Jak dobrać wielkość komercyjnego systemu magazynowania energii w bateriach

Gdy firma zaczyna rozważać magazynowanie energii w bateriach, jednym z pierwszych pytań jest zwykle: Jak duży powinien być system?

Nie ma jednej odpowiedzi opartej wyłącznie na wielkości budynku lub miesięcznym rachunku za energię elektryczną. Fabryka o stabilnym zużyciu energii może potrzebować zupełnie innego systemu bateryjnego niż inna fabryka o takim samym miesięcznym zużyciu, ale doświadczająca krótkich, kosztownych szczytów zapotrzebowania.

W przypadku większości projektów komercyjnych dobór rozmiaru baterii sprowadza się do dwóch pytań:

• Jaką moc system musi dostarczyć jednorazowo?
• Jak długo musi dostarczać tę moc?

Pierwsze pytanie określa moc systemu w kW. Drugie określa pojemność baterii w kWh.

Prosty wzór na początek

Wymagana pojemność baterii = Obciążenie × Czas pracy ÷ Użyteczne DoD ÷ Sprawność systemu

Ten wzór daje użyteczny punkt wyjścia, ale ostateczny rozmiar systemu powinien również odzwierciedlać rzeczywisty profil obciążenia, szczytowe zapotrzebowanie, obciążenia krytyczne i oczekiwane starzenie się baterii.

Zacznij od przeznaczenia baterii

Przed wykonaniem jakichkolwiek obliczeń zdecyduj, do czego bateria ma służyć przede wszystkim.

System przeznaczony do redukcji szczytów nie jest dobierany w taki sam sposób jak system przeznaczony do zasilania awaryjnego. Bateria używana do magazynowania energii słonecznej w ciągu dnia może również wymagać innej konfiguracji.

Redukcja szczytów

Redukcja szczytów oznacza wykorzystanie baterii, gdy zapotrzebowanie obiektu na moc wzrośnie powyżej wybranego limitu.

Na przykład fabryka może normalnie działać przy około 500kW, ale czasami wzrastać do 750kW. Jeśli celem jest utrzymanie zapotrzebowania sieci poniżej 600kW, bateria może musieć dostarczać do 150kW w okresie szczytu.

W tym przypadku główne pytania są następujące:

• Ile kW należy zmniejszyć?
• Jak długo zwykle trwa szczyt?
• Jak często to występuje?

Zasilanie rezerwowe

W przypadku zasilania awaryjnego obliczenia rozpoczyna się od urządzeń, które muszą nadal działać podczas awarii sieci.

Nie zawsze oznacza to zasilanie całego obiektu. W wielu projektach bateria musi zasilać tylko wybrane odbiory krytyczne, takie jak:

• Systemy sterowania produkcją
• Oświetlenie i komunikacja
• Urządzenia chłodnicze
• Pompy wodne
• Systemy bezpieczeństwa
• Wybrane maszyny produkcyjne

Oddzielenie obciążeń krytycznych od obciążeń nieistotnych często sprawia, że projekt staje się znacznie bardziej praktyczny i przystępny cenowo.

Magazynowanie energii słonecznej

W projekcie fotowoltaicznym z magazynowaniem energii akumulator może ładować się, gdy produkcja energii słonecznej jest wyższa niż zapotrzebowanie obiektu, i rozładowywać się później w ciągu dnia.

Ten typ projektu wymaga godzinowych danych dotyczących generacji energii słonecznej i zużycia energii elektrycznej. Same miesięczne sumy nie wystarczą, ponieważ nie pokazują, kiedy energia jest wytwarzana ani wykorzystywana.

W przypadku projektów skupionych głównie na dopasowaniu pojemności baterii do produkcji fotowoltaicznej zapoznaj się z naszym przewodnikiem po doborze magazynów energii słonecznej.

kW i kWh to nie to samo

To jeden z najważniejszych punktów w doborze komercyjnych magazynów energii.

kW informuje, jaką moc może dostarczyć system

Moc znamionowa BESS jest mierzona w kW. Pokazuje, jaką mocą system może ładować lub rozładowywać w danym momencie.

W większości systemów komercyjnych ta moc jest określana głównie przez PCS, czyli system konwersji mocy.

100kW PCS zwykle może dostarczyć około 100kW mocy ciągłej w warunkach znamionowych. Nawet po podłączeniu do baterii 500kWh nadal nie będzie w stanie w sposób ciągły zasilać obciążenia 150kW, chyba że system ma wystarczającą pojemność PCS.

kWh informuje, jak długo bateria może działać

Pojemność baterii jest mierzona w kWh.

Prosty sposób na zrozumienie tej zależności to:

• Bateria 100kWh zasilająca obciążenie 50kW ma teoretyczny czas pracy wynoszący dwie godziny.
• Akumulator 200kWh obsługujący obciążenie 50kW ma teoretyczny czas pracy wynoszący cztery godziny.
• Akumulator 500kWh obsługujący obciążenie 250kW ma teoretyczny czas pracy wynoszący dwie godziny.

Są to wartości teoretyczne. Rzeczywisty czas pracy będzie krótszy, ponieważ część pojemności akumulatora jest zwykle rezerwowana, a energia jest również tracona podczas ładowania i rozładowywania.

kW informuje, jak duże obciążenie może obsłużyć BESS.

kWh informuje, jak długo może obsługiwać to obciążenie.

W miarę możliwości korzystaj z rzeczywistych danych o obciążeniu

Comiesięczne rachunki za energię elektryczną są przydatne, ale rzadko zawierają wystarczająco dużo szczegółów, aby dokładnie dobrać wielkość BESS.

Najbardziej przydatną informacją jest zwykle profil obciążenia 15-minute lub 30-minute. Pokazuje on, jak zapotrzebowanie na moc zmienia się w ciągu dnia.

Podczas analizowania danych o obciążeniu zwróć uwagę na:

• Maksymalne zapotrzebowanie
• Średnie obciążenie robocze
• Dzienne zużycie energii elektrycznej
• Czas szczytowego zapotrzebowania
• Długość okresu szczytowego
• Różnice między dniami roboczymi a weekendami
• Zmiany sezonowe
• Obciążenie krytyczne podczas awarii zasilania

Rozważmy dwie fabryki, z których każda zużywa 300,000kWh miesięcznie.

Jedna fabryka może pracować przy stabilnym obciążeniu przez cały dzień. Druga może mieć ostry dwugodzinny szczyt spowodowany jednoczesnym uruchomieniem kilku linii produkcyjnych. Chociaż ich miesięczne zużycie jest podobne, ich wymagania dotyczące baterii będą bardzo różne.

Jak obliczyć wymaganą moc PCS

Wielkość PCS musi być wystarczająca, aby obsłużyć maksymalną moc oczekiwaną z baterii.

Do zasilania rezerwowego

Zsumuj obciążenia krytyczne, które mogą działać jednocześnie.

Załóżmy, że obciążenie krytyczne wynosi 80kW.. Dodanie marginesu w wysokości 20% daje:

80kW × 1.2 = 96kW

100kW PCS może być rozsądnym wyborem.

Dodatkowy margines może pomóc pokryć tymczasowe zmiany obciążenia, przyszłe dodanie urządzeń oraz prąd rozruchowy silników lub sprężarek.

Do redukcji szczytów

Moc PCS powinna zasadniczo odpowiadać największej mocy, którą należy zdjąć ze szczytu sieci.

Na przykład:

• Maksymalne zapotrzebowanie obiektu: 800kW
• Docelowe zapotrzebowanie na moc z sieci: 600kW
• Wymagana redukcja: 200kW

W okresie szczytu BESS powinno być w stanie zapewnić około 200kW.

W praktyce końcowa wartość znamionowa PCS może być nieco wyższa, aby pozostawić pewien margines operacyjny.

Jak obliczyć pojemność baterii

Gdy wymagana moc jest znana, kolejnym krokiem jest obliczenie, ile energii musi zmagazynować bateria.

Pojemność baterii = Obciążenie × Czas pracy ÷ DoD ÷ Sprawność systemu

W tym wzorze:

• Obciążenie to wymagana moc wyjściowa baterii w kW.
• Czas pracy to wymagany czas trwania w godzinach.
• DoD to użyteczna głębokość rozładowania.
• Sprawność systemu uwzględnia energię traconą w akumulatorze i PCS.

Przykład zasilania rezerwowego

Fabryka chce podtrzymać obciążenie krytyczne 100kW przez dwie godziny.

• Obciążenie krytyczne: 100kW
• Czas podtrzymania: 2 godzin
• Użyteczna DoD: 90%
• Sprawność systemu: 92%

Obliczenie przedstawia się następująco:

100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh

Standardowy system około 250kWh lub 261kWh może być odpowiedni, w zależności od dostępnej konfiguracji i wymaganej rezerwy.

Jeśli to samo obciążenie wymaga czterech godzin podtrzymania:

100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

W tym przypadku można rozważyć system około 500kWh.

Przykład obliczenia redukcji szczytów

W przypadku redukcji szczytów pojemność akumulatora zależy zarówno od docelowej redukcji, jak i długości szczytu.

Załóżmy, że fabryka chce zmniejszyć zapotrzebowanie na energię z sieci o 200kW przez dwie godziny.

Teoretyczne zapotrzebowanie na energię wynosi:

200kW × 2 godzin = 400kWh

Po uwzględnieniu 90% DoD i 92% sprawności systemu:

400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

Możliwa konfiguracja to:

• Około 200kW PCS mocy
• Około 500kWh pojemności baterii

Jednak rzeczywista krzywa obciążenia może pokazać, że bateria nie musi dostarczać pełnego 200kW przez całe dwie godziny. W takim przypadku końcowa pojemność baterii może być niższa.

Dlatego dane o obciążeniu w interwałach są znacznie bardziej użyteczne niż samo pomnożenie najwyższego zapotrzebowania przez liczbę godzin.

Aby zrozumieć cel finansowy tego zastosowania, przeczytaj więcej o tym, jak magazynowanie energii w bateriach może obniżyć opłaty za moc.

Nie należy wykorzystywać pełnej pojemności znamionowej

Bateria o parametrach znamionowych 500kWh zwykle nie dostarcza pełnego 500kWh do obciążenia.

Należy uwzględnić trzy czynniki.

Głębokość rozładowania

Głębokość rozładowania pokazuje, jaka część pojemności nominalnej baterii jest dostępna do normalnego użytku.

Przy 90% DoD bateria 500kWh zapewnia około 450kWh, zanim uwzględnione zostaną inne straty.

Straty systemowe

Część energii jest tracona przez PCS, baterię, transformator, kable i urządzenia pomocnicze.

Systemy chłodzenia, urządzenia sterujące i systemy ochrony przeciwpożarowej mogą również zużywać niewielką ilość energii.

Starzenie się baterii

Pojemność baterii z czasem stopniowo się zmniejsza.

Jeśli projekt musi nadal zapewniać określony czas podtrzymania po kilku latach, początkowa wielkość baterii może wymagać zwiększenia ponad wymagania z pierwszego roku.

Na przykład, jeśli projekt wymaga 500kWh na koniec planowanego okresu eksploatacji, a oczekiwana pozostała pojemność wynosi 80%:

500kWh ÷ 0.80 = 625kWh

Nie oznacza to, że każdy projekt musi być przewymiarowany o tę samą wartość. Rezerwa powinna być oparta na gwarancji baterii, oczekiwanej liczbie cykli i warunkach eksploatacji.

Typowe błędy w doborze BESS w zastosowaniach komercyjnych

Patrzenie wyłącznie na miesięczne zużycie energii elektrycznej

Miesięczne zużycie nie pokazuje, kiedy występują szczyty zapotrzebowania ani jak długo trwają.

Wybór pojemności baterii bez sprawdzania mocy PCS

Duża bateria nie może zasilić dużego obciążenia, jeśli PCS ma zbyt małą moc.

Traktowanie pojemności nominalnej jako pojemności użytkowej

DoD, straty sprawności i ustawienia rezerwy zmniejszają ilość energii dostępnej dla obciążenia.

Próba podtrzymania zasilania każdego obciążenia

Zasilanie całego obiektu może sprawić, że system będzie znacznie większy niż to konieczne. Często lepiej jest zidentyfikować urządzenia, które rzeczywiście wymagają nieprzerwanego zasilania.

Pomijanie mocy rozruchowej silników

Pompy, sprężarki i silniki przemysłowe mogą pobierać znacznie więcej mocy podczas rozruchu niż podczas normalnej pracy.

Wybór największego możliwego systemu

Większa bateria nie jest automatycznie lepszą inwestycją. Jeśli bateria jest rzadko w pełni wykorzystywana, dodatkowa pojemność może po prostu zwiększyć koszt projektu.

Jakie informacje należy przygotować przed doborem BESS?

Dostawca może zwykle przygotować dokładniejszą rekomendację, gdy dostępne są następujące informacje:

• Lokalizacja projektu
• Napięcie i częstotliwość sieci
• Najnowsze rachunki za energię elektryczną
• Dane obciążenia 15-minute lub 30-minute
• Maksymalne zapotrzebowanie
• Obciążenie krytyczne
• Wymagany czas zasilania awaryjnego
• Istniejąca lub planowana moc instalacji fotowoltaicznej
• Moc transformatora
• Dostępna przestrzeń instalacyjna
• Główne przeznaczenie systemu baterii

Nawet jeśli nie wszystkie dane są dostępne, najważniejsze informacje to maksymalne obciążenie, obciążenie krytyczne, oczekiwany czas pracy i cel projektu.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka pojemność baterii jest potrzebna dla obciążenia 100kW?

W przypadku dwóch godzin podtrzymania zasilania obciążenie 100kW może wymagać około 240kWh lub więcej po uwzględnieniu DoD i sprawności systemu. W przypadku czterech godzin wymagana wartość może wynosić około 480kWh lub więcej.

Czy 100kW PCS wymaga baterii 100kWh?

Niekoniecznie. 100kW PCS z baterią 100kWh to system o czasie działania około jednej godziny. Ten sam PCS można również połączyć z 200kWh, 400kWh lub większą liczbą, w zależności od wymaganego czasu pracy i szybkości rozładowania baterii.

Ile pojemności magazynu baterii potrzebuje fabryka?

To zależy od tego, jakie zadania ma pełnić bateria. Mały projekt redukcji szczytów może wymagać zaledwie kilkuset kWh, natomiast długotrwałe przemysłowe zasilanie awaryjne może wymagać kilku MWh.

Czy ten sam BESS może zapewnić zarówno zasilanie awaryjne, jak i redukcję szczytów?

Tak, ale strategia eksploatacji musi rezerwować wystarczającą pojemność baterii na zasilanie awaryjne. Jeśli bateria zostanie mocno rozładowana w celu redukcji szczytów, może nie mieć wystarczającej ilości energii, gdy wystąpi awaria.

Czy lepiej jest zainstalować dodatkową pojemność baterii?

Rozsądna rezerwa może być przydatna ze względu na starzenie się baterii i przyszły wzrost obciążenia. Jednak dodawanie pojemności bez jasno określonej potrzeby eksploatacyjnej może zwiększyć koszt systemu i pogorszyć zwrot finansowy.

Wybór praktycznej wielkości systemu

Praktyczny projekt BESS nie zaczyna się od modelu produktu. Zaczyna się od rzeczywistego zużycia energii elektrycznej w obiekcie.

Najpierw określ zadanie, jakie ma pełnić bateria. Następnie oblicz wymaganą moc, czas pracy i użyteczną pojemność baterii. Potem do obliczeń można dodać czynniki techniczne, takie jak DoD, sprawność, moc rozruchowa silnika i starzenie się baterii.

W przypadku prostego projektu zasilania awaryjnego obliczenia mogą być proste. W przypadku redukcji szczytów lub zarządzania energią słoneczną krzywa obciążenia jest zwykle najważniejszą informacją.

Celem nie jest wybór największej baterii. Chodzi o wybór systemu, który wykona wymagane zadanie bez pozostawiania dużej ilości drogiej, niewykorzystanej pojemności.

Możesz również sprawdzić naszą komercyjne i przemysłowe systemy magazynowania energii ofertę, aby porównać różne konfiguracje BESS w wersjach szafowych i kontenerowych.