如何确定商业电池储能系统的规模

当企业开始考虑电池储能时，通常会首先问到的一个问题是： 系统应该做多大？

仅根据建筑规模或月度电费，并没有唯一答案。一家用电平稳的工厂，与另一家月度用电量相同但存在短时高额需量尖峰的工厂相比，可能需要完全不同的电池系统。

对于大多数商业项目，电池容量确定归结为两个问题：

• 系统需要在某一时刻提供多大功率？
• 它需要以该功率持续供电多长时间？

第一个问题决定以 kW 表示的系统功率。第二个问题决定以 kWh 表示的电池容量。

一个简单的起步公式

所需电池容量 = 负载 × 运行时间 ÷ 可用 DoD ÷ 系统效率

该公式提供了有用的起点，但最终系统容量还应反映实际负载曲线、峰值需量、关键负载以及预期的电池老化。

首先明确电池的用途

在进行任何计算之前，先确定电池的主要预期用途。

为削峰设计的系统，其容量确定方式不同于为应急备电设计的系统。用于储存白天太阳能电力的电池，也可能需要不同的配置。

削峰

削峰是指当设施用电需求超过选定上限时使用电池。

例如，一家工厂可能通常以约 500kW 运行，但偶尔升至 750kW.。如果目标是将电网需量保持在 600kW 以下，则电池可能需要在尖峰时段提供高达 150kW 的功率。

在这种情况下，主要问题是：

• 需要降低多少千瓦？
• 尖峰通常持续多长时间？
• 发生频率如何？

备用电源

对于备电，计算从电网停电期间必须继续运行的设备开始。

这并不总是意味着要为整个设施供电。在许多项目中，电池只需为选定的关键负载供电，例如：

• 生产控制系统
• 照明与通信
• 制冷设备
• 水泵
• 安防系统
• 选定的生产设备

将关键负载与非必要负载分开，通常能让项目更实用、更具成本效益。

太阳能储能

在光伏加储能项目中，当光伏发电量高于设施负载时，电池可以充电，并在当天稍晚时放电。

这类项目需要逐小时的光伏发电量和用电量数据。仅有月度总量还不够，因为它无法显示电能何时产生或使用。

对于主要关注电池容量与光伏发电量匹配的项目，请参阅我们的 光伏储能容量设计指南.

kW 和 kWh 不是一回事

这是商业电池选型中最重要的要点之一。

kW 告诉你系统能提供多少功率

BESS 的额定功率以千瓦为单位计量。它表示系统在某一时刻能够充电或放电的功率大小。

在大多数商业系统中，这一功率主要取决于 PCS，即功率转换系统。

一台 100kW 的 PCS 在额定条件下通常可输出约 100kW 的持续功率。即使连接到 500kWh 的电池，除非系统具备足够的 PCS 容量，否则仍无法持续支持 150kW 的负载。

kWh 告诉你电池能运行多久

电池容量以千瓦时为单位计量。

可以用一个简单方式来理解这种关系：

• 一块 100kWh 电池支持 50kW 负载时，理论运行时间为两小时。
• 一块 200kWh 电池支持 50kW 负载时，理论运行时间为四小时。
• 一块 500kWh 电池支持 250kW 负载时，理论运行时间为两小时。

这些是理论值。实际运行时间会更短，因为电池容量通常会保留一部分，并且在充放电过程中也会损失能量。

kW 告诉您 BESS 可以承载多少负载。

kWh 告诉您它能承载该负载多长时间。

尽可能使用真实负载数据

月度电费账单很有用，但它们很少能提供足够详细的信息来进行准确的 BESS 容量配置。

最有用的信息通常是 15-minute 或 30-minute 负载曲线。它显示了电力需求在一天中如何变化。

查看负载数据时，请注意：

• 最大需量
• 平均运行负载
• 每日用电量
• 峰值需量出现时间
• 峰值时段持续时间
• 工作日与周末的差异
• 季节性变化
• 停电期间的关键负载

设想两家工厂，每月各使用 300,000kWh。

一家工厂可能全天以稳定负载运行。另一家可能因为多条生产线同时启动而出现持续两小时的急剧峰值。尽管它们的月用电量相近，但电池需求会大不相同。

如何计算所需的 PCS 功率

PCS 必须足够大，以应对电池预计输出的最大功率。

用于备用电源时

将可能同时运行的关键负载相加。

假设关键负载为 80kW.，加上 20% 的裕量，得到：

80kW × 1.2 = 96kW

100kW PCS 可能是合理的选择。

额外的裕量有助于应对临时负载变化、未来设备增加以及电机或压缩机的启动电流。

用于削峰

PCS 功率通常应与需要从电网峰值中削减的最大功率相匹配。

例如：

• 设施最大需量：800kW
• 目标电网需量：600kW
• 所需削减量：200kW

BESS 应能够在峰值时段提供约 200kW。

实际应用中，最终的 PCS 额定值可能略高，以留出一定的运行裕量。

如何计算电池容量

确定所需功率后，下一步是计算电池必须存储的电量。

电池容量 = 负载 × 运行时间 ÷ DoD ÷ 系统效率

式中：

• 负载 是所需的电池输出功率，单位为 kW。
• 运行时间 是所需持续时间，单位为小时。
• DoD 是可用放电深度。
• 系统效率 考虑了电池和 PCS 中的能量损耗。

备电示例

某工厂希望为 100kW 的关键负载供电两小时。

• 关键负载：100kW
• 备电时间：2 小时
• 可用 DoD：90%
• 系统效率：92%

计算方式为：

100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh

约 250kWh 或 261kWh 的标准系统可能适用，具体取决于可用配置和所需备电余量。

如果同一负载需要四小时备电：

100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

在这种情况下，可考虑约 500kWh 的系统。

削峰计算示例

对于削峰，电池容量取决于削减目标以及峰段持续时间。

假设某工厂希望将电网需量降低 200kW，持续两小时。

理论能量需求为：

200kW × 2 小时 = 400kWh

计入 90% DoD 和 92% 系统效率后：

400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh

一种可能的配置为：

• 约 200kW PCS 功率
• 约 500kWh 电池容量

但实际负载曲线可能表明，电池无需在两小时内始终提供完整的 200kW。在这种情况下，最终电池容量可能更低。

这就是为何分时段负载数据比简单地将最高需量乘以小时数更有用。

要了解该应用背后的财务目的，请进一步了解 电池储能如何降低需量电费.

不要使用全额铭牌容量

额定 500kWh 的电池通常不会向负载提供完整的 500kWh。

需要考虑三个因素。

放电深度

放电深度表示电池额定容量中有多少可用于正常使用。

在 90% DoD 下，500kWh 电池在其他损耗计入前可提供约 450kWh。

系统损耗

部分能量会通过 PCS、电池、变压器、电缆和辅助设备损耗。

冷却系统、控制设备和消防系统也可能消耗少量电力。

电池老化

电池容量会随着时间推移逐渐下降。

如果项目在若干年后仍需提供一定的备电时间，初始电池容量可能需要大于第一年的需求。

例如，如果项目在计划运营期结束时需要 500kWh，而预期剩余容量为 80%：

500kWh ÷ 0.80 = 625kWh

这并不意味着每个项目都必须按相同幅度放大配置。预留量应基于电池保修、预期循环次数和运行条件确定。

商业 BESS 容量配置中的常见错误

仅关注每月用电量

每月用电量无法体现需求高峰发生的时间及其持续时间。

选择电池容量时未核对 PCS 功率

如果 PCS 过小，大容量电池也无法带载大负荷。

将额定容量视为可用容量

DoD、效率损耗和预留设置都会减少可供负载使用的能量。

试图为所有负载提供备电

为整个设施提供备电可能会使系统规模远超实际所需。通常更好的做法是识别真正需要不间断供电的设备。

忽视电机启动功率

泵、压缩机和工业电机在启动时消耗的功率可能远高于正常运行时的功率。

选择尽可能大的系统

电池容量更大并不一定意味着投资更优。如果电池很少被完全使用，额外的容量可能只会增加项目成本。

为BESS选型前应准备哪些信息？

当具备以下信息时，供应商通常可以给出更准确的建议：

• 项目地点
• 电网电压和频率
• 近期电费账单
• 15-minute或30-minute负载数据
• 最大需量
• 关键负载
• 所需备用时间
• 现有或计划中的光伏容量
• 变压器容量
• 可用安装空间
• 电池系统的主要用途

即使无法获得全部数据，最重要的信息仍是最大负载、关键负载、预期运行时间和项目目标。

常见问题

100kW负载需要多大容量的电池？

对于两小时备电，100kW负载在考虑DoD和系统效率后可能需要约240kWh或以上。对于四小时备电，所需容量可能约为480kWh或以上。

100kW PCS是否需要100kWh电池？

不一定。100kW PCS搭配100kWh电池大致构成一小时系统。同一PCS也可以搭配200kWh、400kWh或更大容量，具体取决于所需运行时间和电池放电速率。

工厂需要多少电池储能容量？

这取决于电池需要承担的任务。小型削峰填谷项目可能只需要几百千瓦时，而长时间工业备用电源可能需要数兆瓦时。

同一BESS能否同时提供备电和削峰？

可以，但运行策略必须为备电预留足够的电池容量。如果电池因削峰而深度放电，发生停电时可能没有足够的可用能量。

多配置一些电池容量是否更好？

合理的预留容量可用于应对电池老化和未来负载增长。但是，在没有明确运行需求的情况下增加容量会增加系统成本并降低财务回报。

选择实用的系统容量

实用的BESS设计不应从产品型号开始，而应从设施的实际用电情况开始。

首先明确电池需要完成的任务。然后计算所需功率、运行时间和可用电池容量。之后，可将 DoD、效率、电机启动功率和电池老化等技术因素纳入计算。

对于简单的备用电源项目，计算可能较为直接。对于削峰填谷或光伏能源管理，负载曲线通常是最重要的信息。

目标不是选择最大的电池，而是选择一个能够完成所需任务、又不会让大量昂贵容量闲置的系统。

您还可以浏览我们的 工商业储能系统 以比较不同的机柜式和集装箱式 BESS 配置。