Enerji Depolama Santrali Sistemi İçin Verimlilik Hesaplama Formülü

1. Enerji depolamalı santral sisteminin verimlilik tanımı

Elektrik santralinin kapsamlı verimliliği

GBT 36549-2018 "Elektrokimyasal Enerji Depolama Güç Santrallerinin Çalışma Göstergeleri ve Değerlendirilmesi"ne göre, enerji depolama santrallerinin kapsamlı verimliliği, üretim ve işletme sürecinde şebeke içi elektrik ile şebeke dışı elektriğin oranı olmalıdır. değerlendirme süresi boyunca enerji depolama güç istasyonu, yani değerlendirme süresi boyunca enerji depolama güç istasyonu ile şebeke arasındaki ağ geçidi sayacı tarafından enerji depolama güç istasyonundan şebekeye iletilen toplam elektrik miktarı/toplam elektrik miktarı Enerji depolama santralinin aldığı ızgara.

Enerji depolama cihazlarının verimliliği

GB/T 51437-2021 "Rüzgar, Güneş ve Enerji Depolama Kombine Güç İstasyonları için Tasarım Standartları"na göre:

Enerji depolama cihazlarının verimliliği, pil verimliliği, güç dönüşüm sistemi verimliliği, güç hattı verimliliği ve trafo verimliliği gibi faktörlere göre aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanmalıdır:

Φ=Φ₁×Φ₂×Φ₃×Φ₄

Φ 1: Pil verimliliği, enerji depolama pillerinin şarj ve deşarj döngülerini tamamlama verimi, yani pil gövdesi tarafından boşaltılan elektrik miktarının, şarj edilen elektrik miktarına oranıdır. Enerji depolama bataryalarının teknik performansına göre bataryanın şarj deşarj dönüşüm verimliliği 1C oranında %92'den (çift yönlü) ve 0.5C hızında %94'ten (çift yönlü) az değildir;

Φ 2: Düzeltme verimliliği ve invertör verimliliği de dahil olmak üzere güç dönüşüm sisteminin verimliliği; Piyasanın PCS üretim durumuna göre genel olarak %98,5 (tek yön) alınır;

Φ 3:AC/DC kabloların çift yönlü iletim kaybı sonrası verimliliği dikkate alınarak enerji hatlarının verimliliği;

Φ 4:Transformatörün çift yönlü dönüşüm kaybı dikkate alındıktan sonra verimin de dikkate alınmasıyla transformatör verimliliği.

2. Enerji depolama santrallerinde yardımcı sistemlerin kaybı

Belirli işlevleri yerine getiren bir bütün olarak enerji depolama santralleri, işletme sırasında enerji depolama sisteminin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için entegre güç sistemleri, aydınlatma sistemleri, güvenlik sistemleri, yangın alarm sistemleri gibi çok sayıda yardımcı ekipmana güvenir. , çevre sistemleri, HVAC sistemleri, otomasyon sistemleri vb. Bu sistemler enerji depolama santrallerinin güvenilir çalışmasını sağlamak için yardımcı sistemler olarak görev yapmakta, dolayısıyla yardımcı ekipmanların güç tüketimi de enerjinin toplam enerji tüketiminin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. depolama enerji santrali.

Enerji depolama sistemi çalışır durumda olabilir veya çalışmayabilir (bekleme durumu). Şebeke tepe traşlama ve vadi doldurma çalışmalarına katılan enerji depolama santralleri için işletme stratejisi, 0.5C şarj deşarj oranı ile günde bir şarj ve bir deşarjı tamamlamak ise, enerji depolama sistemi devreye girecektir. şarj deşarj durumu sırasında (2 saat) ve geri kalan süre boyunca çalışmaz. Çalışma durumuyla ilgili olarak, yardımcı ekipmanının çalışma durumu, çalışmama durumundaki durumdan farklıdır. Temel fark, HVAC sisteminin çalışır durumdayken açılması ve çalışmaz durumdayken açılmaması veya ara sıra açılmasıdır.

Enerji depolama sisteminin ana yardımcı ekipmanı, akü prefabrik bölmesinde güç tüketir ve ana güç tüketen ekipman, endüstriyel iklimlendirmedir. Akü prefabrik bölmeleri için önemli bir termal yönetim ekipmanı olan endüstriyel iklimlendirme, enerji depolama sistemlerinin çalışması sırasında önemli bir cihazdır. Esas olarak enerji depolama ekipmanlarının çalışma sıcaklığını korumak ve enerji depolama hücrelerinin optimum performansını sağlamak için kullanılır. Yardımcı ekipmanın güç tüketimi esas olarak operasyonel stratejiler, mevsimler ve diğer faktörlerle ilgilidir. Akü prefabrik bölmesinin kliması, enerji depolama sistemi çalışırken esas olarak tamamen açılır. Çalışmadığında, dahili sirkülasyon hava çıkışı genellikle soğutma olmadan açılır ve güç tüketimi yüksek değildir. Bu nedenle günlük çalışma stratejisinin klimanın güç tüketimi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Günde bir şarj ve bir deşarj ile klima günde yaklaşık 2 saat çalışır. İki şarj ve iki deşarjla klima yaklaşık 4 saat çalışır.

Farklı mevsimlerin klimanın güç tüketimi üzerinde de önemli etkisi vardır. Bir klimanın soğutma kapasitesi aynı zamanda dış ortamın sıcaklığıyla da ilgilidir. Yaz aylarında ortam sıcaklığı yüksek olduğunda soğutma etkisi zayıf olduğundan çalışma saatleri uzayacaktır. Kış aylarında ortam sıcaklığı düşük ve soğutma etkisi iyi olmasına rağmen enerji depolama sisteminin soğutma çalışma süresi diğer mevsimlere göre daha kısadır. Ancak enerji depolama çalışmıyorken, enerji depolama pil hücrelerinin çalışma sıcaklığını sağlamak için ısıtma fonksiyonunun yine de etkinleştirilmesi gerekir. Bu nedenle kış ve yaz aylarında güç tüketimi nispeten yüksektir.

3. Vaka analizi

Sisteme Genel Bakış ve Kayıplar

Belirli bir enerji depolama pil bölmesinin konfigürasyon ölçeği 2MW/2MWh'dir ve ana güç tüketen ekipman klima, pil yönetim sistemi (BMS), fanlar, aydınlatma vb. içerir. Enerji depolama sisteminin çalışma modu, güç şebekesinin tepe noktası traşlanması ve vadinin doldurulması ve çalışma koşulu, bir döngü ile 1C şarj ve deşarjdır. Her ünite için maksimum 17,5kW soğutma gücüne sahip, 2 ünite için toplam 35kW olacak şekilde 2 klima ünitesi yapılandırın. Her ünite için maksimum ısıtma gücü 15kW olup, 2 ünite için toplam 30kW'tır. Klima dahili sirkülasyon modunda çalıştığında tek bir klimanın güç tüketimi 2kW, iki klimanın toplam güç tüketimi ise 4kW olmaktadır. Diğer elektrikli cihazlar arasında maksimum güç kaynağı kapasitesi yaklaşık 5 kW olan akü yönetim sistemleri (BMS), fanlar (her akü modülüne takılı), aydınlatma armatürleri vb. yer alır.

(1) Yardımcı sistemin kaybı

Yerinde test sonuçlarına göre, 1C çalışma koşulları altında bir tam şarj ve deşarj döngüsü gerçekleştirin. Yaz senaryoları için, klimanın 3 saat x 35 kW=105 kWh güç tüketimiyle yaklaşık 3 saat boyunca soğutma modunda çalışması gerekir. Zamanın geri kalanı dahili döngü modundadır ve 21 saat x 4 kW=84 kWh güç tüketimiyle toplam 189 kWh'dir. Diğer elektrikli ekipmanların çoğu zaman aynı anda tam güçte çalışmayacağı göz önüne alındığında, eş zamanlı faktör {{10}}.5 olarak kabul edilirse diğer elektrikli ekipmanların günlük güç tüketimi; yaklaşık 5kW × 24s × 0,5=60kWh.

Yerinde yapılan test sonuçlarına ve diğer elektrikli ekipmanların güç tüketimine göre, yaz senaryosunda, çalışma modu ve çalışma koşulları varsayıldığında (şebeke tepe tıraşına katılım, 1C şarj ve deşarj ve 1 şarj ve deşarj olduğu) görülmektedir. deşarj döngüsü), enerji depolama akü bölmesindeki klima ve diğer elektrikli ekipmanların günlük güç tüketimi yaklaşık 249 kWh'dir.

(2) Güç hattı verimliliği

DC ve AC kablolar akım geçtiğinde ısı kaybına neden olurlar. DC tarafının tek yönlü verimliliği yaklaşık %99,83'tür, PCS AC tarafındaki transformatörün alçak gerilim tarafının tek yönlü verimliliği yaklaşık %99,95'tir ve yüksek gerilim AC tarafının tek yönlü verimliliği yaklaşık %99,89'dur. Tek yönlü kayıp dikkate alındığında enerji hattı verimliliği %99,67; Çift yönlü kayıplar dikkate alındığında enerji hattı verimliliği %99,34'tür.

(3) Trafo verimliliği

GB/T 10228-2015 "Kuru Tip Güç Transformatörleri için Teknik Parametreler ve Gereksinimler"e göre projede yaygın olarak kullanılan kuru tip transformatörler, 35kV 2000kVA ikazsız gerilim regülasyonlu güç transformatörleri için aşağıdaki kayıp göstergelerine sahiptir:

Yük kaybı yok: 4,23kW;

Yük kaybı: 17,2kW (100 derece);

Nominal güçle çalışmada, transformatör verimliliği (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%'tür, dolayısıyla transformatörün çift yönlü verimliliği %98,93 × %98,93{{9 }}.87%.

Verimlilik istatistikleri

Enerji depolama santrallerinin verimliliği hesaplanırken enerji akış yönüne dikkat edilmeli, hem şarj hem de deşarj işlemleri sırasında yardımcı sistemin elektrik tüketimi yük kaybı olarak dikkate alınmalıdır. Enerji depolama sistemlerinin verimliliği hesaplanırken, hesaplama uygulamasının çift yönlü verimlilik mi yoksa tek yönlü verimlilik mi olduğunu belirlemek için standart tanımların birleştirilmesi gerekmektedir. Yukarıdaki modellerin verimlilik istatistikleri aşağıdaki gibidir:

Verimlilik analizi

(1) Enerji depolama sisteminin şarj verimliliği (şarj işlemi sırasında yalnızca tek yönlü verimlilik dikkate alınarak)

Pil sisteminin SOC'sinin tutarlı olduğu ve şarj ve deşarj derinliğinin %90 olduğu varsayıldığında, 2MWh'lik bir enerji depolama sisteminin 1 saatte tamamen şarj edilmesi gerekiyorsa, AC tarafındaki ilk şarj enerjisinin şöyle olması gerekir:

İletişim tarafında başlangıç ​​şarj kapasitesi{{0}}(sistemin nominal kapasitesi x şarj ve deşarj derinliği) ÷ akü sisteminin şarj verimliliği ÷ enerji depolama dönüştürücüsünün düzeltme verimliliği ÷ trafo verimliliği ÷ güç hattı verimlilik+yardımcı ekipmanın güç tüketimi (yardımcı sistemin şarjdan sonraki 1 saat içinde tam yükte çalışması dikkate alındığında)=2000 × 0,9 ÷ %95,92 ÷ %98,5 ÷ %98,93 ÷ %99,67+(35+5) × 1=1972.12kWh,

Enerji depolama sisteminin AC tarafının şarj verimliliği (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27%'dir.

(2) Enerji depolama sisteminin deşarj verimliliği (deşarj işlemi sırasında yalnızca tek yönlü verim dikkate alınarak)

İletişim tarafındaki ilk deşarj enerjisi{{0}}(sistemin nominal kapasitesi x şarj ve deşarj derinliği) x akü sisteminin şarj verimliliği x enerji depolama dönüştürücüsünün invertör verimliliği x trafo verimliliği x güç hattı verimlilik - yardımcı ekipmanın güç tüketimi (yardımcı sistemin şarj edildikten sonraki 1 saat içinde tam yükte çalışması dikkate alındığında)=2000 × 0,9 × %95,92 × %98,5 × %98,93 × %99,67 - (35+5) × 1=1636.91kWh,

Enerji depolama sisteminin AC tarafının deşarj verimliliği 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%'tir.

(3) Enerji depolama cihazı verimliliği (yukarıdaki formüle göre çift yönlü verimlilik kullanılmalıdır)

Enerji depolama cihazı verimliliği tanımına göre, enerji depolama cihazının verimliliği şu şekilde elde edilebilir:

Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.

(4) Elektrik santralinin kapsamlı verimliliği

Değerlendirme döngüsünün tam şarjlı bir deşarj olduğunu, yani bekleme koşulları dikkate alınmaksızın 1 saat şarj ve 1 saat deşarj olduğunu varsayarsak, elektrik santralinin bir döngüdeki kapsamlı verimliliği=bir döngüde enerji boşaltma ÷ şarj etme bir döngüdeki miktar=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.

Değerlendirme döngüsünün günde 1 döngü olmak üzere 1 gün olduğu, yani 1 saat şarj, 1 saat boşaltma ve 22 saat bekleme olduğu varsayılır. Günlük deşarj kapasitesi 1 deşarj kapasitesi olup önceki metinde 1972,12 kWh olarak hesaplanmıştır. Günlük şarj kapasitesinde 1972,12 kWh'lik 1 şarj kapasitesinin yanı sıra, bekleme süresi boyunca yardımcı sistemin güç kaybını da dikkate almak gerekir. (Önceki hesaplamada enerji depolama akü bölmesindeki yardımcı elektrik tüketimi günlük 249kWh idi. Ancak şarj ve deşarj gücünün hesaplanması sürecinde, şarj ve deşarjdan sonraki 2 saat içindeki yardımcı elektrik tüketimi zaten dikkate alınmıştır. saatte 40kWh olabilir. Bu kısım tekrar tekrar sayılamaz.)

Genel olarak, enerji depolama santrallerinin günlük kapsamlı verimliliği şu şekilde hesaplanır: günlük deşarj enerjisi ÷ günlük şarj=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.