1. Definícia účinnosti systému energetických zásobníkov energie
Komplexná účinnosť elektrárne
Podľa GBT 36549-2018 "Ukazovatele prevádzky a hodnotenie elektrochemických elektrární na ukladanie energie" by mala byť komplexná účinnosť elektrární na akumuláciu energie pomerom elektriny na sieti a elektriny mimo siete počas procesu výroby a prevádzky elektráreň na akumuláciu energie počas vyhodnocovacieho obdobia, t. j. celkové množstvo elektriny prenesené z elektrárni na akumuláciu energie do siete meracím zariadením brány medzi elektrárňou na akumuláciu energie a sieťou počas hodnotiaceho obdobia/celkové množstvo elektriny prijímaná elektrárňou na uskladnenie energie z mriežka.
Účinnosť zariadení na ukladanie energie
Podľa GB/T 51437-2021 „Štandardy dizajnu pre veterné, solárne a kombinované elektrárne na ukladanie energie“:
Účinnosť zariadení na ukladanie energie by sa mala vypočítať na základe faktorov, ako je účinnosť batérie, účinnosť systému konverzie energie, účinnosť elektrického vedenia a účinnosť transformátora pomocou nasledujúceho vzorca:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Účinnosť batérie, účinnosť batérií na ukladanie energie, ktoré dokončujú cykly nabíjania a vybíjania, čo je pomer množstva elektriny vybitej telom batérie k množstvu nabitej elektriny. Podľa technického výkonu batérií na ukladanie energie nie je účinnosť konverzie vybitia batérie nižšia ako 92 % (obojsmerná) pri rýchlosti 1C a najmenej 94 % (obojsmerná) pri rýchlosti 0.5C;
Φ 2: Účinnosť systému premeny energie vrátane účinnosti usmerňovania a účinnosti meniča; Podľa situácie výroby PCS na trhu sa vo všeobecnosti odoberá 98,5 % (jednosmerne);
Φ 3:Účinnosť elektrických vedení, berúc do úvahy účinnosť po obojsmernej prenosovej strate káblov AC/DC;
Φ 4:Účinnosť transformátora, berúc do úvahy účinnosť po zvážení obojsmernej transformačnej straty transformátora.
2. Strata pomocných systémov v elektrárňach na skladovanie energie
Ako celok, ktorý realizuje určité funkcie, sa elektrárne na akumuláciu energie spoliehajú na veľké množstvo pomocných zariadení na zaistenie bezpečnej a stabilnej prevádzky systému skladovania energie počas prevádzky, ako sú integrované energetické systémy, osvetľovacie systémy, bezpečnostné systémy, systémy požiarnej signalizácie. , environmentálne systémy, systémy HVAC, automatizačné systémy a pod. Tieto systémy slúžia ako pomocné systémy pre elektrárne akumulujúce energiu na zabezpečenie ich spoľahlivej prevádzky, preto aj spotreba pomocných zariadení tvorí významný podiel na celkovej spotrebe energie akumulačná elektráreň.
Systém akumulácie energie môže byť v prevádzke alebo mimo prevádzky (pohotovostný stav). V prípade elektrární na skladovanie energie, ktoré sa zúčastňujú na odstraňovaní špičiek siete a napĺňaní údolia, ak je prevádzkovou stratégiou dokončenie jedného nabitia a jedného vybitia za deň s rýchlosťou vybíjania 0,5C, systém skladovania energie bude v prevádzke počas stavu vybitia nabitia (2h) a počas zvyšku času nie je v prevádzke. Pokiaľ ide o prevádzkový stav, prevádzkový stav jeho pomocného zariadenia je odlišný od stavu mimo prevádzky. Hlavný rozdiel je v tom, že systém HVAC je zapnutý v prevádzkovom stave a nie je zapnutý alebo sa občas zapne v neprevádzkovom stave.
Hlavné pomocné zariadenie systému skladovania energie spotrebúva energiu v prefabrikovanom priestore batérie a hlavným zariadením spotrebúvajúcim energiu je priemyselná klimatizácia. Priemyselná klimatizácia, ako kľúčové zariadenie tepelného manažmentu pre batériové prefabrikované priehradky, je nevyhnutným zariadením počas prevádzky systémov na skladovanie energie. Používa sa najmä na udržiavanie prevádzkovej teploty zariadení na skladovanie energie a na zabezpečenie optimálneho výkonu článkov na skladovanie energie. Spotreba energie pomocných zariadení súvisí najmä s prevádzkovými stratégiami, ročnými obdobiami a inými faktormi. Klimatizácia batériového prefabrikovaného priestoru je hlavne plne zapnutá, keď je v prevádzke systém akumulácie energie. Keď nie je v prevádzke, vnútorný výstup cirkulačného vzduchu je zvyčajne zapnutý, bez chladenia a spotreba energie nie je vysoká. Preto má každodenná pracovná stratégia významný vplyv na spotrebu energie klimatizácie. Na jedno nabitie a jedno vybitie za deň klimatizácia beží približne 2 hodiny denne. Pri dvoch nabitiach a dvoch vybitiach klimatizácia beží približne 4 hodiny.
Na príkon klimatizácie majú výrazný vplyv aj rôzne ročné obdobia. Chladiaci výkon klimatizácie súvisí aj s teplotou vonkajšieho prostredia. Keď je okolitá teplota v lete vysoká, chladiaci účinok je slabý, takže pracovný čas sa predĺži. V zime, aj keď je okolitá teplota nízka a chladiaci účinok je dobrý, pracovný čas chladenia systému skladovania energie je kratší ako v iných ročných obdobiach. Keď však akumulácia energie nie je spustená, je stále potrebné aktivovať funkciu ohrevu, aby sa zabezpečila pracovná teplota článkov akumulátora energie. Preto je spotreba energie v zime a v lete pomerne vysoká.
3. Analýza prípadov
Prehľad systému a straty
Konfiguračná škála určitého priestoru pre batériu na ukladanie energie je 2 MW/2 MWh a medzi hlavné zariadenia spotrebúvajúce energiu patrí klimatizácia, systém správy batérií (BMS), ventilátory, osvetlenie atď. špičkové oholenie a údolné naplnenie elektrickej siete a prevádzková podmienka je nabíjanie a vybíjanie 1C s jedným cyklom. Nakonfigurujte 2 klimatizačné jednotky s maximálnym chladiacim výkonom 17,5 kW pre každú jednotku, spolu 35 kW pre 2 jednotky. Maximálny vykurovací výkon pre každú jednotku je 15 kW, spolu 30 kW pre 2 jednotky. Keď klimatizácia pracuje v režime vnútornej cirkulácie, spotreba energie jednej klimatizácie je 2 kW a celková spotreba energie dvoch klimatizácií je 4 kW. Medzi ďalšie elektrické zariadenia patria systémy riadenia batérií (BMS), ventilátory (inštalované v každom batériovom module), svietidlá atď., s maximálnou kapacitou napájania približne 5 kW.
(1) Strata pomocného systému
Podľa výsledkov testu na mieste vykonajte jeden úplný cyklus nabitia a vybitia pri prevádzkových podmienkach 1C. Pri letných scenároch musí klimatizácia fungovať v režime chladenia približne 3 hodiny so spotrebou energie 3 hodiny x 35 kW=105 kWh. Zvyšok času je v režime vnútorného cyklu so spotrebou energie 21 hodín x 4 kW=84 kWh, spolu 189 kWh. Ak vezmeme do úvahy, že ostatné elektrické zariadenia nebudú väčšinu času pracovať na plný výkon v rovnakom čase, ak sa súčasný faktor považuje za {{10}}.5, denná spotreba energie iných elektrických zariadení je približne 5 kW × 24 h × 0.{15}} kWh.
Je vidieť, že podľa výsledkov testov na mieste a spotreby energie iných elektrických zariadení, v letnom scenári, za predpokladu prevádzkového režimu a prevádzkových podmienok (účasť na odstraňovaní špičiek siete, 1C nabíjanie a vybíjanie a 1 nabíjanie a vybíjacieho cyklu), denná spotreba energie klimatizácie a iných elektrických zariadení v priestore pre akumulátor energie je približne 249 kWh.
(2) Účinnosť elektrického vedenia
Keď DC a AC káble prechádzajú prúdom, vytvárajú tepelné straty. Jednosmerná účinnosť strany DC je približne 99,83 %, jednosmerná účinnosť nízkonapäťovej strany transformátora PCS AC je približne 99,95 % a jednosmerná účinnosť strany vysokého napätia AC je približne 99,89 %. Ak vezmeme do úvahy jednosmernú stratu, účinnosť elektrického vedenia je 99,67%; Ak vezmeme do úvahy obojsmerné straty, účinnosť elektrického vedenia je 99,34%.
(3) Účinnosť transformátora
Bežne používané transformátory suchého typu v projekte podľa GB/T 10228-2015 „Technické parametre a požiadavky na výkonové transformátory suchého typu“ majú nasledujúce indikátory straty pre 35kV 2000kVA nebudené výkonové transformátory regulujúce napätie:
Bez straty zaťaženia: 4,23 kW;
Strata zaťaženia: 17,2 kW (100 stupňov);
Pri prevádzke s menovitým výkonom je účinnosť transformátora (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98,93 %, takže obojsmerná účinnosť transformátora je 98,93 % × 98,93 %{{9 }},87 %.
Štatistika efektívnosti
Pri výpočte účinnosti elektrární na akumuláciu energie by sa mala venovať pozornosť smeru toku energie a spotreba elektrickej energie pomocného systému by sa mala považovať za stratu zaťaženia počas nabíjania a vybíjania. Pri výpočte účinnosti systémov skladovania energie je potrebné kombinovať štandardné definície, aby sa určilo, či je výpočtovou aplikáciou obojsmerná účinnosť alebo jednosmerná účinnosť. Štatistiky účinnosti vyššie uvedených modelov sú nasledovné:
| číslo | Zloženie účinnosti | Obojsmerná účinnosť | Jednosmerná účinnosť | Poznámky |
| 1 | Systém batérie | 92% | 95.92% | Za predpokladu, že účinnosť nabíjania je v súlade s účinnosťou vybíjania |
| 2 | Invertor na akumuláciu energie | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Účinnosť elektrického vedenia | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Zvýšenie účinnosti | 97.87% | 98.93% |
Analýza účinnosti
(1) Účinnosť nabíjania systému skladovania energie (berúc do úvahy iba jednosmernú účinnosť počas procesu nabíjania)
Za predpokladu, že SOC batériového systému je konzistentné a hĺbka nabíjania a vybíjania sa považuje za 90 %, ak je potrebné 2MWh systém na uskladnenie energie úplne nabiť za 1 hodinu, počiatočná nabíjacia energia na jeho AC strane musí byť:
Počiatočná nabíjacia kapacita na strane komunikácie{{0}}(menovitá kapacita systému x hĺbka nabitia a vybitia) ÷ účinnosť nabíjania batériového systému ÷ účinnosť usmerňovania meniča zásobníka energie ÷ účinnosť transformátora ÷ elektrické vedenie účinnosť+spotreba energie pomocných zariadení (vzhľadom na prevádzku pomocného systému pri plnom zaťažení do 1 hodiny od nabíjania)=2000 × 0,9 ÷ 95,92 % ÷ 98,5 % ÷ 98,93 % ÷ 99,67 % + (35+5) × 1=1972,12 kWhl,
Účinnosť nabíjania AC strany systému na ukladanie energie je (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91,27 %.
(2) Účinnosť vybíjania systému skladovania energie (berúc do úvahy iba jednosmernú účinnosť počas procesu vybíjania)
Energia počiatočného vybitia na komunikačnej strane{{0}}(menovitá kapacita systému x hĺbka nabitia a vybitia) x účinnosť nabíjania batériového systému x účinnosť meniča konvertora na ukladanie energie x účinnosť transformátora x elektrické vedenie účinnosť – spotreba energie pomocných zariadení (vzhľadom na prevádzku pomocného systému pri plnom zaťažení do 1 hodiny od nabíjania)=2000 × 0,9 × 95,92 % × 98,5 % × 98,93 % × 99,67 % – (35+5) × 1=1636,91 kWh,
Účinnosť vybíjania striedavej strany systému akumulácie energie je 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94 %.
(3) Účinnosť zariadenia na ukladanie energie (podľa vyššie uvedeného vzorca by sa mala využívať obojsmerná účinnosť)
Podľa definície účinnosti zásobníka energie možno účinnosť zásobníka energie získať ako:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Komplexná účinnosť elektrárne
Za predpokladu, že hodnotiaci cyklus je úplné vybitie nabitia, to znamená nabíjanie 1 hodinu a vybíjanie 1 hodinu, bez zohľadnenia podmienok pohotovostného režimu, komplexná účinnosť elektrárne v jednom cykle=vybitie energie v jednom cykle ÷ nabíjanie množstvo v jednom cykle=1636,91 ÷ 1972.12=83.00 %.
Za predpokladu, že cyklus vyhodnocovania je 1 deň, pričom 1 cyklus za deň, tj nabíjanie 1 hodinu, vybíjanie 1 hodinu a pohotovostný režim 22 hodín. Denná kapacita výboja je 1 výbojová kapacita, ktorá je v predchádzajúcom texte vypočítaná ako 1972,12 kWh. Okrem kapacity na 1 nabitie 1972,12 kWh musí denná kapacita nabíjania zohľadňovať aj stratu výkonu pomocného systému počas pohotovostného režimu. (V predchádzajúcom výpočte bola spotreba pomocnej elektriny v priestore pre akumulátor energie 249 kWh za deň. V procese výpočtu nabíjacieho a vybíjacieho výkonu sa však spotreba pomocnej elektriny do 2 hodín od nabíjania a vybíjania už považovala za byť 40 kWh za hodinu Táto časť sa nedá započítať opakovane.)
Celkovo sa denná komplexná účinnosť elektrární na akumuláciu energie vypočítava takto: denná energia vybitia ÷ denné nabitie=1636,91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76,45 %.