабрика иска да осигури резервно захранване за критичен товар от 100kW за два часа.

• Критичен товар: 100kW
• Време за резервно захранване: 2 часа
• Използваемо DoD: 90%
• Ефективност на системата: 92%

Изчислението е:

100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh

Стандартна система около 250kWh или 261kWh може да бъде подходяща, в зависимост от наличната конфигурация и необходимия резерв.

Ако същият товар се нуждае от четири часа резервно захранване:

100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

В този случай може да се обмисли система около 500kWh.

Пример за изчисление на изравняването на пикове

При изравняване на пикове капацитетът на батерията зависи както от целевото намаление, така и от продължителността на пика.

Да приемем, че дадена фабрика иска да намали потреблението от мрежата с 200kW за два часа.

Теоретичното необходимо количество енергия е:

200kW × 2 часа = 400kWh

След отчитане на 90% DoD и 92% системна ефективност:

400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

Възможна конфигурация би била:

• Около 200kW PCS мощност
• Около 500kWh капацитет на батерията

Въпреки това действителната крива на натоварване може да покаже, че батерията не е необходимо да осигурява пълната стойност 200kW за целите два часа. В такъв случай крайният капацитет на батерията може да е по-нисък.

Ето защо данните за натоварването по интервали са много по-полезни от простото умножаване на най-високото потребление по броя часове.

За да разберете финансовата цел на това приложение, прочетете повече за това как съхранението в батерии може да намали таксите за максимална мощност.

Не използвайте пълния номинален капацитет

Батерия с номинален капацитет 500kWh обикновено не предоставя пълното количество 500kWh на товара.

Трябва да се вземат предвид три фактора.

Дълбочина на разреждане

Дълбочината на разреждане показва каква част от номиналния капацитет на батерията е достъпна за нормална употреба.

При 90% DoD батерия 500kWh осигурява около 450kWh преди отчитането на други загуби.

Системни загуби

Част от енергията се губи през PCS, батерията, трансформатора, кабелите и спомагателното оборудване.

Охладителните системи, оборудването за управление и системите за пожарна защита също могат да консумират малко количество енергия.

Стареене на батерията

Капацитетът на батерията постепенно намалява с течение на времето.

Ако даден проект трябва да осигурява определено време за резервно захранване дори след няколко години, първоначалният размер на батерията може да трябва да бъде по-голям от изискването за първата година.

Например, ако проектът се нуждае от 500kWh в края на планирания период на експлоатация и очакваният остатъчен капацитет е 80%:

500kWh ÷ 0.80 = 625kWh

Това не означава, че всеки проект трябва да бъде оразмерен с еднакъв запас. Резервът трябва да се основава на гаранцията на батерията, очаквания брой цикли и условията на експлоатация.

Чести грешки при оразмеряването на търговски BESS

Разглеждане само на месечното потребление на електроенергия

Месечното потребление не показва кога възникват пиковете на търсенето или колко дълго продължават.

Избор на капацитет на батерията без проверка на мощността на PCS

Голяма батерия не може да поеме голям товар, ако PCS е твърде малък.

Приемане на номиналния капацитет за използваем капацитет

DoD, загубите от ефективност и настройките за резерв намаляват количеството енергия, достъпно за товара.

Опит за резервно захранване на всеки товар

Поддържането на цялото съоръжение може да направи системата много по-голяма от необходимото. Често е по-добре да се идентифицира оборудването, което наистина се нуждае от непрекъснато захранване.

Пренебрегване на пусковата мощност на двигателите

Помпите, компресорите и промишлените двигатели могат да консумират много повече мощност при пускане, отколкото при нормална работа.

Избор на възможно най-голямата система

По-голямата батерия не е автоматично по-добра инвестиция. Ако батерията се използва рядко на пълния си капацитет, допълнителният капацитет може просто да увеличи разходите по проекта.

Каква информация трябва да бъде подготвена преди оразмеряването на BESS?

Доставчикът обикновено може да подготви по-точна препоръка, когато е налична следната информация:

• Местоположение на проекта
• Напрежение и честота на електрическата мрежа
• Скорошни сметки за електроенергия
• Данни за натоварването от 15-minute или 30-minute
• Максимална мощност
• Критично натоварване
• Необходимо време за резервно захранване
• Съществуващ или планиран соларен капацитет
• Капацитет на трансформатора
• Налично пространство за инсталиране
• Основна цел на батерийната система

Дори когато не всички данни са налични, най-важната информация е максималното натоварване, критичното натоварване, очакваното време за работа и целта на проекта.

Често задавани въпроси

Какъв размер батерия е необходим за натоварване от 100kW?

За два часа резервно захранване натоварване от 100kW може да изисква около 240kWh или повече след отчитане на DoD и системната ефективност. За четири часа изискването може да бъде около 480kWh или повече.

Нуждае ли се 100kW PCS от батерия 100kWh?

Не непременно. 100kW PCS с батерия 100kWh е приблизително система за един час. Същата PCS може също да бъде комбинирана с 200kWh, 400kWh или повече, в зависимост от необходимото време за работа и скоростта на разреждане на батерията.

Колко батерийно съхранение е необходимо на една фабрика?

Зависи какво се очаква да прави батерията. Малък проект за изравняване на пиковете може да изисква само няколкостотин kWh, докато дълготрайното промишлено резервно захранване може да изисква няколко MWh.

Може ли същата BESS да осигурява както резервно захранване, така и изравняване на пиковете?

Да, но стратегията за работа трябва да запази достатъчен капацитет на батерията за резервно захранване. Ако батерията е силно разредена за изравняване на пиковете, може да няма достатъчно налична енергия, когато възникне прекъсване.

По-добре ли е да се инсталира допълнителен капацитет на батерията?

Разумен резерв може да бъде полезен за стареенето на батерията и бъдещото нарастване на натоварването. Въпреки това, добавянето на капацитет без ясна оперативна необходимост може да оскъпи системата и да намали финансовата възвръщаемост.

Избор на практичен размер на системата

Полезният дизайн на BESS не започва с модел на продукта. Той започва с действителното потребление на електроенергия на обекта.

Първо определете задачата, която батерията трябва да изпълнява. След това изчислете необходимата мощност, времето за работа и използваемия капацитет на батерията. След това към изчислението могат да бъдат добавени технически фактори като DoD, ефективност, мощност за стартиране на двигател и стареене на батерията.

За прост проект за резервно захранване изчислението може да е лесно. За изравняване на пиковете или управление на соларната енергия кривата на натоварването обикновено е най-важната информация.

Целта не е да се избере най-голямата батерия. Целта е да се избере система, която може да изпълни необходимата задача, без да оставя голямо количество скъп капацитет неизползван.

Можете също да разгледате нашите търговски и промишлени системи за съхранение на енергия за да сравните различни конфигурации на BESS в шкафове и контейнери.