1. Definicija učinkovitosti sustava elektrane za pohranu energije
Sveobuhvatna učinkovitost elektrane
Prema GBT-u 36549-2018 "Pokazatelji rada i procjena elektrana za pohranu elektrokemijske energije", sveobuhvatna učinkovitost elektrana za pohranu energije trebala bi biti omjer električne energije uključene u mrežu i električne energije izvan mreže tijekom procesa proizvodnje i rada elektrana za skladištenje energije tijekom razdoblja ocjenjivanja, odnosno ukupna količina električne energije prenesena iz elektrane za skladištenje energije u mrežu putem mjerača pristupnika između elektrane za skladištenje energije i mreže tijekom ocjenjivanja razdoblje/ukupna količina električne energije koju elektrana za skladištenje energije primi iz mreže.
Učinkovitost uređaja za pohranu energije
Prema GB/T 51437-2021 "Standardima dizajna za kombinirane elektrane na vjetar, solar i pohranu energije":
Učinkovitost uređaja za pohranu energije treba izračunati na temelju čimbenika kao što su učinkovitost baterije, učinkovitost sustava za pretvorbu energije, učinkovitost dalekovoda i učinkovitost transformatora pomoću sljedeće formule:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Učinkovitost baterije, učinkovitost baterija za pohranu energije koje dovršavaju cikluse punjenja i pražnjenja, što je omjer količine električne energije koju isprazni tijelo baterije i količine napunjene električne energije. Prema tehničkim karakteristikama baterija za pohranu energije, učinkovitost pretvorbe punjenja i pražnjenja baterije nije manja od 92% (dvosmjerno) pri brzini od 1C, i ne manje od 94% (dvosmjerno) pri brzini 0.5C;
Φ 2: Učinkovitost sustava za pretvorbu energije, uključujući učinkovitost ispravljanja i učinkovitost pretvarača; Prema situaciji u proizvodnji PCS-a na tržištu, općenito se uzima 98,5% (jednosmjerno);
Φ 3:Učinkovitost dalekovoda, uzimajući u obzir učinkovitost nakon dvosmjernog gubitka prijenosa AC/DC kabela;
Φ 4:Učinkovitost transformatora, uzimajući u obzir učinkovitost nakon razmatranja dvosmjernog transformacijskog gubitka transformatora.
2. Gubitak pomoćnih sustava u elektranama za pohranu energije
Kao cjelina koja ostvaruje određene funkcije, elektrane za pohranu energije oslanjaju se na veliki broj pomoćne opreme koja osigurava siguran i stabilan rad sustava za pohranu energije tijekom rada, kao što su integrirani elektroenergetski sustavi, sustavi rasvjete, sigurnosni sustavi, protupožarni sustavi. , sustavi zaštite okoliša, HVAC sustavi, sustavi automatizacije itd. Ovi sustavi služe kao pomoćni sustavi za elektrane za skladištenje energije kako bi se osigurao njihov pouzdan rad, stoga potrošnja energije pomoćne opreme također čini značajan udio u ukupnoj potrošnji energije elektrana za skladištenje energije.
Sustav za pohranu energije može raditi ili ne raditi (stanje pripravnosti). Za elektrane za pohranu energije koje sudjeluju u smanjenju vršnog opterećenja mreže i punjenju doline, ako je strategija rada dovršiti jedno punjenje i jedno pražnjenje po danu s brzinom pražnjenja od 0,5C, sustav za pohranu energije bit će u funkciji tijekom stanja pražnjenja punjenja (2h), a ostalo vrijeme ne radi. Što se tiče radnog statusa, radni status njegove pomoćne opreme razlikuje se od onog u stanju mirovanja. Glavna razlika je u tome što je HVAC sustav uključen u radnom stanju, a nije uključen ili se povremeno uključuje u neradnom stanju.
Glavna pomoćna oprema sustava za pohranu energije troši energiju u prefabriciranom odjeljku za baterije, a glavna oprema za potrošnju energije je industrijski klima uređaj. Industrijska klimatizacija, kao ključna oprema za upravljanje toplinom za prefabricirane odjeljke baterija, bitan je uređaj tijekom rada sustava za pohranu energije. Uglavnom se koristi za održavanje radne temperature opreme za pohranu energije i osiguranje optimalne učinkovitosti ćelija za pohranu energije. Potrošnja energije pomoćne opreme uglavnom je povezana s operativnim strategijama, godišnjim dobima i drugim čimbenicima. Klimatizacija montažnog odjeljka za baterije uglavnom je potpuno uključena kada sustav za pohranu energije radi. Kada ne radi, unutarnja cirkulacija zraka obično je uključena, bez hlađenja, a potrošnja energije nije velika. Stoga dnevna strategija rada ima značajan utjecaj na potrošnju energije klima uređaja. S jednim punjenjem i jednim pražnjenjem dnevno, klima uređaj radi oko 2 sata dnevno. Uz dva punjenja i dva pražnjenja, klima radi oko 4 sata.
Različita godišnja doba također imaju značajan utjecaj na potrošnju energije klima uređaja. Kapacitet hlađenja klima uređaja također je povezan s temperaturom vanjskog okoliša. Kada je ljeti temperatura okoline visoka, učinak hlađenja je slab, pa će radno vrijeme biti produženo. Zimi, iako je temperatura okoline niska i učinak hlađenja dobar, radno vrijeme hlađenja sustava za pohranu energije je kraće od ostalih godišnjih doba. Međutim, kada pohrana energije ne radi, funkcija grijanja i dalje treba biti aktivirana kako bi se osigurala radna temperatura ćelija baterije za pohranu energije. Stoga je potrošnja energije relativno visoka zimi i ljeti.
3. Analiza slučaja
Pregled sustava i gubici
Konfiguracijska ljestvica određenog odjeljka za baterije za pohranu energije je 2MW/2MWh, a glavna oprema koja troši energiju uključuje klima uređaj, sustav upravljanja baterijom (BMS), ventilatore, rasvjetu itd. Način rada sustava za pohranu energije je da sudjeluje u vršno brijanje i dolinsko punjenje električne mreže, a radni uvjet je 1C punjenje i pražnjenje, s jednim ciklusom. Konfigurirajte 2 jedinice klima uređaja, s maksimalnom snagom hlađenja od 17,5 kW za svaku jedinicu, ukupno 35 kW za 2 jedinice. Maksimalna snaga grijanja za svaku jedinicu je 15kW, što ukupno iznosi 30kW za 2 jedinice. Kada klima uređaj radi u režimu unutarnje cirkulacije, potrošnja energije jednog klima uređaja je 2kW, a ukupna potrošnja energije dva klima uređaja je 4kW. Ostali električni uređaji uključuju sustave upravljanja baterijama (BMS), ventilatore (instalirane u svaki baterijski modul), rasvjetna tijela itd., s maksimalnim kapacitetom napajanja od približno 5kW.
(1) Gubitak pomoćnog sustava
Prema rezultatima testa na licu mjesta, izvedite jedan potpuni ciklus punjenja i pražnjenja u radnim uvjetima 1C. Za ljetne scenarije, klima uređaj mora raditi u načinu rada za hlađenje oko 3 sata, uz potrošnju energije od 3 sata x 35 kW=105 kWh. Ostatak vremena je u načinu internog ciklusa, s potrošnjom energije od 21 sat x 4 kW=84 kWh, ukupno 189 kWh. Uzimajući u obzir da druga električna oprema neće raditi punom snagom u isto vrijeme većinu vremena, ako se istodobni faktor smatra {{10}}.5, dnevna potrošnja energije druge električne opreme je približno 5kW × 24h × 0.5=60kWh.
Može se vidjeti da prema rezultatima ispitivanja na licu mjesta i potrošnji energije druge električne opreme, u ljetnom scenariju, pod pretpostavkom načina rada i radnih uvjeta (sudjelovanje u brisanju vršne razine mreže, 1C punjenje i pražnjenje, te 1 punjenje i ciklus pražnjenja), dnevna potrošnja energije klima uređaja i druge električne opreme u odjeljku baterije za pohranu energije iznosi oko 249 kWh.
(2) Učinkovitost dalekovoda
Kada DC i AC kabeli prolaze kroz struju, stvaraju gubitak topline. Jednosmjerna učinkovitost istosmjerne strane je oko 99,83%, jednosmjerna učinkovitost niskonaponske strane transformatora PCS AC strane je oko 99,95%, a jednosmjerna učinkovitost visokonaponske AC strane je oko 99,89%. Uzimajući u obzir jednosmjerne gubitke, učinkovitost dalekovoda je 99,67%; Uzimajući u obzir dvosmjerne gubitke, učinkovitost dalekovoda je 99,34%.
(3) Učinkovitost transformatora
Obično korišteni suhi transformatori u projektu, prema GB/T 10228-2015 "Tehničkim parametrima i zahtjevima za suhe transformatore snage", imaju sljedeće pokazatelje gubitaka za 35kV 2000kVA nepobuđeni naponski regulacijski energetski transformatori:
Gubitak bez opterećenja: 4,23kW;
Gubitak opterećenja: 17,2kW (100 stupnjeva);
Pri radnoj snazi nazivne snage, učinkovitost transformatora je (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, tako da je dvosmjerna učinkovitost transformatora 98.93% × 98.93%{{9 }}.87%.
Statistika učinkovitosti
Pri proračunu učinkovitosti elektrana za pohranu energije treba obratiti pozornost na smjer toka energije, a potrošnju električne energije pomoćnog sustava treba smatrati gubitkom opterećenja tijekom procesa punjenja i pražnjenja. Pri proračunu učinkovitosti sustava za pohranu energije potrebno je kombinirati standardne definicije kako bi se utvrdilo je li primjena izračuna dvosmjerna ili jednosmjerna učinkovitost. Statistika učinkovitosti gore navedenih modela je sljedeća:
| Broj | Sastav učinkovitosti | Dvosmjerna učinkovitost | Jednosmjerna učinkovitost | Bilješke |
| 1 | Sustav baterija | 92% | 95.92% | Pod pretpostavkom da je učinkovitost punjenja u skladu s učinkovitošću pražnjenja |
| 2 | Inverter za pohranu energije | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Učinkovitost dalekovoda | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Povećanje učinkovitosti | 97.87% | 98.93% |
Analiza učinkovitosti
(1) Učinkovitost punjenja sustava za pohranu energije (uzimajući u obzir samo jednosmjernu učinkovitost tijekom procesa punjenja)
Pod pretpostavkom da je SOC baterijskog sustava dosljedan i da se dubina punjenja i pražnjenja smatra 90%, ako se sustav za pohranu energije od 2 MWh treba potpuno napuniti za 1 sat, početna energija punjenja na njegovoj AC strani mora biti:
Početni kapacitet punjenja na komunikacijskoj strani{{0}}(nazivni kapacitet sustava x dubina punjenja i pražnjenja) ÷ učinkovitost punjenja baterijskog sustava ÷ učinkovitost ispravljanja pretvarača pohrane energije ÷ učinkovitost transformatora ÷ dalekovod učinkovitost+potrošnja energije pomoćne opreme (uzimajući u obzir rad s punim opterećenjem pomoćnog sustava unutar 1 sata od punjenja)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl,
Učinkovitost punjenja AC strane sustava za pohranu energije je (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27%.
(2) Učinkovitost pražnjenja sustava za pohranu energije (uzimajući u obzir samo jednosmjernu učinkovitost tijekom procesa pražnjenja)
Početna energija pražnjenja na komunikacijskoj strani{{0}}(nazivni kapacitet sustava x dubina punjenja i pražnjenja) x učinkovitost punjenja baterijskog sustava x učinkovitost pretvarača pretvarača za pohranu energije x učinkovitost transformatora x dalekovod učinkovitost - potrošnja energije pomoćne opreme (s obzirom na rad s punim opterećenjem pomoćnog sustava unutar 1 sata od punjenja)=2000 × 0,9 × 95,92 % × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91kWh,
Učinkovitost pražnjenja AC strane sustava za pohranu energije je 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.
(3) Učinkovitost uređaja za pohranu energije (prema gornjoj formuli treba koristiti dvosmjernu učinkovitost)
Prema definiciji učinkovitosti uređaja za pohranu energije, učinkovitost uređaja za pohranu energije može se dobiti kao:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Sveobuhvatna učinkovitost elektrane
Pod pretpostavkom da je ciklus procjene potpuno pražnjenje punjenja, to jest punjenje 1 sat i 1 sat pražnjenja, bez razmatranja stanja pripravnosti, sveobuhvatna učinkovitost elektrane u jednom ciklusu=pražnjenje energije u jednom ciklusu ÷ punjenje iznos u jednom ciklusu=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Uz pretpostavku da je ciklus procjene 1 dan, s 1 ciklusom po danu, tj. punjenje 1 sat, pražnjenje 1 sat i stanje pripravnosti 22 sata. Dnevni kapacitet pražnjenja je 1 kapacitet pražnjenja, koji je u prethodnom tekstu izračunat kao 1972,12 kWh. Uz kapacitet od 1 punjenja od 1972,12 kWh, dnevni kapacitet punjenja također mora uzeti u obzir gubitak snage pomoćnog sustava tijekom razdoblja pripravnosti. (U prethodnom izračunu, pomoćna potrošnja električne energije u odjeljku baterije za pohranu energije iznosila je 249 kWh po danu. Međutim, u procesu izračunavanja snage punjenja i pražnjenja, pomoćna potrošnja električne energije unutar 2 sata od punjenja i pražnjenja već je uzeta u obzir biti 40 kWh po satu. Ovaj dio se ne može više puta računati.)
Sve u svemu, dnevna sveobuhvatna učinkovitost elektrana za skladištenje energije izračunava se na sljedeći način: dnevna energija pražnjenja ÷ dnevno punjenje=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.