Pe această pagină
Când o companie începe să analizeze stocarea cu baterii, una dintre primele întrebări este de obicei: Cât de mare ar trebui să fie sistemul?
Nu există un singur răspuns bazat doar pe dimensiunea clădirii sau pe factura lunară de energie electrică. O fabrică cu un consum constant de energie poate avea nevoie de un sistem de baterii foarte diferit față de o altă fabrică cu același consum lunar, dar care se confruntă cu vârfuri scurte și costisitoare de cerere.
Pentru majoritatea proiectelor comerciale, dimensionarea bateriilor se reduce la două întrebări:
- Ce putere trebuie să livreze sistemul la un moment dat?
- Cât timp trebuie să continue să livreze această putere?
Prima întrebare determină puterea sistemului în kW. A doua determină capacitatea bateriei în kWh.
O formulă simplă de pornire
Capacitatea necesară a bateriei = Sarcină × Timp de funcționare ÷ DoD utilizabil ÷ Eficiența sistemului
Această formulă oferă un punct de plecare util, dar dimensionarea finală a sistemului ar trebui să reflecte și profilul real de sarcină, cererea de vârf, sarcinile critice și îmbătrânirea estimată a bateriei.
Începeți cu scopul bateriei
Înainte de a face orice calcul, stabiliți ce rol principal se așteaptă să îndeplinească bateria.
Un sistem proiectat pentru reducerea vârfurilor nu se dimensionează la fel ca un sistem proiectat pentru alimentare de rezervă pentru urgențe. O baterie utilizată pentru stocarea energiei solare din timpul zilei poate necesita, de asemenea, o configurație diferită.
Reducerea vârfurilor
Reducerea vârfurilor înseamnă utilizarea bateriei atunci când cererea de putere a instalației depășește o limită selectată.
De exemplu, o fabrică poate funcționa în mod normal la aproximativ 500kW, dar ocazional poate ajunge la 750kW.. Dacă obiectivul este menținerea cererii de la rețea sub 600kW, bateria poate trebui să furnizeze până la 150kW în timpul perioadei de vârf.
În acest caz, întrebările principale sunt:
- Câți kW trebuie reduși?
- Cât durează de obicei vârful?
- Cât de des se întâmplă?
Energie de rezervă
Pentru alimentarea de rezervă, calculul începe cu echipamentele care trebuie să continue să funcționeze în timpul unei întreruperi a rețelei.
Aceasta nu înseamnă întotdeauna susținerea întregii unități. În multe proiecte, bateria trebuie să alimenteze doar sarcini critice selectate, cum ar fi:
- Sisteme de control al producției
- Iluminat și comunicații
- Echipamente de refrigerare
- Pompe de apă
- Sisteme de securitate
- Mașini de producție selectate
Separarea sarcinilor critice de sarcinile neesențiale face adesea proiectul mult mai practic și mai accesibil ca preț.
Stocare de energie solară
Într-un proiect solar cu stocare, bateria se poate încărca atunci când producția solară este mai mare decât consumul unității și se poate descărca mai târziu în cursul zilei.
Acest tip de proiect necesită date orare privind generarea solară și consumul de energie electrică. Totalurile lunare singure nu sunt suficiente, deoarece nu arată când este produsă sau utilizată energia.
Pentru proiectele axate în principal pe corelarea capacității bateriei cu producția fotovoltaică, consultați ghidul de dimensionare a stocării cu baterii solare.
kW și kWh nu sunt același lucru
Acesta este unul dintre cele mai importante puncte în dimensionarea bateriilor comerciale.
kW vă spune câtă putere poate furniza sistemul
Puterea nominală a unui BESS este măsurată în kW. Aceasta arată câtă putere poate sistemul să încarce sau să descarce la un moment dat.
În majoritatea sistemelor comerciale, această putere este determinată în principal de PCS, sau sistemul de conversie a puterii.
Un 100kW PCS poate furniza de obicei aproximativ 100kW de putere continuă în condiții nominale. Chiar dacă este conectat la o baterie 500kWh, acesta tot nu poate susține continuu o sarcină 150kW decât dacă sistemul are suficientă capacitate PCS.
kWh vă spune cât timp poate funcționa bateria
Capacitatea bateriei este măsurată în kWh.
O modalitate simplă de a înțelege relația este:
- O baterie 100kWh care susține o sarcină 50kW are o autonomie teoretică de două ore.
- O baterie 200kWh care susține o sarcină 50kW are o autonomie teoretică de patru ore.
- O baterie 500kWh care susține o sarcină 250kW are o autonomie teoretică de două ore.
Acestea sunt valori teoretice. Autonomia reală va fi mai mică deoarece o parte din capacitatea bateriei este de obicei rezervată, iar energia se pierde și în timpul încărcării și descărcării.
kW vă spune câtă sarcină poate suporta BESS.
kWh vă spune cât timp poate suporta acea sarcină.
Utilizați date reale de sarcină ori de câte ori este posibil
Facturile lunare de energie electrică sunt utile, dar rareori oferă suficiente detalii pentru dimensionarea corectă a BESS.
Cea mai utilă informație este de obicei un profil de sarcină 15-minute sau 30-minute. Acesta arată cum se modifică cererea de putere pe parcursul zilei.
Când analizați datele de sarcină, acordați atenție:
- Cererea maximă
- Sarcina medie de funcționare
- Consumul zilnic de energie electrică
- Momentul cererii de vârf
- Durata perioadei de vârf
- Diferențele dintre zilele lucrătoare și weekend
- Variațiile sezoniere
- Sarcina critică în timpul unei întreruperi de alimentare
Luați în considerare două fabrici care utilizează fiecare 300,000kWh pe lună.
O fabrică poate funcționa cu o sarcină stabilă pe parcursul zilei. Cealaltă poate avea un vârf accentuat de două ore, cauzat de pornirea simultană a mai multor linii de producție. Deși consumul lor lunar este similar, cerințele privind bateriile vor fi foarte diferite.
Cum se calculează puterea PCS necesară
PCS trebuie să fie dimensionat astfel încât să poată gestiona puterea maximă așteptată de la baterie.
Pentru alimentarea de rezervă
Însumați sarcinile critice care pot funcționa simultan.
Să presupunem că sarcina critică este 80kW.. Adăugând o marjă de 20%, rezultă:
80kW × 1.2 = 96kW
Un 100kW PCS poate fi o alegere rezonabilă.
Marja suplimentară poate ajuta la acoperirea modificărilor temporare ale sarcinii, a adăugărilor viitoare de echipamente și a curentului de pornire al motoarelor sau compresoarelor.
Pentru reducerea vârfurilor de sarcină
Puterea PCS ar trebui, în general, să corespundă celei mai mari cantități de putere care trebuie eliminată din vârful rețelei.
De exemplu:
- Cererea maximă a instalației: 800kW
- Cerere țintă a rețelei: 600kW
- Reducere necesară: 200kW
În perioada de vârf, BESS ar trebui să poată furniza aproximativ 200kW.
În practică, valoarea nominală finală a PCS poate fi puțin mai mare pentru a lăsa o marjă de operare.
Cum se calculează capacitatea bateriei
Odată ce puterea necesară este cunoscută, următorul pas este să se calculeze câtă energie trebuie să stocheze bateria.
Capacitatea bateriei = Sarcină × Timp de funcționare ÷ DoD ÷ Eficiența sistemului
În această formulă:
- Sarcină este puterea de ieșire necesară a bateriei în kW.
- Timp de funcționare este durata necesară în ore.
- DoD este adâncimea de descărcare utilizabilă.
- Eficiența sistemului ține cont de energia pierdută în baterie și PCS.
Exemplu de alimentare de rezervă
O fabrică dorește să susțină o sarcină critică de 100kW timp de două ore.
- Sarcină critică: 100kW
- Timp de rezervă: 2 ore
- DoD utilizabil: 90%
- Eficiența sistemului: 92%
Calculul este:
100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh
Un sistem standard de aproximativ 250kWh sau 261kWh poate fi adecvat, în funcție de configurația disponibilă și de rezerva necesară.
Dacă aceeași sarcină necesită patru ore de alimentare de rezervă:
100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
În acest caz, poate fi luat în considerare un sistem de aproximativ 500kWh.
Exemplu de calcul pentru reducerea vârfurilor de consum
Pentru reducerea vârfurilor de consum, capacitatea bateriei depinde atât de ținta de reducere, cât și de durata vârfului.
Să presupunem că o fabrică dorește să reducă cererea de la rețea cu 200kW timp de două ore.
Necesarul teoretic de energie este:
200kW × 2 ore = 400kWh
După includerea unui DoD de 90% și a unei eficiențe a sistemului de 92%:
400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
O configurație posibilă ar fi:
- O putere de aproximativ 200kW PCS
- O capacitate a bateriei de aproximativ 500kWh
Cu toate acestea, curba reală de sarcină poate arăta că bateria nu trebuie să furnizeze integral 200kW pe toată durata celor două ore. În acest caz, capacitatea finală a bateriei poate fi mai mică.
De aceea, datele de sarcină pe intervale sunt mult mai utile decât simpla înmulțire a cererii maxime cu numărul de ore.
Pentru a înțelege scopul financiar din spatele acestei aplicații, citiți mai multe despre modul în care stocarea cu baterii poate reduce tarifele pentru vârfurile de consum.
Nu utilizați capacitatea nominală completă
O baterie cu capacitatea nominală de 500kWh nu furnizează de obicei întreaga capacitate 500kWh sarcinii.
Trebuie luați în considerare trei factori.
Adâncime de descărcare
Adâncimea de descărcare arată cât din capacitatea nominală a bateriei este disponibilă pentru utilizare normală.
La un DoD de 90%, o baterie 500kWh furnizează aproximativ 450kWh înainte de includerea altor pierderi.
Pierderi de sistem
O parte din energie se pierde prin PCS, baterie, transformator, cabluri și echipamente auxiliare.
Sistemele de răcire, echipamentele de control și sistemele de protecție împotriva incendiilor pot consuma, de asemenea, o cantitate mică de energie.
Îmbătrânirea bateriei
Capacitatea bateriei scade treptat în timp.
Dacă un proiect trebuie să asigure în continuare o anumită durată de rezervă după câțiva ani, dimensiunea inițială a bateriei poate fi mai mare decât necesarul pentru primul an.
De exemplu, dacă proiectul are nevoie de 500kWh la sfârșitul perioadei de funcționare planificate, iar capacitatea rămasă estimată este 80%:
500kWh ÷ 0.80 = 625kWh
Aceasta nu înseamnă că fiecare proiect trebuie supradimensionat cu aceeași valoare. Rezerva ar trebui să se bazeze pe garanția bateriei, numărul estimat de cicluri și condițiile de funcționare.
Greșeli frecvente în dimensionarea BESS pentru aplicații comerciale
Analizarea doar a consumului lunar de energie electrică
Consumul lunar nu arată când apar vârfurile de cerere sau cât durează acestea.
Alegerea capacității bateriei fără verificarea puterii PCS
O baterie mare nu poate alimenta o sarcină mare dacă PCS este prea mic.
Tratarea capacității nominale drept capacitate utilizabilă
DoD, pierderile de eficiență și setările de rezervă reduc toate cantitatea de energie disponibilă pentru sarcină.
Încercarea de a asigura alimentare de rezervă pentru fiecare sarcină
Alimentarea întregii facilități poate face sistemul mult mai mare decât este necesar. De multe ori este mai bine să identificați echipamentele care au cu adevărat nevoie de alimentare neîntreruptă.
Ignorarea puterii de pornire a motoarelor
Pompele, compresoarele și motoarele industriale pot consuma mult mai multă putere în timpul pornirii decât în timpul funcționării normale.
Alegerea celui mai mare sistem posibil
O baterie mai mare nu este automat o investiție mai bună. Dacă bateria este rar utilizată la capacitate maximă, capacitatea suplimentară poate pur și simplu să crească costul proiectului.
Ce informații trebuie pregătite înainte de dimensionarea unui BESS?
Un furnizor poate pregăti de obicei o recomandare mai precisă atunci când sunt disponibile următoarele informații:
- Locația proiectului
- Tensiunea și frecvența rețelei
- Facturi recente de energie electrică
- Date de sarcină pentru 15-minute sau 30-minute
- Cererea maximă
- Sarcină critică
- Durata de rezervă necesară
- Capacitate solară existentă sau planificată
- Capacitatea transformatorului
- Spațiu de instalare disponibil
- Scopul principal al sistemului de baterii
Chiar dacă nu toate datele sunt disponibile, cele mai importante informații sunt sarcina maximă, sarcina critică, durata de funcționare estimată și obiectivul proiectului.
Întrebări frecvente
Ce capacitate a bateriei este necesară pentru o sarcină de 100kW?
Pentru două ore de rezervă, o sarcină de 100kW poate necesita în jur de 240kWh sau mai mult, după luarea în calcul a DoD și a eficienței sistemului. Pentru patru ore, necesarul poate fi de aproximativ 480kWh sau mai mult.
Un 100kW PCS are nevoie de o baterie 100kWh?
Nu neapărat. Un 100kW PCS cu o baterie 100kWh este aproximativ un sistem de o oră. Același PCS poate fi asociat și cu 200kWh, 400kWh sau mai mult, în funcție de durata de funcționare necesară și de rata de descărcare a bateriei.
De câtă capacitate de stocare a bateriei are nevoie o fabrică?
Depinde de ceea ce se așteaptă să facă bateria. Un proiect mic de reducere a vârfurilor poate necesita doar câteva sute de kWh, în timp ce un backup industrial de durată lungă poate necesita câțiva MWh.
Poate același BESS să asigure atât rezervă, cât și reducerea vârfurilor?
Da, dar strategia de operare trebuie să rezerve suficientă capacitate a bateriei pentru rezervă. Dacă bateria este descărcată puternic pentru reducerea vârfurilor, este posibil să nu aibă suficientă energie disponibilă atunci când apare o întrerupere.
Este mai bine să se instaleze capacitate suplimentară a bateriei?
O rezervă rezonabilă poate fi utilă pentru îmbătrânirea bateriei și creșterea viitoare a sarcinii. Totuși, adăugarea de capacitate fără o nevoie clară de operare poate face sistemul mai scump și poate reduce rentabilitatea financiară.
Alegerea unei dimensiuni practice a sistemului
O proiectare utilă a BESS nu începe cu un model de produs. Începe cu consumul real de energie electrică al facilității.
Mai întâi identificați sarcina pe care bateria trebuie să o îndeplinească. Apoi calculați puterea necesară, durata de funcționare și capacitatea utilizabilă a bateriei. După aceea, la calcul pot fi adăugați factori tehnici precum DoD, eficiența, puterea de pornire a motorului și îmbătrânirea bateriei.
Pentru un proiect simplu de rezervă, calculul poate fi simplu. Pentru reducerea vârfurilor sau gestionarea energiei solare, curba de sarcină este de obicei cea mai importantă informație.
Scopul nu este să alegeți cea mai mare baterie. Este să alegeți un sistem care poate îndeplini sarcina necesară fără a lăsa neutilizată o cantitate mare de capacitate costisitoare.
Puteți explora și sisteme de stocare a energiei pentru aplicații comerciale și industriale pentru a compara diferite configurații BESS de tip cabinet și containerizate.
