Σε αυτήν τη σελίδα
Όταν μια επιχείρηση αρχίζει να εξετάζει την αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες, ένα από τα πρώτα ερωτήματα είναι συνήθως: Πόσο μεγάλο πρέπει να είναι το σύστημα;
Δεν υπάρχει μία μοναδική απάντηση που να βασίζεται μόνο στο μέγεθος του κτιρίου ή στον μηνιαίο λογαριασμό ηλεκτρικού ρεύματος. Ένα εργοστάσιο με σταθερή κατανάλωση ενέργειας μπορεί να χρειάζεται ένα πολύ διαφορετικό σύστημα μπαταριών από ένα άλλο εργοστάσιο που έχει την ίδια μηνιαία κατανάλωση αλλά αντιμετωπίζει σύντομες, δαπανηρές αιχμές ζήτησης.
Για τα περισσότερα εμπορικά έργα, η διαστασιολόγηση της μπαταρίας συνοψίζεται σε δύο ερωτήματα:
- Πόση ισχύ χρειάζεται να παρέχει το σύστημα σε μία χρονική στιγμή;
- Για πόσο χρόνο χρειάζεται να συνεχίσει να παρέχει αυτή την ισχύ;
Η πρώτη ερώτηση καθορίζει την ισχύ του συστήματος σε kW. Η δεύτερη καθορίζει τη χωρητικότητα της μπαταρίας σε kWh.
Ένας απλός αρχικός τύπος
Απαιτούμενη χωρητικότητα μπαταρίας = Φορτίο × Χρόνος λειτουργίας ÷ Ωφέλιμο DoD ÷ Απόδοση συστήματος
Αυτός ο τύπος παρέχει ένα χρήσιμο σημείο εκκίνησης, αλλά το τελικό μέγεθος του συστήματος θα πρέπει επίσης να αντικατοπτρίζει το πραγματικό προφίλ φορτίου, τη μέγιστη ζήτηση, τα κρίσιμα φορτία και την αναμενόμενη γήρανση της μπαταρίας.
Ξεκινήστε με τον σκοπό της μπαταρίας
Πριν κάνετε οποιονδήποτε υπολογισμό, αποφασίστε τι αναμένεται κυρίως να κάνει η μπαταρία.
Ένα σύστημα σχεδιασμένο για μείωση αιχμών δεν διαστασιολογείται με τον ίδιο τρόπο όπως ένα σύστημα σχεδιασμένο για εφεδρική τροφοδοσία έκτακτης ανάγκης. Μια μπαταρία που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ηλιακής ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί επίσης να χρειάζεται διαφορετική διαμόρφωση.
Περικοπή αιχμής
Η μείωση αιχμών σημαίνει χρήση της μπαταρίας όταν η ζήτηση ισχύος της εγκατάστασης υπερβαίνει ένα επιλεγμένο όριο.
Για παράδειγμα, ένα εργοστάσιο μπορεί κανονικά να λειτουργεί περίπου στα 500kW αλλά περιστασιακά να ανεβαίνει στα 750kW.. Αν στόχος είναι να διατηρείται η ζήτηση από το δίκτυο κάτω από 600kW, η μπαταρία μπορεί να χρειάζεται να παρέχει έως και 150kW κατά την περίοδο αιχμής.
Σε αυτήν την περίπτωση, τα βασικά ερωτήματα είναι:
- Πόσα kW πρέπει να μειωθούν;
- Πόσο διαρκεί συνήθως η αιχμή;
- Πόσο συχνά συμβαίνει;
Εφεδρική ισχύς
Για εφεδρική τροφοδοσία, ο υπολογισμός ξεκινά από τον εξοπλισμό που πρέπει να συνεχίσει να λειτουργεί κατά τη διάρκεια διακοπής του δικτύου.
Αυτό δεν σημαίνει πάντα ότι υποστηρίζεται ολόκληρη η εγκατάσταση. Σε πολλά έργα, η μπαταρία χρειάζεται να τροφοδοτεί μόνο επιλεγμένα κρίσιμα φορτία, όπως:
- Συστήματα ελέγχου παραγωγής
- Φωτισμός και επικοινωνίες
- Εξοπλισμός ψύξης
- Αντλίες νερού
- Συστήματα ασφαλείας
- Επιλεγμένα μηχανήματα παραγωγής
Ο διαχωρισμός των κρίσιμων φορτίων από τα μη απαραίτητα φορτία συχνά κάνει το έργο πολύ πιο πρακτικό και οικονομικά προσιτό.
Αποθήκευση Ηλιακής Ενέργειας
Σε ένα έργο φωτοβολταϊκών με αποθήκευση, η μπαταρία μπορεί να φορτίζει όταν η ηλιακή παραγωγή είναι υψηλότερη από το φορτίο της εγκατάστασης και να εκφορτίζει αργότερα μέσα στην ημέρα.
Αυτός ο τύπος έργου απαιτεί ωριαία δεδομένα ηλιακής παραγωγής και κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Τα μηνιαία σύνολα από μόνα τους δεν αρκούν, επειδή δεν δείχνουν πότε παράγεται ή χρησιμοποιείται η ενέργεια.
Για έργα που επικεντρώνονται κυρίως στην αντιστοίχιση της χωρητικότητας της μπαταρίας με τη φωτοβολταϊκή παραγωγή, δείτε τον οδηγό διαστασιολόγησης αποθήκευσης ηλιακών μπαταριών.
kW και kWh δεν είναι το ίδιο πράγμα
Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά σημεία στη διαστασιολόγηση εμπορικών μπαταριών.
Το kW σας δείχνει πόση ισχύ μπορεί να παρέχει το σύστημα
Η ονομαστική ισχύς ενός BESS μετριέται σε kW. Δείχνει πόση ισχύ μπορεί το σύστημα να φορτίσει ή να εκφορτίσει ταυτόχρονα.
Στα περισσότερα εμπορικά συστήματα, αυτή η ισχύς καθορίζεται κυρίως από το PCS, ή σύστημα μετατροπής ισχύος.
Ένα 100kW PCS μπορεί συνήθως να παρέχει περίπου 100kW συνεχούς ισχύος υπό ονομαστικές συνθήκες. Ακόμη και αν συνδεθεί με μπαταρία 500kWh, εξακολουθεί να μην μπορεί να υποστηρίξει συνεχώς φορτίο 150kW, εκτός εάν το σύστημα έχει αρκετή χωρητικότητα PCS.
Το kWh δείχνει πόσο καιρό μπορεί να λειτουργήσει η μπαταρία
Η χωρητικότητα της μπαταρίας μετράται σε kWh.
Ένας απλός τρόπος για να κατανοήσετε τη σχέση είναι:
- Μια μπαταρία 100kWh που υποστηρίζει φορτίο 50kW έχει θεωρητικό χρόνο λειτουργίας δύο ωρών.
- Μια μπαταρία 200kWh που υποστηρίζει φορτίο 50kW έχει θεωρητικό χρόνο λειτουργίας τεσσάρων ωρών.
- Μια μπαταρία 500kWh που υποστηρίζει φορτίο 250kW έχει θεωρητικό χρόνο λειτουργίας δύο ωρών.
Αυτές είναι θεωρητικές τιμές. Ο πραγματικός χρόνος λειτουργίας θα είναι χαμηλότερος, επειδή μέρος της χωρητικότητας της μπαταρίας συνήθως δεσμεύεται, και ενέργεια χάνεται επίσης κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση.
Το kW δείχνει πόσο φορτίο μπορεί να υποστηρίξει το BESS.
Το kWh δείχνει για πόσο χρόνο μπορεί να υποστηρίξει αυτό το φορτίο.
Χρησιμοποιείτε πραγματικά δεδομένα φορτίου όποτε είναι δυνατόν
Οι μηνιαίοι λογαριασμοί ηλεκτρικού ρεύματος είναι χρήσιμοι, αλλά σπάνια παρέχουν αρκετή λεπτομέρεια για ακριβή διαστασιολόγηση BESS.
Η πιο χρήσιμη πληροφορία είναι συνήθως ένα προφίλ φορτίου 15-minute ή 30-minute. Αυτό δείχνει πώς η ζήτηση ισχύος μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Κατά την εξέταση των δεδομένων φορτίου, προσέξτε:
- Μέγιστη ζήτηση
- Μέσο φορτίο λειτουργίας
- Ημερήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας
- Χρόνος αιχμής ζήτησης
- Διάρκεια της περιόδου αιχμής
- Διαφορές μεταξύ εργάσιμων ημερών και Σαββατοκύριακων
- Εποχιακές μεταβολές
- Κρίσιμο φορτίο κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος
Εξετάστε δύο εργοστάσια που το καθένα καταναλώνει 300,000kWh ανά μήνα.
Το ένα εργοστάσιο μπορεί να λειτουργεί με σταθερό φορτίο καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας. Το άλλο μπορεί να έχει μια απότομη αιχμή δύο ωρών που προκαλείται από πολλές γραμμές παραγωγής που ξεκινούν ταυτόχρονα. Αν και η μηνιαία κατανάλωσή τους είναι παρόμοια, οι απαιτήσεις τους σε μπαταρία θα είναι πολύ διαφορετικές.
Πώς να υπολογίσετε την απαιτούμενη ισχύ PCS
Το PCS πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να μπορεί να χειριστεί τη μέγιστη ισχύ που αναμένεται από τη μπαταρία.
Για εφεδρική τροφοδοσία
Αθροίστε τα κρίσιμα φορτία που μπορεί να λειτουργούν ταυτόχρονα.
Ας υποθέσουμε ότι το κρίσιμο φορτίο είναι 80kW.. Η προσθήκη περιθωρίου 20% δίνει:
80kW × 1.2 = 96kW
Μια επιλογή 100kW PCS μπορεί να είναι λογική.
Το πρόσθετο περιθώριο μπορεί να βοηθήσει να καλυφθούν προσωρινές αλλαγές φορτίου, μελλοντικές προσθήκες εξοπλισμού και το ρεύμα εκκίνησης κινητήρων ή συμπιεστών.
Για περικοπή αιχμής
Η ισχύς PCS θα πρέπει γενικά να αντιστοιχεί στη μεγαλύτερη ποσότητα ισχύος που πρέπει να αφαιρεθεί από την αιχμή του δικτύου.
Για παράδειγμα:
- Μέγιστη ζήτηση εγκατάστασης: 800kW
- Στοχευόμενη ζήτηση δικτύου: 600kW
- Απαιτούμενη μείωση: 200kW
Το BESS θα πρέπει να μπορεί να παρέχει περίπου 200kW κατά την περίοδο αιχμής.
Στην πράξη, η τελική ονομαστική τιμή PCS μπορεί να είναι ελαφρώς υψηλότερη για να αφήσει περιθώριο λειτουργίας.
Πώς να υπολογίσετε τη χωρητικότητα της μπαταρίας
Αφού προσδιοριστεί η απαιτούμενη ισχύς, το επόμενο βήμα είναι να υπολογιστεί πόση ενέργεια πρέπει να αποθηκεύει η μπαταρία.
Χωρητικότητα μπαταρίας = Φορτίο × Χρόνος λειτουργίας ÷ DoD ÷ Απόδοση συστήματος
Σε αυτόν τον τύπο:
- Φορτίο είναι η απαιτούμενη έξοδος της μπαταρίας σε kW.
- Χρόνος λειτουργίας είναι η απαιτούμενη διάρκεια σε ώρες.
- DoD είναι το αξιοποιήσιμο βάθος εκφόρτισης.
- Απόδοση συστήματος συνυπολογίζει την ενέργεια που χάνεται στην μπαταρία και PCS.
Παράδειγμα εφεδρικής ισχύος
Ένα εργοστάσιο θέλει να υποστηρίξει ένα κρίσιμο φορτίο 100kW για δύο ώρες.
- Κρίσιμο φορτίο: 100kW
- Χρόνος εφεδρείας: 2 ώρες
- Αξιοποιήσιμο DoD: 90%
- Απόδοση συστήματος: 92%
Ο υπολογισμός είναι:
100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh
Ένα τυπικό σύστημα περίπου 250kWh ή 261kWh μπορεί να είναι κατάλληλο, ανάλογα με τη διαθέσιμη διαμόρφωση και το απαιτούμενο απόθεμα.
Εάν το ίδιο φορτίο χρειάζεται τέσσερις ώρες εφεδρείας:
100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να εξεταστεί ένα σύστημα περίπου 500kWh.
Παράδειγμα υπολογισμού peak shaving
Για το peak shaving, η χωρητικότητα της μπαταρίας εξαρτάται τόσο από τον στόχο μείωσης όσο και από τη διάρκεια της αιχμής.
Ας υποθέσουμε ότι ένα εργοστάσιο θέλει να μειώσει τη ζήτηση από το δίκτυο κατά 200kW για δύο ώρες.
Η θεωρητική απαίτηση ενέργειας είναι:
200kW × 2 ώρες = 400kWh
Αφού ληφθούν υπόψη 90% DoD και 92% απόδοση συστήματος:
400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
Μια πιθανή διαμόρφωση θα ήταν:
- Περίπου 200kW PCS ισχύος
- Περίπου 500kWh χωρητικότητα μπαταρίας
Ωστόσο, η πραγματική καμπύλη φορτίου μπορεί να δείξει ότι η μπαταρία δεν χρειάζεται να παρέχει το πλήρες 200kW για ολόκληρες τις δύο ώρες. Σε αυτή την περίπτωση, η τελική χωρητικότητα της μπαταρίας μπορεί να είναι χαμηλότερη.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα δεδομένα φορτίου ανά χρονικό διάστημα είναι πολύ πιο χρήσιμα από τον απλό πολλαπλασιασμό της μέγιστης ζήτησης επί τον αριθμό των ωρών.
Για να κατανοήσετε τον οικονομικό σκοπό πίσω από αυτήν την εφαρμογή, διαβάστε περισσότερα για το πώς η αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες μπορεί να μειώσει τις χρεώσεις ζήτησης.
Μη χρησιμοποιείτε την πλήρη ονομαστική χωρητικότητα
Μια μπαταρία με ονομαστική τιμή 500kWh συνήθως δεν παρέχει το πλήρες 500kWh στο φορτίο.
Πρέπει να ληφθούν υπόψη τρεις παράγοντες.
Βάθος εκφόρτισης
Το βάθος εκφόρτισης δείχνει πόση από την ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας είναι διαθέσιμη για κανονική χρήση.
Σε 90% DoD, μια μπαταρία 500kWh παρέχει περίπου 450kWh πριν συμπεριληφθούν άλλες απώλειες.
Απώλειες συστήματος
Μέρος της ενέργειας χάνεται μέσω PCS, της μπαταρίας, του μετασχηματιστή, των καλωδίων και του βοηθητικού εξοπλισμού.
Τα συστήματα ψύξης, ο εξοπλισμός ελέγχου και τα συστήματα πυροπροστασίας ενδέχεται επίσης να καταναλώνουν μικρή ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας.
Γήρανση μπαταρίας
Η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου.
Εάν ένα έργο πρέπει να παρέχει ακόμη συγκεκριμένο χρόνο εφεδρικής λειτουργίας μετά από αρκετά χρόνια, το αρχικό μέγεθος της μπαταρίας μπορεί να χρειάζεται να είναι μεγαλύτερο από την απαίτηση του πρώτου έτους.
Για παράδειγμα, εάν το έργο χρειάζεται 500kWh στο τέλος της προγραμματισμένης περιόδου λειτουργίας και η αναμενόμενη υπολειπόμενη χωρητικότητα είναι 80%:
500kWh ÷ 0.80 = 625kWh
Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε έργο πρέπει να υπερδιαστασιολογείται κατά το ίδιο ποσό. Το απόθεμα θα πρέπει να βασίζεται στην εγγύηση της μπαταρίας, στον αναμενόμενο αριθμό κύκλων και στις συνθήκες λειτουργίας.
Συνήθη λάθη στη διαστασιολόγηση εμπορικών BESS
Εξέταση μόνο της μηνιαίας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας
Η μηνιαία κατανάλωση δεν δείχνει πότε συμβαίνουν οι αιχμές ζήτησης ή πόσο διαρκούν.
Επιλογή χωρητικότητας μπαταρίας χωρίς έλεγχο της ισχύος PCS
Μια μεγάλη μπαταρία δεν μπορεί να τροφοδοτήσει μεγάλο φορτίο εάν το PCS είναι πολύ μικρό.
Θεώρηση της ονομαστικής χωρητικότητας ως ωφέλιμης χωρητικότητας
Το DoD, οι απώλειες απόδοσης και οι ρυθμίσεις εφεδρείας μειώνουν όλα την ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη στο φορτίο.
Προσπάθεια εφεδρικής κάλυψης κάθε φορτίου
Η υποστήριξη ολόκληρης της εγκατάστασης μπορεί να κάνει το σύστημα πολύ μεγαλύτερο από ό,τι είναι απαραίτητο. Συχνά είναι καλύτερο να προσδιορίσετε τον εξοπλισμό που χρειάζεται πραγματικά αδιάλειπτη τροφοδοσία.
Αγνόηση της ισχύος εκκίνησης κινητήρων
Οι αντλίες, οι συμπιεστές και οι βιομηχανικοί κινητήρες μπορούν να καταναλώνουν πολύ περισσότερη ισχύ κατά την εκκίνηση από ό,τι κατά την κανονική λειτουργία.
Επιλογή του μεγαλύτερου δυνατού συστήματος
Μια μεγαλύτερη μπαταρία δεν αποτελεί αυτόματα καλύτερη επένδυση. Αν η μπαταρία χρησιμοποιείται σπάνια πλήρως, η επιπλέον χωρητικότητα μπορεί απλώς να αυξήσει το κόστος του έργου.
Ποιες πληροφορίες πρέπει να προετοιμαστούν πριν από τη διαστασιολόγηση ενός BESS;
Ένας προμηθευτής μπορεί συνήθως να προετοιμάσει μια πιο ακριβή σύσταση όταν υπάρχουν οι ακόλουθες πληροφορίες:
- Τοποθεσία έργου
- Τάση και συχνότητα δικτύου
- Πρόσφατοι λογαριασμοί ηλεκτρικού ρεύματος
- Δεδομένα φορτίου 15-minute ή 30-minute
- Μέγιστη ζήτηση
- Κρίσιμο φορτίο
- Απαιτούμενος χρόνος εφεδρείας
- Υφιστάμενη ή σχεδιαζόμενη ηλιακή ισχύς
- Ισχύς μετασχηματιστή
- Διαθέσιμος χώρος εγκατάστασης
- Κύριος σκοπός του συστήματος μπαταρίας
Ακόμη και αν δεν είναι διαθέσιμα όλα τα δεδομένα, οι πιο σημαντικές πληροφορίες είναι το μέγιστο φορτίο, το κρίσιμο φορτίο, ο αναμενόμενος χρόνος λειτουργίας και ο στόχος του έργου.
Συχνές ερωτήσεις
Τι μέγεθος μπαταρίας απαιτείται για φορτίο 100kW;
Για δύο ώρες εφεδρείας, ένα φορτίο 100kW μπορεί να απαιτεί περίπου 240kWh ή περισσότερο, αφού ληφθούν υπόψη το DoD και η απόδοση του συστήματος. Για τέσσερις ώρες, η απαίτηση μπορεί να είναι περίπου 480kWh ή περισσότερο.
Χρειάζεται μια μπαταρία 100kWh για ένα 100kW PCS;
Όχι απαραίτητα. Ένα 100kW PCS με μπαταρία 100kWh είναι περίπου σύστημα μίας ώρας. Το ίδιο PCS μπορεί επίσης να συνδυαστεί με 200kWh, 400kWh ή περισσότερο, ανάλογα με τον απαιτούμενο χρόνο λειτουργίας και τον ρυθμό εκφόρτισης της μπαταρίας.
Πόση χωρητικότητα μπαταρίας χρειάζεται ένα εργοστάσιο;
Εξαρτάται από το τι αναμένεται να κάνει η μπαταρία. Ένα μικρό έργο περικοπής αιχμών μπορεί να χρειάζεται μόνο μερικές εκατοντάδες kWh, ενώ η βιομηχανική εφεδρεία μεγάλης διάρκειας μπορεί να απαιτεί αρκετά MWh.
Μπορεί το ίδιο BESS να παρέχει τόσο εφεδρεία όσο και περικοπή αιχμών;
Ναι, αλλά η στρατηγική λειτουργίας πρέπει να διατηρεί αρκετή χωρητικότητα μπαταρίας για εφεδρεία. Εάν η μπαταρία αποφορτιστεί σημαντικά για περικοπή αιχμών, μπορεί να μην έχει αρκετή διαθέσιμη ενέργεια όταν συμβεί διακοπή ρεύματος.
Είναι καλύτερο να εγκαταστήσετε επιπλέον χωρητικότητα μπαταρίας;
Ένα λογικό απόθεμα μπορεί να είναι χρήσιμο για τη γήρανση της μπαταρίας και τη μελλοντική αύξηση του φορτίου. Ωστόσο, η προσθήκη χωρητικότητας χωρίς σαφή λειτουργική ανάγκη μπορεί να κάνει το σύστημα πιο ακριβό και να μειώσει την οικονομική απόδοση.
Επιλογή πρακτικού μεγέθους συστήματος
Ένας χρήσιμος σχεδιασμός BESS δεν ξεκινά από ένα μοντέλο προϊόντος. Ξεκινά από την πραγματική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας της εγκατάστασης.
Πρώτα προσδιορίστε την εργασία που πρέπει να εκτελέσει η μπαταρία. Στη συνέχεια υπολογίστε την απαιτούμενη ισχύ, τον χρόνο λειτουργίας και την ωφέλιμη χωρητικότητα της μπαταρίας. Μετά από αυτό, τεχνικοί παράγοντες όπως το DoD, η απόδοση, η ισχύς εκκίνησης κινητήρα και η γήρανση της μπαταρίας μπορούν να προστεθούν στον υπολογισμό.
Για ένα απλό έργο εφεδρείας, ο υπολογισμός μπορεί να είναι απλός. Για περικοπή αιχμών ή διαχείριση ηλιακής ενέργειας, η καμπύλη φορτίου είναι συνήθως το πιο σημαντικό στοιχείο πληροφορίας.
Ο στόχος δεν είναι να επιλέξετε τη μεγαλύτερη μπαταρία. Είναι να επιλέξετε ένα σύστημα που μπορεί να κάνει την απαιτούμενη εργασία χωρίς να αφήνει ανεκμετάλλευτη μεγάλη ποσότητα δαπανηρής χωρητικότητας.
Μπορείτε επίσης να εξερευνήσετε τα εμπορικά και βιομηχανικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας για να συγκρίνετε διαφορετικές διαμορφώσεις BESS με ερμάρια και container.
