1. Визначення ефективності системи енергоакумулювання електростанції
Комплексна ефективність електростанції
Відповідно до GBT 36549-2018 «Показники роботи та оцінка електрохімічних електростанцій для накопичення енергії», повна ефективність електростанцій для накопичення енергії має дорівнювати відношенню електроенергії в мережі та електроенергії поза мережею під час процесу виробництва та експлуатації енергоакумулююча електростанція протягом періоду оцінки, тобто загальна кількість електроенергії, переданої від енергоакумулюючої електростанції до мережі лічильником між енергоакумулюючою електростанцією та мережею під час оцінки період/загальний обсяг електроенергії, отриманої енергоакумулюючою електростанцією з мережі.
Ефективність накопичувачів енергії
Відповідно до GB/T 51437-2021 «Стандарти проектування комбінованих електростанцій вітру, сонця та акумулювання енергії»:
Ефективність накопичувачів енергії слід розраховувати на основі таких факторів, як ефективність батареї, ефективність системи перетворення електроенергії, ефективність лінії електропередачі та ефективність трансформатора за такою формулою:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Ефективність батареї, ефективність акумуляторів для зберігання енергії, що завершують цикли заряду та розряду, що є відношенням кількості електроенергії, розрядженої корпусом батареї, до кількості зарядженої електроенергії. Згідно з технічними характеристиками акумуляторів, ефективність перетворення заряду в розряд батареї становить не менше 92% (двонаправлений) при швидкості 1C і не менше 94% (двонаправлений) при швидкості 0.5C;
Φ 2: Ефективність системи перетворення електроенергії, включаючи ефективність випрямлення та ефективність інвертора; Згідно з ринковою ситуацією виробництва PCS, зазвичай береться 98,5% (в один бік);
Φ 3:Ефективність ліній електропередач, враховуючи ефективність після втрати двонаправленої передачі кабелів змінного/постійного струму;
Φ 4:ККД трансформатора з урахуванням ККД після врахування втрат двонаправленого перетворення трансформатора.
2. Втрата допоміжних систем на енергоакумулюючих електростанціях
Як єдине ціле, яке реалізує певні функції, енергоакумулюючі електростанції покладаються на велику кількість допоміжного обладнання для забезпечення безпечної та стабільної роботи системи накопичення енергії під час роботи, такого як інтегровані системи живлення, системи освітлення, системи безпеки, системи пожежної сигналізації , системи навколишнього середовища, системи ОВК, системи автоматизації тощо. Ці системи служать допоміжними системами для енергоакумулюючих електростанцій для забезпечення їх надійної роботи, тому енергоспоживання допоміжного обладнання також становить значну частку загального споживання енергії енергоакумулююча електростанція.
Система накопичення енергії може працювати або не працювати (стан очікування). Для електростанцій, що накопичують енергію, які беруть участь у зниженні піків мережі та заповненні долини, якщо стратегія роботи полягає в завершенні одного заряду та одного розряду на день із швидкістю розряду заряду 0,5C, система накопичення енергії працюватиме в стані розрядки заряду (2 год), а в інший час не працює. Що стосується робочого стану, робочий стан його допоміжного обладнання відрізняється від того, що знаходиться в неробочому стані. Основна відмінність полягає в тому, що система опалення, вентиляції та кондиціонування вмикається в робочому стані та не вмикається або час від часу вмикається в неробочому стані.
Основне допоміжне обладнання системи накопичення енергії споживає електроенергію в акумуляторному збірному відсіку, а основним енергоспоживаючим обладнанням є промислове кондиціонування повітря. Промислове кондиціювання повітря, як основне обладнання для керування температурою для збірних батарейних відсіків, є важливим пристроєм під час роботи систем зберігання енергії. Він в основному використовується для підтримки робочої температури обладнання для зберігання енергії та забезпечення оптимальної роботи елементів накопичення енергії. Енергоспоживання допоміжного обладнання в основному пов’язане з робочими стратегіями, сезонами та іншими факторами. Кондиціонер збірного акумуляторного відсіку в основному повністю вмикається, коли система накопичення енергії працює. Коли він не працює, внутрішня циркуляція повітря зазвичай увімкнена, без охолодження, і споживання електроенергії невисоке. Таким чином, щоденна стратегія роботи має значний вплив на споживання електроенергії кондиціонером. При одному зарядженні та одній розрядці на день кондиціонер працює приблизно 2 години на день. При двох зарядах і двох розрядах кондиціонер працює близько 4 годин.
Різні пори року також мають значний вплив на споживання електроенергії кондиціонером. Охолоджувальна здатність кондиціонера також залежить від температури навколишнього середовища. Коли влітку температура навколишнього середовища висока, ефект охолодження слабкий, тому робочий час буде збільшено. Взимку, незважаючи на низьку температуру навколишнього середовища та хороший ефект охолодження, робочий час охолодження системи накопичення енергії коротший, ніж в інші пори року. Однак, коли накопичувач енергії не працює, функцію нагрівання все одно потрібно активувати, щоб забезпечити робочу температуру елементів акумулятора накопичувача енергії. Тому споживання електроенергії взимку і влітку відносно високе.
3. Розбір кейсу
Огляд системи та втрати
Масштаб конфігурації певного акумуляторного відсіку накопичувача енергії становить 2 МВт/2 МВт·год, а основне енергоспоживаюче обладнання включає кондиціонер, систему керування батареєю (BMS), вентилятори, освітлення тощо. Режим роботи системи накопичення енергії бере участь у пікове зменшення та заповнення долини електромережі, а робочий стан — зарядка та розрядка 1C з одним циклом. Налаштуйте 2 блоки кондиціонування повітря з максимальною потужністю охолодження 17,5 кВт для кожного блоку, що становить 35 кВт для 2 блоків. Максимальна потужність обігріву для кожного блоку становить 15 кВт, що становить 30 кВт для 2 блоків. При роботі кондиціонера в режимі внутрішньої циркуляції споживана потужність одного кондиціонера становить 2 кВт, а сумарна потужність двох кондиціонерів становить 4 кВт. Інші електричні пристрої включають системи керування батареями (BMS), вентилятори (встановлені в кожному модулі батареї), освітлювальні прилади тощо з максимальною потужністю джерела живлення приблизно 5 кВт.
(1) Втрата допоміжної системи
Відповідно до результатів тестування на місці виконайте один повний цикл заряджання та розряджання в робочих умовах 1C. Для літніх сценаріїв кондиціонер повинен працювати в режимі охолодження приблизно 3 години, споживаючи електроенергію 3 години x 35 кВт=105 кВт·год. Решту часу – у режимі внутрішнього циклу із споживанням електроенергії 21 годину x 4 кВт=84 кВт·год, що становить 189 кВт·год. Враховуючи, що інше електричне обладнання не працюватиме на повну потужність одночасно протягом більшої частини часу, якщо одночасний фактор розглядається як {{10}}.5, щоденне споживання електроенергії іншим електричним обладнанням становить приблизно 5 кВт × 24 год × 0.5=60 кВт·год.
Видно, що згідно з результатами тестування на місці та споживанням електроенергії іншого електрообладнання, у літньому сценарії, припускаючи режим роботи та умови роботи (участь у знищенні піків мережі, зарядці та розрядці 1С, 1 зарядці та циклу розрядки), добове споживання електроенергії кондиціонером та іншим електричним обладнанням у відсіку накопичувача енергії становить близько 249 кВт-год.
(2) Ефективність лінії електропередач
Коли кабелі постійного та змінного струму пропускають струм, вони генерують втрату тепла. Односпрямована ефективність сторони постійного струму становить близько 99,83%, односпрямована ефективність сторони низької напруги трансформатора змінного струму PCS становить близько 99,95%, а односпрямована ефективність сторони високої напруги змінного струму становить близько 99,89%. Враховуючи односпрямовані втрати, ефективність лінії електропередач становить 99,67%; З урахуванням двонаправлених втрат ККД лінії електропередач становить 99,34%.
(3) ККД трансформатора
Сухі трансформатори, які зазвичай використовуються в проекті, відповідно до GB/T 10228-2015 "Технічні параметри та вимоги до силових трансформаторів сухого типу", мають такі показники втрат для силових трансформаторів 35 кВ 2000 кВА без збудження, що регулюють напругу:
Втрата без навантаження: 4,23 кВт;
Втрати навантаження: 17,2 кВт (100 градусів);
При роботі з номінальною потужністю ККД трансформатора становить (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, тому двонаправлений ККД трансформатора становить 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.
Статистика ефективності
При розрахунку ефективності енергоакумулюючих електростанцій слід звернути увагу на напрямок потоку енергії, а споживання електроенергії допоміжною системою слід розглядати як втрати навантаження під час процесів зарядки та розрядки. Під час розрахунку ефективності систем накопичення енергії необхідно комбінувати стандартні визначення, щоб визначити, чи є застосування розрахунку двонаправленою ефективністю чи однонаправленою ефективністю. Статистика ефективності наведених вище моделей така:
| Номер | Композиція ефективності | Двонаправлена ефективність | Односпрямована ефективність | Примітки |
| 1 | Акумуляторна система | 92% | 95.92% | Припускаючи, що ефективність заряджання відповідає ефективності розрядки |
| 2 | Інвертор накопичення енергії | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | ККД лінії електропередач | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Підвищення ефективності | 97.87% | 98.93% |
Аналіз ефективності
(1) Ефективність заряджання системи зберігання енергії (враховуючи лише односпрямовану ефективність під час процесу заряджання)
Якщо припустити, що SOC акумуляторної системи є стабільним, а глибина заряджання та розряджання вважається рівною 90%, якщо систему накопичення енергії ємністю 2 МВт·год потрібно повністю зарядити за 1 годину, початкова енергія заряджання на її стороні змінного струму повинна бути:
Початкова зарядна ємність на стороні зв’язку{{0}}(номінальна ємність системи х глибина заряду та розряду) ÷ ефективність зарядки акумуляторної системи ÷ ефективність випрямлення перетворювача накопичувача енергії ÷ ефективність трансформатора ÷ лінія електропередачі ККД+енергоспоживання допоміжного обладнання (враховуючи роботу допоміжної системи з повним навантаженням протягом 1 години після заряджання)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972,12 кВт·гл,
Ефективність заряджання сторони змінного струму системи накопичення енергії становить (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27%.
(2) Ефективність розряду системи накопичення енергії (враховуючи лише односпрямовану ефективність під час процесу розряду)
Початкова енергія розряду на стороні зв’язку{{0}}(номінальна ємність системи x глибина заряду та розряду) x ефективність заряджання акумуляторної системи x ефективність інвертора перетворювача накопичення енергії x ефективність трансформатора x лінія живлення ефективність - енергоспоживання допоміжного обладнання (враховуючи роботу допоміжної системи з повним навантаженням протягом 1 години після заряджання)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91 кВт·год,
Ефективність розряду на стороні змінного струму системи накопичення енергії становить 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.
(3) Ефективність накопичувача енергії (відповідно до формули вище, слід використовувати двонаправлену ефективність)
Згідно з визначенням ефективності накопичувача енергії, ефективність накопичувача енергії можна отримати як:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Комплексна ефективність електростанції
Припускаючи, що цикл оцінки є повним заряджанням, тобто заряджанням протягом 1 години та розряджанням протягом 1 години, без урахування умов очікування, повна ефективність електростанції за один цикл=розряджання енергії за один цикл ÷ заряджання кількість за один цикл=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Припустимо, що цикл оцінки становить 1 день з 1 циклом на день, тобто зарядка протягом 1 години, розрядка протягом 1 години та режим очікування протягом 22 годин. Добова потужність скиду становить 1 ємність скиду, яка в попередньому тексті розрахована як 1972,12 кВт/год. На додаток до 1972,12 кВт-год зарядної ємності, щоденна зарядна ємність також повинна враховувати втрату потужності допоміжної системи під час періоду очікування. (У попередньому розрахунку споживання допоміжної електроенергії у відсіку акумулятора накопичувача енергії становило 249 кВт·год на день. Однак у процесі розрахунку потужності заряджання та розряджання допоміжне споживання електроенергії протягом 2 годин після заряджання та розряджання вже було враховано як становить 40 кВт/год. Цю частину не можна рахувати повторно.)
Загалом добовий комплексний ККД електростанцій, що накопичують енергію, розраховується так: енергія щоденного розряду ÷ щоденний заряд=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.