このページの内容
企業が蓄電池の導入を検討し始めたとき、最初に浮かぶ疑問のひとつは通常、次のとおりです。 システムの規模はどの程度にすべきですか？
建物の規模や月々の電気料金だけでは、一概に答えは出せません。電力消費が安定している工場では、月間使用量が同じでも短時間で高額なデマンドピークが発生する別の工場とは、必要となる蓄電池システムが大きく異なる場合があります。
ほとんどの商業プロジェクトでは、バッテリー容量の選定は次の2つの問いに集約されます。
- システムが一度に供給する必要がある電力はどのくらいですか？
- その電力をどのくらいの時間供給し続ける必要がありますか？
最初の問いは、kWで表されるシステム出力を決定します。二つ目は、kWhで表されるバッテリー容量を決定します。
シンプルな初期算定式
必要バッテリー容量 = 負荷 × 稼働時間 ÷ 使用可能DoD ÷ システム効率
この式は有用な初期目安となりますが、最終的なシステムサイズは、実際の負荷プロファイル、ピーク需要、重要負荷、バッテリーの経年劣化見込みも反映して決定すべきです。
バッテリーの用途から検討を始める
計算を行う前に、バッテリーに主に求められる役割を明確にします。
ピークカット向けに設計されたシステムと、非常用バックアップ向けに設計されたシステムでは、サイズ決定の方法が異なります。日中の太陽光発電電力を蓄える用途のバッテリーも、異なる構成が必要になる場合があります。
ピークシェービング
ピークカットとは、施設の電力需要が設定した上限を超えた場合にバッテリーを使用することを意味します。
たとえば、工場が通常は約500kWで稼働し、時折750kW.まで上昇するとします。系統需要を600kW未満に抑えることが目標の場合、ピーク期間中にバッテリーが最大150kWを供給する必要があるかもしれません。
この場合、主な検討項目は次のとおりです。
- 何kWの削減が必要ですか？
- ピークは通常どのくらいの時間継続するか
- どのくらいの頻度で発生するか
バックアップ電源
バックアップ電源の場合、計算は、系統停電中も稼働を継続する必要がある設備から始めます。
これは必ずしも施設全体を支えることを意味しません。多くのプロジェクトでは、バッテリーは次のような選定された重要負荷のみに給電すればよい場合があります。
- 生産管理システム
- 照明および通信
- 冷凍・冷蔵設備
- 給水ポンプ
- セキュリティシステム
- 選定された生産設備
重要負荷と非必須負荷を分離することで、プロジェクトがより現実的で導入しやすくなる場合が多くあります。
太陽光発電の蓄電
太陽光発電と蓄電システムの併設プロジェクトでは、太陽光発電量が施設負荷を上回る場合にバッテリーへ充電し、その後の時間帯に放電する場合があります。
この種のプロジェクトでは、時間単位の太陽光発電量と電力消費量のデータが必要です。月次の合計値だけでは不十分です。エネルギーがいつ発電され、いつ使用されるかがわからないためです。
主にバッテリー容量と太陽光発電量のマッチングを目的とするプロジェクトについては、当社の 太陽光発電用蓄電池の容量設計ガイド.
kWとkWhは同じものではありません
これは、商用バッテリーの容量設計において最も重要なポイントの1つです。
kWはシステムが供給できる電力を示します
BESS の定格電力はkWで表されます。これは、システムが一度に充電または放電できる電力を示します。
ほとんどの商用システムでは、この電力は主にPCS（電力変換システム）によって決まります。
通常、100kW PCSは定格条件下で約100kWの連続電力を供給できます。たとえ500kWhバッテリーに接続されていても、システムに十分なPCS容量がない限り、150kW負荷を連続的に支えることはできません。
kWhはバッテリーの稼働時間を示します
バッテリー容量はkWhで表されます。
この関係を理解する簡単な方法は次のとおりです：
- 100kWh のバッテリーで 50kW の負荷を支える場合、理論上の稼働時間は2時間です。
- 200kWh のバッテリーで 50kW の負荷を支える場合、理論上の稼働時間は4時間です。
- 250kW の負荷に給電する 500kWh のバッテリーの理論上の稼働時間は 2 時間です。
これらは理論値です。通常、バッテリー容量の一部は予備として確保され、充放電時にもエネルギー損失が生じるため、実際の稼働時間はこれより短くなります。
kWは、BESSが対応できる負荷の大きさを示します。
kWhは、その負荷を支えられる時間を示します。
可能な限り実際の負荷データを使用してください
月々の電気料金請求書は有用ですが、正確な BESS のサイジングに十分な詳細が得られることはほとんどありません。
最も有用な情報は通常、15-minute または 30-minute の負荷プロファイルです。これは、電力需要が一日を通じてどのように変化するかを示します。
負荷データを確認する際は、次の点に注意してください。
- 最大需要電力
- 平均運転負荷
- 1日あたりの電力消費量
- ピーク需要の発生時刻
- ピーク期間の長さ
- 平日と週末の違い
- 季節変動
- 停電時の重要負荷
2つの工場がそれぞれ毎月300,000kWhを使用する場合を考えます。
一方の工場は1日を通して安定した負荷で稼働している可能性があります。もう一方の工場では、複数の生産ラインが同時に起動することで、2時間の急峻なピークが発生する可能性があります。月間消費量が同程度であっても、必要なバッテリーは大きく異なります。
必要な PCS 電力の算出方法
PCS は、バッテリーから想定される最大電力を処理できる十分な容量が必要です。
バックアップ電源の場合
同時に稼働する可能性のある重要負荷を合計します。
重要負荷が 80kW. であると仮定します。ここに 20% の余裕を加えると、次のようになります。
80kW × 1.2 = 96kW
100kW PCS が妥当な選択肢となる場合があります。
余分な余裕は、一時的な負荷変動、将来の設備追加、モーターやコンプレッサーの始動電流に対応するのに役立ちます。
ピークカットの場合
PCS の電力は、通常、系統ピークから削減する必要がある最大電力に合わせます。
例：
- 施設の最大需要電力：800kW
- 系統需要の目標値：600kW
- 必要な削減量：200kW
ピーク時間帯に BESS が約 200kW を供給できる必要があります。
実際には、運用余裕を確保するため、最終的な PCS の定格は若干高くなる場合があります。
バッテリー容量の計算方法
必要な電力が決まったら、次に、バッテリーが蓄える必要のあるエネルギー量を計算します。
バッテリー容量 = 負荷 × 稼働時間 ÷ DoD ÷ システム効率
この計算式では：
- 負荷 は、kW 単位の必要なバッテリー出力です。
- 運転時間 必要な継続時間（時間単位）です。
- DoD は、使用可能な放電深度です。
- システム効率 バッテリーおよび PCS でのエネルギー損失を考慮します。
バックアップ電源の例
工場が 100kW の重要負荷を2時間支えることを想定しています。
- 重要負荷: 100kW
- バックアップ時間: 2 時間
- 使用可能DoD: 90%
- システム効率: 92%
計算式は次のとおりです。
100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh
利用可能な構成と必要な予備容量に応じて、250kWh または 261kWh 前後の標準システムが適している場合があります。
同じ負荷で4時間のバックアップが必要な場合:
100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
この場合、500kWh程度のシステムを検討できます。
ピークシェービングの計算例
ピークシェービングでは、蓄電池容量は削減目標とピークの継続時間の両方に依存します。
工場が2時間にわたって系統需要を200kW削減することを想定します。
理論上の必要エネルギー量は次のとおりです。
200kW × 2時間 = 400kWh
90%のDoDと92%のシステム効率を考慮すると、次のようになります。
400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
考えられる構成は次のとおりです。
- 出力は約 200kW PCS
- 蓄電池容量は約 500kWh
ただし、実際の負荷曲線では、蓄電池が2時間全体にわたって200kWの全量を供給する必要がないことがあります。その場合、最終的な蓄電池容量は小さくなる可能性があります。
そのため、最高需要に時間数を単純に掛けるよりも、インターバル負荷データのほうがはるかに有用です。
この用途の財務的な目的を理解するには、次の方法について詳しくご覧ください。 蓄電池がデマンド料金を削減できる仕組み.
銘板容量をそのまま使用しない
定格が 500kWh のバッテリーは、通常、負荷に 500kWh の全量を供給できません。
考慮すべき要因は3つあります。
放電深度
放電深度は、バッテリーの公称容量のうち通常使用で利用可能な量を示します。
90% の DoD では、500kWh のバッテリーは、他の損失を含める前で約 450kWh を供給します。
システム損失
PCS、バッテリー、変圧器、ケーブル、補機類を通じて一部のエネルギーが失われます。
冷却システム、制御機器、消火設備も少量の電力を消費する可能性があります。
バッテリーの経年劣化
バッテリー容量は時間の経過とともに徐々に低下します。
数年経過後も一定のバックアップ時間を確保する必要があるプロジェクトでは、初期のバッテリーサイズを初年度の要件より大きくする必要が生じる場合があります。
たとえば、計画運用期間の終了時にプロジェクトが 500kWh を必要とし、予想残存容量が 80% の場合：
500kWh ÷ 0.80 = 625kWh
これは、すべてのプロジェクトで同じ量の過大設計が必要という意味ではありません。予備容量は、バッテリー保証、想定サイクル数、運用条件に基づいて設定すべきです。
商用 BESS の容量設計におけるよくある間違い
月間電力使用量だけを見る
月間消費量では、需要ピークがいつ発生するか、またそれがどれだけ続くかを把握できません。
PCS 出力を確認せずにバッテリー容量を選定する
PCS が小さすぎる場合、大きなバッテリーでも大きな負荷に対応できません。
公称容量を有効容量とみなす
DoD、効率損失、予備設定はいずれも、負荷に利用可能なエネルギー量を減らします。
すべての負荷をバックアップしようとする
施設全体をバックアップすると、システムが必要以上に大きくなる可能性があります。真に無停電電源を必要とする設備を特定する方がよい場合が多くあります。
モーター始動電力を無視する
ポンプ、コンプレッサー、産業用モーターは、通常運転時よりも起動時にはるかに大きな電力を消費する可能性があります。
可能な限り最大のシステムを選ぶ
容量の大きいバッテリーが常に優れた投資とは限りません。バッテリーが十分に活用されることが少ない場合、追加容量はプロジェクトコストを増やすだけになり得ます。
BESS のサイジング前に準備すべき情報は何ですか？
サプライヤーは通常、以下の情報が揃っていれば、より正確な提案を作成できます。
- プロジェクト所在地
- 系統電圧および周波数
- 直近の電気料金請求書
- 15-minute または 30-minute の負荷データ
- 最大需要電力
- 重要負荷
- 必要なバックアップ時間
- 既存または計画中の太陽光発電容量
- 変圧器容量
- 設置可能スペース
- バッテリーシステムの主な目的
すべてのデータが揃っていなくても、最も重要な情報は最大負荷、重要負荷、想定運転時間、プロジェクト目的です。
よくあるご質問
100kW の負荷には、どの程度の容量のバッテリーが必要ですか？
2時間のバックアップでは、100kW の負荷に対して、DoDとシステム効率を考慮すると約 240kWh 以上が必要になる場合があります。4時間では、約 480kWh 以上が必要になる場合があります。
100kW の PCS には 100kWh のバッテリーが必要ですか？
必ずしもそうとは限りません。100kWh のバッテリーを搭載した 100kW の PCS は、概ね1時間のシステムです。同じ PCS に 200kWh、400kWh 以上を組み合わせることもでき、必要な運転時間とバッテリーの放電レートによって異なります。
工場にはどの程度のバッテリー蓄電容量が必要ですか？
バッテリーに求められる役割によって異なります。小規模なピークカットプロジェクトでは数百 kWh のみで足りる場合がありますが、長時間の産業用バックアップでは数 MWh が必要になる場合があります。
同じ BESS でバックアップとピークカットの両方に対応できますか？
はい。ただし、運用戦略においてバックアップ用のバッテリー容量を十分に確保する必要があります。ピークカットのためにバッテリーを大幅に放電すると、停電発生時に十分なエネルギーが残っていない可能性があります。
バッテリー容量を余分に設置した方がよいですか？
適切な予備容量は、バッテリーの経年劣化や将来の負荷増加に備えるうえで有効です。ただし、明確な運用上の必要性がないまま容量を追加すると、システムが高コストになり、投資リターンが低下する可能性があります。
実用的なシステム容量の選定
実用的なBESS設計は、製品モデルから始まるものではありません。施設の実際の電力使用量から始まります。
まず、バッテリーが果たすべき役割を特定します。次に、必要な電力、運転時間、使用可能なバッテリー容量を計算します。その後、DoD、効率、モーター始動電力、バッテリーの経年劣化などの技術的要因を計算に加えることができます。
単純なバックアッププロジェクトでは、計算は比較的簡単です。ピークシェービングや太陽光エネルギー管理では、負荷曲線が通常最も重要な情報です。
目的は、最大容量のバッテリーを選ぶことではありません。求められる役割を果たしつつ、高価な容量を大量に未使用のまま残さないシステムを選ぶことです。
また、当社の 商用・産業用蓄電システム で、さまざまなキャビネット型およびコンテナ型のBESS構成を比較できます。
