Formula za izračunavanje efikasnosti za sistem elektrane za skladištenje energije

1. Definicija efikasnosti sistema elektrane za skladištenje energije

Sveobuhvatna efikasnost elektrane

Prema GBT 36549-2018 "Indikatori rada i evaluacija elektrana za skladištenje elektrohemijske energije", sveobuhvatna efikasnost elektrana za skladištenje energije treba da bude odnos električne energije u mreži i električne energije van mreže tokom procesa proizvodnje i rada postrojenja elektrana za skladištenje energije tokom perioda evaluacije, odnosno ukupna količina električne energije preneta iz elektrane za skladištenje energije u mrežu pomoću merača prolaza između elektrane za skladištenje energije i mrežu tokom perioda evaluacije/ukupnu količinu električne energije koju elektrana za skladištenje energije primi iz mreže.

Efikasnost uređaja za skladištenje energije

Prema GB/T 51437-2021 "Standardima dizajna za kombinovane elektrane na vjetar, solarnu energiju i energiju":

Efikasnost uređaja za skladištenje energije treba izračunati na osnovu faktora kao što su efikasnost baterije, efikasnost sistema konverzije energije, efikasnost dalekovoda i efikasnost transformatora koristeći sledeću formulu:

Φ=Φ₁×Φ₂×Φ₃×Φ₄

Φ 1: Efikasnost baterije, efikasnost baterija za skladištenje energije koje završavaju cikluse punjenja i pražnjenja, što je omjer količine električne energije koju prazni tijelo baterije i količine napunjene električne energije. Prema tehničkim performansama baterija za pohranu energije, efikasnost konverzije punjenja pražnjenja baterije nije manja od 92% (dvosmjerno) pri brzini od 1C, i ne manja od 94% (dvosmjerno) pri brzini 0.5C;

Φ 2: Efikasnost sistema konverzije energije, uključujući efikasnost ispravljanja i efikasnost pretvarača; Prema situaciji proizvodnje PCS na tržištu, 98,5% (jednosmjerno) se uglavnom uzima;

Φ 3:Efikasnost dalekovoda, s obzirom na efikasnost nakon dvosmjernog prijenosa AC/DC kablova;

Φ 4:Efikasnost transformatora, uzimajući u obzir efikasnost nakon razmatranja dvosmjernog transformacionog gubitka transformatora.

2. Gubitak pomoćnih sistema u elektranama za skladištenje energije

Kao cjelina koja ostvaruje određene funkcije, elektrane za skladištenje energije oslanjaju se na veliki broj pomoćne opreme koja osigurava siguran i stabilan rad sistema za skladištenje energije tokom rada, kao što su integrisani elektroenergetski sistemi, sistemi rasvjete, sigurnosni sistemi, sistemi za dojavu požara. , ekološki sistemi, HVAC sistemi, sistemi automatizacije, itd. Ovi sistemi služe kao pomoćni sistemi 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 elektrane za skladištenje energije.

Sistem za skladištenje energije može biti u funkciji ili ne radi (stanje pripravnosti). Za elektrane za skladištenje energije koje učestvuju u uklanjanju vršnih tokova mreže i punjenju doline, ako je strategija rada da se završi jedno punjenje i jedno pražnjenje dnevno sa stopom pražnjenja od 0.5C, sistem za skladištenje energije će biti u funkciji tokom stanja pražnjenja punjenja (2h), a nije u radu tokom ostatka vremena. Što se tiče radnog statusa, radni status njegove pomoćne opreme se razlikuje od onog u neradnom stanju. Glavna razlika je u tome što je HVAC sistem uključen u radnom stanju, a ne pali se ili se povremeno uključuje u neradnom stanju.

Glavna pomoćna oprema sistema za skladištenje energije troši energiju u baterijskom prefabrikovanom odjeljku, a glavna oprema koja troši energiju je industrijska klimatizacija. Industrijski klima uređaj, kao ključna oprema za upravljanje toplotom za prefabrikovane pregrade za baterije, je bitan uređaj tokom rada sistema za skladištenje energije. Uglavnom se koristi za održavanje radne temperature opreme za skladištenje energije i osiguranje optimalnih performansi ćelija za skladištenje energije. Potrošnja energije pomoćne opreme uglavnom je povezana sa operativnim strategijama, godišnjim dobima i drugim faktorima. Klima uređaj u prefabrikovanom odeljku za baterije uglavnom je potpuno uključen kada je sistem za skladištenje energije u radu. Kada nije u funkciji, izlaz zraka za unutrašnju cirkulaciju obično je uključen, bez hlađenja, a potrošnja energije nije velika. Stoga dnevna strategija rada ima značajan uticaj na potrošnju energije klima uređaja. Uz jedno punjenje i jedno pražnjenje dnevno, klima uređaj radi oko 2 sata dnevno. Sa dva punjenja i dva pražnjenja, klima uređaj radi oko 4 sata.

Različita godišnja doba takođe imaju značajan uticaj na potrošnju energije klima uređaja. Kapacitet hlađenja klima uređaja je također povezan s temperaturom vanjskog okruženja. Kada je ljeti visoka temperatura okoline, efekat hlađenja je slab, pa će se radno vrijeme produžiti. Zimi, iako je temperatura okoline niska i efekat hlađenja dobar, radno vrijeme hlađenja sistema za skladištenje energije je kraće nego u drugim godišnjim dobima. Međutim, kada skladište 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 sistema i gubici

Konfiguraciona skala određenog odeljka baterije za skladištenje energije je 2MW/2MWh, a glavna oprema koja troši energiju uključuje klimatizaciju, sistem upravljanja baterijama (BMS), ventilatore, osvetljenje itd. Način rada sistema za skladištenje energije je da učestvuje u vršno brijanje i punjenje doline električne mreže, a radni uvjet je 1C punjenje i pražnjenje, sa jednim ciklusom. Konfigurišite 2 klima jedinice, sa maksimalnom snagom hlađenja od 17,5kW za svaku jedinicu, ukupno 35kW za 2 jedinice. Maksimalna snaga grijanja za svaku jedinicu je 15kW, ukupno 30kW za 2 jedinice. Kada klima uređaj radi u režimu interne cirkulacije, potrošnja energije jednog klima uređaja je 2kW, a ukupna potrošnja energije dva klima uređaja je 4kW. Ostali električni uređaji uključuju sisteme za upravljanje baterijama (BMS), ventilatore (instalirane u svakom baterijskom modulu), rasvjetna tijela, itd., sa maksimalnim kapacitetom napajanja od približno 5kW.

(1) Gubitak pomoćnog sistema

Prema rezultatima testiranja na licu mjesta, izvršite jedan kompletan ciklus punjenja i pražnjenja pod 1C radnim uvjetima. Za ljetne scenarije, klima uređaj treba da radi u režimu hlađenja oko 3 sata, uz potrošnju energije od 3 sata x 35 kW=105 kWh. Ostatak vremena je u režimu internog ciklusa, sa potrošnjom energije od 21 sat x 4 kW=84 kWh, ukupno 189 kWh. S obzirom da druga električna oprema neće raditi punom snagom u isto vrijeme većinu vremena, ako se istovremeni faktor uzme u obzir kao {{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 (učestvovanje u grid peak shaving, 1C punjenje i pražnjenje, i 1 punjenje i ciklus pražnjenja), dnevna potrošnja energije klima-uređaja i druge električne opreme u odeljku baterije za skladištenje energije iznosi oko 249 kWh.

(2) Efikasnost dalekovoda

Kada DC i AC kablovi prolaze struju, oni stvaraju gubitak toplote. Jednosmjerna efikasnost DC strane je oko 99,83%, jednosmjerna efikasnost niskonaponske strane PCS AC strane transformatora je oko 99,95%, a jednosmjerna efikasnost visokonaponske AC strane je oko 99,89%. Uzimajući u obzir jednosmjerni gubitak, efikasnost dalekovoda je 99,67%; Uzimajući u obzir dvosmjerne gubitke, efikasnost dalekovoda je 99,34%.

(3) Efikasnost transformatora

Uobičajeni suhi transformatori u projektu, prema GB/T 10228-2015 "Tehnički parametri i zahtjevi za suhe energetske transformatore", imaju sljedeće indikatore gubitaka za 35kV 2000kVA nepobuđene energetske transformatore za regulaciju napona:

Bez gubitka opterećenja: 4,23kW;

Gubitak opterećenja: 17,2kW (100 stepeni);

Pri nazivnoj snazi ​​efikasnost transformatora je (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98,93%, tako da je dvosmjerna efikasnost transformatora 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.

Statistika efikasnosti

Prilikom proračuna efikasnosti elektrana za skladištenje energije treba obratiti pažnju na smjer toka energije, a potrošnju električne energije pomoćnog sistema treba smatrati gubitkom opterećenja tokom procesa punjenja i pražnjenja. Prilikom izračunavanja efikasnosti sistema za skladištenje energije, potrebno je kombinovati standardne definicije kako bi se utvrdilo da li je aplikacija za proračun dvosmjerna efikasnost ili jednosmjerna efikasnost. Statistika efikasnosti gore navedenih modela je sljedeća:

Analiza efikasnosti

(1) Efikasnost punjenja sistema za skladištenje energije (uzimajući u obzir samo jednosmernu efikasnost tokom procesa punjenja)

Pod pretpostavkom da je SOC baterijskog sistema dosljedan i smatra se da je dubina punjenja i pražnjenja 90%, ako se sistem za skladištenje energije od 2MWh treba potpuno napuniti za 1 sat, početna energija punjenja na njegovoj strani AC mora biti:

Početni kapacitet punjenja na komunikacijskoj strani{{0}} (nazivni kapacitet sistema x dubina punjenja i pražnjenja) ÷ efikasnost punjenja baterijskog sistema ÷ efikasnost ispravljanja pretvarača za skladištenje energije ÷ efikasnost transformatora ÷ dalekovoda efikasnost+potrošnja energije pomoćne opreme (uzimajući u obzir rad pomoćnog sistema pod punim opterećenjem u roku od 1 sata od punjenja)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl,

Efikasnost punjenja AC strane sistema za skladištenje energije je (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27%.

(2) Efikasnost pražnjenja sistema za skladištenje energije (uzimajući u obzir samo jednosmernu efikasnost tokom procesa pražnjenja)

Početna energija pražnjenja na komunikacijskoj strani{{0}}(nazivni kapacitet sistema x dubina punjenja i pražnjenja) x efikasnost punjenja baterijskog sistema x efikasnost invertera pretvarača za skladištenje energije x efikasnost transformatora x dalekovod efikasnost - potrošnja energije pomoćne opreme (uzimajući u obzir rad pomoćnog sistema pod punim opterećenjem u roku od 1 sata od punjenja)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636.91kWh,

Efikasnost pražnjenja AC strane sistema za skladištenje energije je 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.

(3) Efikasnost uređaja za skladištenje energije (prema gornjoj formuli, treba koristiti dvosmjernu efikasnost)

Prema definiciji efikasnosti uređaja za skladištenje energije, efikasnost uređaja za skladištenje 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 efikasnost elektrane

Uz pretpostavku da je ciklus evaluacije potpuno pražnjenje, odnosno punjenje 1 sat i pražnjenje 1 sat, bez uzimanja u obzir stanja pripravnosti, sveobuhvatna efikasnost elektrane u jednom ciklusu=pražnjenje energije u jednom ciklusu ÷ punjenje iznos u jednom ciklusu=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.

Pod pretpostavkom da je ciklus evaluacije 1 dan, sa 1 ciklusom dnevno, 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. Pored kapaciteta 1 punjenja od 1972,12 kWh, dnevni kapacitet punjenja takođe treba da uzme u obzir gubitak snage pomoćnog sistema tokom perioda pripravnosti. (U prethodnom proračunu, pomoćna potrošnja električne energije u pretincu baterije za skladištenje energije iznosila je 249kWh dnevno. Međutim, u procesu izračunavanja snage punjenja i pražnjenja, potrošnja pomoćne električne energije u roku od 2 sata od punjenja i pražnjenja već je uzeta u obzir biti 40 kWh na sat. Ovaj dio se ne može više puta brojati.)

Sveukupno, dnevna sveobuhvatna efikasnost elektrana za skladištenje energije izračunava se na sljedeći način: dnevna energija pražnjenja ÷ dnevno punjenje=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.