วิธีกำหนดขนาดระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์

เมื่อธุรกิจเริ่มพิจารณาระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ คำถามแรก ๆ มักจะเป็น: ระบบควรมีขนาดเท่าใด

ไม่มีคำตอบเดียวที่พิจารณาจากขนาดอาคารหรือค่าไฟฟ้ารายเดือนเพียงอย่างเดียว โรงงานที่มีการใช้ไฟฟ้าคงที่อาจต้องใช้ระบบแบตเตอรี่ที่แตกต่างอย่างมากจากโรงงานอีกแห่งที่มีการใช้ไฟฟ้ารายเดือนเท่ากัน แต่ประสบกับช่วงความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดระยะสั้นที่มีค่าใช้จ่ายสูง

สำหรับโครงการเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ การกำหนดขนาดแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับคำถามสองข้อ:

• ระบบจำเป็นต้องจ่ายกำลังไฟฟ้าเท่าใดในหนึ่งครั้ง?
• จำเป็นต้องจ่ายกำลังไฟฟ้านั้นต่อเนื่องนานเท่าใด?

คำถามแรกกำหนดกำลังไฟฟ้าของระบบใน kW คำถามที่สองกำหนดความจุแบตเตอรี่ใน kWh

สูตรเริ่มต้นอย่างง่าย

ความจุแบตเตอรี่ที่ต้องการ = โหลด × เวลาทำงาน ÷ DoD ที่ใช้งานได้ ÷ ประสิทธิภาพของระบบ

สูตรนี้ให้จุดเริ่มต้นที่เป็นประโยชน์ แต่ขนาดระบบสุดท้ายควรสะท้อนโปรไฟล์โหลดจริง ความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด โหลดวิกฤต และการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ที่คาดการณ์ด้วย

เริ่มต้นด้วยวัตถุประสงค์ของแบตเตอรี่

ก่อนทำการคำนวณใด ๆ ให้ตัดสินใจว่าแบตเตอรี่มีจุดประสงค์หลักเพื่อทำอะไร

ระบบที่ออกแบบสำหรับการตัดยอดโหลดไม่ได้กำหนดขนาดในลักษณะเดียวกับระบบที่ออกแบบสำหรับการสำรองไฟฉุกเฉิน แบตเตอรี่ที่ใช้เก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในเวลากลางวันอาจต้องมีการกำหนดค่าแตกต่างกันด้วย

การลดโหลดสูงสุด

การตัดยอดโหลดหมายถึงการใช้แบตเตอรี่เมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าของสถานประกอบการสูงเกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้

ตัวอย่างเช่น โรงงานอาจทำงานตามปกติที่ประมาณ 500kW แต่บางครั้งอาจเพิ่มขึ้นถึง 750kW. หากเป้าหมายคือรักษาความต้องการใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายให้ต่ำกว่า 600kW แบตเตอรี่อาจต้องจ่ายไฟสูงสุดถึง 150kW ในช่วงที่มีความต้องการสูงสุด

ในกรณีนี้ คำถามหลักคือ:

• ต้องลดกี่ kW
• โดยปกติช่วงพีกใช้เวลานานเท่าใด?
• เกิดขึ้นบ่อยเพียงใด?

ไฟสำรอง

สำหรับระบบไฟฟ้าสำรอง การคำนวณเริ่มจากอุปกรณ์ที่ต้องทำงานต่อเนื่องระหว่างที่ไฟฟ้าดับจากระบบโครงข่าย

สิ่งนี้ไม่ได้หมายถึงการรองรับสถานประกอบการทั้งหมดเสมอไป ในหลายโครงการ แบตเตอรี่เพียงต้องจ่ายไฟให้โหลดสำคัญที่เลือกไว้ เช่น:

• ระบบควบคุมการผลิต
• ระบบแสงสว่างและการสื่อสาร
• อุปกรณ์ทำความเย็น
• ปั๊มน้ำ
• ระบบรักษาความปลอดภัย
• เครื่องจักรการผลิตที่เลือกไว้

การแยกโหลดสำคัญออกจากโหลดที่ไม่จำเป็นมักทำให้โครงการปฏิบัติได้จริงและประหยัดงบประมาณมากขึ้น

การจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

ในโครงการโซลาร์พร้อมระบบกักเก็บพลังงาน แบตเตอรี่อาจชาร์จเมื่อการผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์สูงกว่าโหลดของสถานประกอบการ และคายประจุในภายหลังของวัน

โครงการประเภทนี้ต้องใช้ข้อมูลการผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์และปริมาณการใช้ไฟฟ้ารายชั่วโมง ยอดรวมรายเดือนเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ เพราะไม่ได้แสดงว่าพลังงานถูกผลิตหรือใช้เมื่อใด

สำหรับโครงการที่เน้นการจับคู่ความจุแบตเตอรี่กับการผลิตไฟฟ้าจากโฟโตวอลเทอิกเป็นหลัก โปรดดู คู่มือการกำหนดขนาดแบตเตอรี่สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานโซลาร์.

kW และ kWh ไม่ใช่สิ่งเดียวกัน

นี่คือหนึ่งในประเด็นที่สำคัญที่สุดในการกำหนดขนาดแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์

kW บอกคุณว่าระบบสามารถจ่ายกำลังไฟได้เท่าใด

พิกัดกำลังของ BESS วัดเป็น kW โดยแสดงว่าระบบสามารถชาร์จหรือคายประจุได้มากน้อยเพียงใดในแต่ละครั้ง

ในระบบเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ กำลังไฟนี้ถูกกำหนดหลักๆ โดย PCS หรือระบบแปลงกำลังไฟ

100kW PCS โดยทั่วไปสามารถจ่ายกำลังไฟต่อเนื่องได้ประมาณ 100kW ภายใต้สภาวะพิกัด แม้จะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ 500kWh ก็ยังไม่สามารถรองรับโหลด 150kW ได้อย่างต่อเนื่อง เว้นแต่ระบบจะมีกำลังความจุ PCS เพียงพอ

kWh บอกคุณว่าแบตเตอรี่สามารถทำงานได้นานเท่าใด

ความจุแบตเตอรี่วัดเป็น kWh

วิธีง่ายๆ ในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์คือ:

• แบตเตอรี่ 100kWh ที่รองรับโหลด 50kW มีระยะเวลาการทำงานตามทฤษฎีสองชั่วโมง
• แบตเตอรี่ 200kWh ที่รองรับโหลด 50kW มีระยะเวลาการทำงานตามทฤษฎีสี่ชั่วโมง
• แบตเตอรี่ 500kWh ที่รองรับโหลด 250kW มีระยะเวลาการทำงานตามทฤษฎีสองชั่วโมง

ค่าเหล่านี้เป็นค่าตามทฤษฎี ระยะเวลาการทำงานจริงจะต่ำกว่า เนื่องจากโดยปกติแล้วความจุแบตเตอรี่ส่วนหนึ่งจะถูกสำรองไว้ และยังมีการสูญเสียพลังงานระหว่างการชาร์จและการคายประจุด้วย

kW บอกว่า BESS สามารถรับโหลดได้มากเพียงใด

kWh บอกว่าสามารถรับโหลดนั้นได้นานเท่าใด

ใช้ข้อมูลโหลดจริงทุกครั้งที่เป็นไปได้

ค่าไฟฟ้ารายเดือนมีประโยชน์ แต่ให้รายละเอียดไม่เพียงพอสำหรับการกำหนดขนาด BESS ได้อย่างแม่นยำ

ข้อมูลที่มีประโยชน์ที่สุดมักเป็นโปรไฟล์โหลดของ 15-minute หรือ 30-minute ซึ่งแสดงว่าความต้องการใช้กำลังไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างไรตลอดทั้งวัน

เมื่อพิจารณาข้อมูลโหลด ควรให้ความสนใจกับ:

• ความต้องการใช้กำลังไฟฟ้าสูงสุด
• โหลดเฉลี่ยขณะใช้งาน
• ปริมาณการใช้ไฟฟ้ารายวัน
• ช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุด
• ระยะเวลาของช่วงที่มีความต้องการสูงสุด
• ความแตกต่างระหว่างวันทำงานและวันหยุดสุดสัปดาห์
• การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล
• โหลดสำคัญระหว่างไฟฟ้าดับ

พิจารณาโรงงานสองแห่งที่ใช้ 300,000kWh ต่อเดือน

โรงงานหนึ่งอาจทำงานด้วยโหลดที่มั่นคงตลอดทั้งวัน ขณะที่อีกโรงงานอาจมีช่วงพีคสองชั่วโมงที่สูงชัน ซึ่งเกิดจากสายการผลิตหลายสายเริ่มทำงานพร้อมกัน แม้ว่าการใช้ไฟฟ้ารายเดือนจะใกล้เคียงกัน แต่ความต้องการแบตเตอรี่จะแตกต่างกันมาก

วิธีคำนวณกำลังไฟฟ้าของ PCS ที่ต้องการ

PCS ต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่คาดว่าจะจ่ายจากแบตเตอรี่

สำหรับการจ่ายไฟสำรอง

รวมโหลดสำคัญที่อาจทำงานพร้อมกันเข้าด้วยกัน

สมมติว่าโหลดสำคัญคือ 80kW. การเพิ่มส่วนเผื่อ 20% จะได้:

80kW × 1.2 = 96kW

100kW PCS อาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

ส่วนเผื่อที่เพิ่มขึ้นสามารถช่วยรองรับการเปลี่ยนแปลงของโหลดชั่วคราว การเพิ่มอุปกรณ์ในอนาคต และกระแสเริ่มต้นของมอเตอร์หรือคอมเพรสเซอร์

สำหรับการตัดยอดพีค

กำลังไฟฟ้าของ PCS โดยทั่วไปควรสอดคล้องกับปริมาณกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ต้องลดออกจากยอดพีคของกริด

ตัวอย่าง:

• ความต้องการใช้กำลังไฟฟ้าสูงสุดของโรงงาน: 800kW
• ความต้องการใช้กำลังไฟฟ้าจากกริดตามเป้าหมาย: 600kW
• การลดลงที่ต้องการ: 200kW

BESS ควรสามารถจ่ายได้ประมาณ 200kW ในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุด

ในทางปฏิบัติ ค่าพิกัด PCS สุดท้ายอาจสูงขึ้นเล็กน้อย เพื่อให้มีส่วนเผื่อการทำงาน

วิธีคำนวณความจุแบตเตอรี่

เมื่อทราบกำลังไฟฟ้าที่ต้องการแล้ว ขั้นตอนถัดไปคือคำนวณว่าต้องจัดเก็บพลังงานในแบตเตอรี่เท่าใด

ความจุแบตเตอรี่ = โหลด × เวลาทำงาน ÷ DoD ÷ ประสิทธิภาพระบบ

ในสูตรนี้:

• โหลด คือกำลังไฟฟ้าขาออกของแบตเตอรี่ที่ต้องการในหน่วย kW
• เวลาทำงาน คือระยะเวลาที่ต้องการเป็นชั่วโมง
• DoD คือระดับความลึกของการคายประจุที่ใช้งานได้
• ประสิทธิภาพระบบ คำนึงถึงพลังงานที่สูญเสียในแบตเตอรี่และ PCS

ตัวอย่างพลังงานสำรอง

โรงงานแห่งหนึ่งต้องการรองรับโหลดสำคัญ 100kW เป็นเวลาสองชั่วโมง

• โหลดสำคัญ: 100kW
• เวลาสำรอง: 2 ชั่วโมง
• DoD ที่ใช้งานได้: 90%
• ประสิทธิภาพระบบ: 92%

การคำนวณคือ:

100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh

ระบบมาตรฐานที่ประมาณ 250kWh หรือ 261kWh อาจเหมาะสม ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าที่มีอยู่และสำรองที่ต้องการ

หากโหลดเดียวกันต้องใช้การสำรองไฟสี่ชั่วโมง:

100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

ในกรณีนี้ อาจพิจารณาระบบขนาดประมาณ 500kWh

ตัวอย่างการคำนวณ Peak Shaving

สำหรับ Peak Shaving ความจุแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับทั้งเป้าหมายการลดและระยะเวลาของช่วงพีก

สมมติว่าโรงงานแห่งหนึ่งต้องการลดความต้องการไฟฟ้าจากโครงข่ายลง 200kW เป็นเวลาสองชั่วโมง

ความต้องการพลังงานตามทฤษฎีคือ:

200kW × 2 ชั่วโมง = 400kWh

หลังจากคำนึงถึง 90% DoD และประสิทธิภาพของระบบ 92%:

400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

การกำหนดค่าที่เป็นไปได้อาจเป็น:

• กำลังไฟฟ้าประมาณ 200kW PCS
• ความจุแบตเตอรี่ประมาณ 500kWh

อย่างไรก็ตาม เส้นกราฟโหลดจริงอาจแสดงว่าแบตเตอรี่ไม่จำเป็นต้องจ่าย 200kW เต็มจำนวนตลอดสองชั่วโมง ในกรณีนั้น ความจุแบตเตอรี่สุดท้ายอาจต่ำกว่า

นี่คือเหตุผลที่ข้อมูลโหลดรายช่วงเวลามีประโยชน์กว่าการนำความต้องการไฟฟ้าสูงสุดมาคูณกับจำนวนชั่วโมงเพียงอย่างเดียวมาก

เพื่อทำความเข้าใจวัตถุประสงค์ทางการเงินเบื้องหลังการใช้งานนี้ โปรดอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่ ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่สามารถลดค่าความต้องการไฟฟ้าได้.

อย่าใช้ความจุตามพิกัดเต็มจำนวน

แบตเตอรี่ที่กำหนดพิกัดไว้ที่ 500kWh โดยปกติจะไม่สามารถจ่าย 500kWh ให้กับโหลดได้เต็มจำนวน

ต้องพิจารณาปัจจัยสามประการ

ระดับความลึกของการคายประจุ

ความลึกในการคายประจุแสดงให้เห็นว่าความจุตามพิกัดของแบตเตอรี่มีปริมาณเท่าใดที่สามารถใช้งานได้ตามปกติ

ที่ 90% DoD แบตเตอรี่ 500kWh จะจ่ายได้ประมาณ 450kWh ก่อนรวมการสูญเสียอื่น ๆ

ความสูญเสียของระบบ

พลังงานบางส่วนสูญเสียไปผ่าน PCS แบตเตอรี่ หม้อแปลง สายเคเบิล และอุปกรณ์เสริม

ระบบทำความเย็น อุปกรณ์ควบคุม และระบบป้องกันอัคคีภัยอาจใช้พลังงานจำนวนเล็กน้อยเช่นกัน

การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่

ความจุของแบตเตอรี่จะค่อยๆ ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

หากโครงการยังต้องจ่ายไฟสำรองตามระยะเวลาที่กำหนดหลังจากผ่านไปหลายปี ขนาดแบตเตอรี่เริ่มต้นอาจต้องใหญ่กว่าความต้องการในปีแรก

ตัวอย่างเช่น หากโครงการต้องใช้ 500kWh เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาดำเนินงานตามแผน และความจุคงเหลือที่คาดไว้คือ 80%:

500kWh ÷ 0.80 = 625kWh

นี่ไม่ได้หมายความว่าทุกโครงการต้องเผื่อขนาดเพิ่มขึ้นเท่ากันทั้งหมด ควรกำหนดสำรองตามการรับประกันแบตเตอรี่ จำนวนรอบการใช้งานที่คาดไว้ และสภาพการใช้งาน

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการกำหนดขนาด BESS สำหรับงานเชิงพาณิชย์

ดูเฉพาะการใช้ไฟฟ้ารายเดือน

ปริมาณการใช้ไฟฟ้ารายเดือนไม่แสดงว่าความต้องการไฟฟ้าสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อใดหรือนานเท่าใด

เลือกความจุแบตเตอรี่โดยไม่ตรวจสอบกำลังไฟของ PCS

แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ไม่สามารถรองรับโหลดขนาดใหญ่ได้หาก PCS มีขนาดเล็กเกินไป

การถือว่าความจุตามพิกัดเป็นความจุที่ใช้งานได้

DoD การสูญเสียประสิทธิภาพ และการตั้งค่าสำรอง ล้วนลดปริมาณพลังงานที่จ่ายให้โหลดได้

พยายามสำรองไฟให้ทุกโหลด

การรองรับทั้งสถานประกอบการอาจทำให้ระบบมีขนาดใหญ่เกินความจำเป็นมาก มักดีกว่าถ้าจะระบุอุปกรณ์ที่จำเป็นต้องใช้ไฟต่อเนื่องจริง ๆ

ละเลยกำลังเริ่มต้นของมอเตอร์

ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ และมอเตอร์อุตสาหกรรมอาจใช้กำลังไฟในช่วงสตาร์ทมากกว่าในช่วงทำงานปกติมาก

เลือกระบบที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

แบตเตอรี่ที่ใหญ่กว่าไม่ได้เป็นการลงทุนที่ดีกว่าโดยอัตโนมัติ หากแทบไม่มีการใช้งานแบตเตอรี่จนเต็มความจุ ความจุส่วนที่เพิ่มขึ้นอาจเพียงทำให้ต้นทุนโครงการสูงขึ้น

ต้องเตรียมข้อมูลใดบ้างก่อนกำหนดขนาด BESS?

โดยปกติ ผู้จัดจำหน่ายสามารถจัดทำคำแนะนำที่แม่นยำยิ่งขึ้นได้เมื่อมีข้อมูลต่อไปนี้:

• ที่ตั้งโครงการ
• แรงดันและความถี่ของกริด
• ค่าไฟฟ้าล่าสุด
• ข้อมูลโหลด 15-minute หรือ 30-minute
• ความต้องการใช้กำลังไฟฟ้าสูงสุด
• โหลดวิกฤต
• ระยะเวลาสำรองไฟฟ้าที่ต้องการ
• กำลังการผลิตโซลาร์ที่มีอยู่หรือที่วางแผนไว้
• ความจุหม้อแปลง
• พื้นที่ติดตั้งที่มีอยู่
• วัตถุประสงค์หลักของระบบแบตเตอรี่

แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลครบทั้งหมด ข้อมูลที่สำคัญที่สุดคือโหลดสูงสุด โหลดวิกฤต ระยะเวลาการทำงานที่คาดไว้ และวัตถุประสงค์ของโครงการ

คำถามที่พบบ่อย

โหลด 100kW ต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดเท่าใด

สำหรับการสำรองไฟสองชั่วโมง โหลด 100kW อาจต้องใช้ประมาณ 240kWh หรือมากกว่า หลังจากคำนึงถึง DoD และประสิทธิภาพของระบบ สำหรับสี่ชั่วโมง ความต้องการอาจอยู่ที่ประมาณ 480kWh หรือมากกว่า

100kW PCS จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ 100kWh หรือไม่

ไม่จำเป็นเสมอไป 100kW PCS ที่ใช้แบตเตอรี่ 100kWh เป็นระบบประมาณหนึ่งชั่วโมง PCS เดียวกันยังสามารถจับคู่กับ 200kWh, 400kWh หรือมากกว่าได้ ขึ้นอยู่กับระยะเวลาการทำงานที่ต้องการและอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่

โรงงานต้องใช้ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ขนาดเท่าใด

ขึ้นอยู่กับว่าแบตเตอรี่คาดว่าจะถูกใช้ทำอะไร โครงการลดโหลดสูงสุดขนาดเล็กอาจต้องการเพียงไม่กี่ร้อย kWh ขณะที่การสำรองไฟสำหรับอุตสาหกรรมระยะยาวอาจต้องใช้หลาย MWh

BESS เดียวกันสามารถให้ทั้งการสำรองไฟและการลดโหลดสูงสุดได้หรือไม่

ได้ แต่กลยุทธ์การดำเนินงานต้องสำรองความจุแบตเตอรี่ให้เพียงพอสำหรับการสำรองไฟ หากแบตเตอรี่ถูกคายประจุออกมากเพื่อการลดโหลดสูงสุด อาจมีพลังงานไม่เพียงพอเมื่อเกิดไฟฟ้าดับ

ควรติดตั้งความจุแบตเตอรี่เพิ่มเติมหรือไม่

การสำรองที่เหมาะสมอาจมีประโยชน์สำหรับการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่และการเติบโตของโหลดในอนาคต อย่างไรก็ตาม การเพิ่มความจุโดยไม่มีความจำเป็นในการดำเนินงานที่ชัดเจนอาจทำให้ระบบมีราคาแพงขึ้นและลดผลตอบแทนทางการเงิน

การเลือกขนาดระบบที่ใช้งานได้จริง

การออกแบบ BESS ที่มีประโยชน์ไม่ได้เริ่มต้นจากรุ่นผลิตภัณฑ์ แต่เริ่มต้นจากการใช้ไฟฟ้าจริงของสถานที่

ขั้นแรก ระบุงานที่แบตเตอรี่ต้องทำ จากนั้นคำนวณกำลังที่ต้องการ ระยะเวลาการทำงาน และความจุแบตเตอรี่ที่ใช้ได้ หลังจากนั้นจึงเพิ่มปัจจัยทางเทคนิค เช่น DoD ประสิทธิภาพ กำลังเริ่มต้นของมอเตอร์ และการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ เข้าไปในการคำนวณ

สำหรับโครงการสำรองไฟแบบง่าย การคำนวณอาจตรงไปตรงมา สำหรับการลดโหลดสูงสุดหรือการบริหารจัดการพลังงานแสงอาทิตย์ เส้นโค้งโหลดมักเป็นข้อมูลที่สำคัญที่สุด

เป้าหมายไม่ใช่การเลือกแบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุด แต่คือการเลือกระบบที่สามารถทำงานที่ต้องการได้โดยไม่เหลือความจุที่มีราคาแพงจำนวนมากที่ไม่ได้ใช้งาน

คุณยังสามารถสำรวจ ระบบกักเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม เพื่อเปรียบเทียบการกำหนดค่าตู้และ BESS แบบคอนเทนเนอร์ที่แตกต่างกัน