Formula de calcul al eficienței pentru sistemul central de stocare a energiei

1. Definirea eficienței sistemului central de stocare a energiei

Eficiența globală a centralei electrice

Conform GBT 36549-2018 „Indicatorii de funcționare și evaluarea centralelor electrochimice de stocare a energiei”, eficiența globală a centralelor electrice de stocare a energiei ar trebui să fie raportul dintre energia electrică în rețea și electricitatea în afara rețelei în timpul procesului de producție și exploatare a centrală de stocare a energiei în perioada de evaluare, adică cantitatea totală de energie electrică transmisă de la centrala de stocare a energiei către rețea de către contorul de intrare între centrala de stocare a energiei și rețea în perioada de evaluare/totalul cantitatea de energie electrică primită de centrala de stocare a energiei din rețea.

Eficiența dispozitivelor de stocare a energiei

Conform GB/T 51437-2021 „Standarde de proiectare pentru centrale eoliene, solare și de stocare a energiei combinate”:

Eficiența dispozitivelor de stocare a energiei trebuie calculată pe baza unor factori precum eficiența bateriei, eficiența sistemului de conversie a puterii, eficiența liniei de alimentare și eficiența transformatorului folosind următoarea formulă:

Φ=Φ₁×Φ₂×Φ₃×Φ₄

Φ 1: Eficiența bateriei, eficiența bateriilor de stocare a energiei care finalizează ciclurile de încărcare și descărcare, care este raportul dintre cantitatea de energie electrică descărcată de corpul bateriei și cantitatea de electricitate încărcată. Conform performanței tehnice a bateriilor de stocare a energiei, eficiența de conversie a descărcării de încărcare a bateriei nu este mai mică de 92% (bidirecțională) la o rată de 1C și nu mai puțin de 94% (bidirecțională) la o rată de 0.5C;

Φ 2: Eficiența sistemului de conversie a puterii, inclusiv eficiența redresării și eficiența invertorului; În conformitate cu situația de producție a pieței PCS, 98,5% (un singur sens) este în general luată;

Φ 3:Eficiența liniilor electrice, având în vedere eficiența după pierderea transmisiei bidirecționale a cablurilor AC/DC;

Φ 4:Eficiența transformatorului, luând în considerare randamentul după luarea în considerare a pierderii de transformare bidirecțională a transformatorului.

2. Pierderea sistemelor auxiliare în centralele de stocare a energiei

În ansamblu, care realizează anumite funcții, centralele de stocare a energiei se bazează pe un număr mare de echipamente auxiliare pentru a asigura funcționarea sigură și stabilă a sistemului de stocare a energiei în timpul funcționării, cum ar fi sisteme de alimentare integrate, sisteme de iluminat, sisteme de securitate, sisteme de alarmă împotriva incendiilor. , sisteme de mediu, sisteme HVAC, sisteme de automatizare etc. Aceste sisteme servesc ca sisteme auxiliare pentru centralele de stocare a energiei pentru a asigura funcționarea lor fiabilă, prin urmare, consumul de energie al echipamentelor auxiliare reprezintă și o proporție semnificativă din consumul total de energie. a centralei de stocare a energiei.

Sistemul de stocare a energiei poate fi în funcțiune sau nu (stare de așteptare). Pentru centralele electrice de stocare a energiei care participă la reducerea vârfurilor rețelei și umplerea văii, dacă strategia de funcționare este de a finaliza o încărcare și o descărcare pe zi cu o rată de descărcare a încărcăturii de 0,5C, sistemul de stocare a energiei va fi în funcțiune în timpul stării de descărcare a încărcăturii (2h) și nu în funcțiune în restul timpului. În ceea ce privește starea de funcționare, starea de funcționare a echipamentului său auxiliar este diferită de cea din starea de nefuncționare. Principala diferență este că sistemul HVAC este pornit în starea de funcționare și nu este pornit sau pornit ocazional în starea de nefuncționare.

Echipamentul auxiliar principal al sistemului de stocare a energiei consumă energie în compartimentul prefabricat al bateriei, iar principalul echipament consumator de energie este aerul condiționat industrial. Aerul condiționat industrial, ca echipament cheie de management termic pentru compartimentele prefabricate de baterii, este un dispozitiv esențial în timpul funcționării sistemelor de stocare a energiei. Este folosit în principal pentru a menține temperatura de funcționare a echipamentelor de stocare a energiei și pentru a asigura performanța optimă a celulelor de stocare a energiei. Consumul de energie al echipamentelor auxiliare este legat în principal de strategiile operaționale, anotimpuri și alți factori. Aerul condiționat al compartimentului prefabricat pentru baterii este în principal pornit complet atunci când sistemul de stocare a energiei este în funcțiune. Când nu este în funcțiune, orificiul de evacuare a aerului de circulație internă este de obicei pornit, fără răcire, iar consumul de energie nu este mare. Prin urmare, strategia de lucru zilnică are un impact semnificativ asupra consumului de energie al aparatului de aer condiționat. Cu o încărcare și o descărcare pe zi, aparatul de aer condiționat funcționează aproximativ 2 ore pe zi. Cu două încărcări și două descărcări, aparatul de aer condiționat funcționează aproximativ 4 ore.

Diferitele anotimpuri au, de asemenea, un impact semnificativ asupra consumului de energie al aerului condiționat. Capacitatea de racire a unui aparat de aer conditionat este legata si de temperatura mediului exterior. Când temperatura ambientală este ridicată vara, efectul de răcire este slab, astfel încât programul de lucru va fi prelungit. Iarna, deși temperatura mediului ambiant este scăzută și efectul de răcire este bun, timpul de funcționare la răcire al sistemului de stocare a energiei este mai scurt decât în ​​alte anotimpuri. Cu toate acestea, atunci când stocarea energiei nu funcționează, funcția de încălzire trebuie încă activată pentru a asigura temperatura de lucru a celulelor bateriei de stocare a energiei. Prin urmare, consumul de energie este relativ mare iarna și vara.

3. Analiza cazului

Prezentare generală a sistemului și pierderi

Scara de configurare a unui anumit compartiment al bateriei de stocare a energiei este de 2MW/2MWh, iar principalul echipament consumator de energie include aer condiționat, sistem de management al bateriei (BMS), ventilatoare, iluminare etc. Modul de funcționare al sistemului de stocare a energiei este de a participa la barbierirea vârfului și umplerea văii a rețelei electrice, iar starea de funcționare este de încărcare și descărcare 1C, cu un ciclu. Configurați 2 unități de aer condiționat, cu o putere maximă de răcire de 17,5kW pentru fiecare unitate, însumând 35kW pentru 2 unități. Puterea maximă de încălzire pentru fiecare unitate este de 15 kW, însumând 30 kW pentru 2 unități. Când aparatul de aer condiționat funcționează într-un mod de circulație internă, consumul de energie al unui singur aparat de aer condiționat este de 2kW, iar consumul total de energie a două aparate de aer condiționat este de 4kW. Alte dispozitive electrice includ sisteme de management al bateriei (BMS), ventilatoare (instalate în fiecare modul de baterie), corpuri de iluminat etc., cu o capacitate maximă de alimentare de aproximativ 5kW.

(1) Pierderea sistemului auxiliar

Conform rezultatelor testelor la fața locului, efectuați un ciclu complet de încărcare și descărcare în condiții de funcționare 1C. Pentru scenariile de vară, aparatul de aer condiționat trebuie să funcționeze într-un mod de răcire timp de aproximativ 3 ore, cu un consum de energie de 3 ore x 35 kW=105 kWh. Restul timpului este într-un mod de ciclu intern, cu un consum de energie de 21 ore x 4 kW=84 kWh, însumând 189 kWh. Având în vedere că alte echipamente electrice nu vor funcționa la putere maximă în același timp în cea mai mare parte a timpului, dacă factorul simultan este considerat {{10}}.5, consumul zilnic de energie al altor echipamente electrice este aproximativ 5kW × 24h × 0.5=60kWh.

Se poate observa că, în funcție de rezultatele testelor la fața locului și de consumul de energie al altor echipamente electrice, în scenariul de vară, presupunând modul de funcționare și condițiile de funcționare (participarea la reducerea vârfului rețelei, 1C încărcare și descărcare și 1 încărcare și ciclu de descărcare), consumul zilnic de energie al aerului condiționat și al altor echipamente electrice din compartimentul bateriei de stocare a energiei este de aproximativ 249 kWh.

(2) Eficiența liniei de alimentare

Când cablurile DC și AC trec curent, ele generează pierderi de căldură. Eficiența unidirecțională a părții DC este de aproximativ 99,83%, eficiența unidirecțională a părții de joasă tensiune a transformatorului PCS AC este de aproximativ 99,95%, iar eficiența unidirecțională a părții AC de înaltă tensiune este de aproximativ 99,89%. Având în vedere pierderea unidirecțională, randamentul liniei de alimentare este de 99,67%; Luând în considerare pierderile bidirecționale, randamentul liniei de alimentare este de 99,34%.

(3) Eficiența transformatorului

Transformatoarele de tip uscat utilizate în mod obișnuit în proiect, conform GB/T 10228-2015 „Parametrii și cerințele tehnice pentru transformatoarele de putere de tip uscat”, au următorii indicatori de pierdere pentru transformatoarele de putere de reglare a tensiunii neexcitate de 35 kV 2000 kVA:

Fără pierdere de sarcină: 4,23 kW;

Pierdere de sarcină: 17,2 kW (100 de grade);

La puterea nominală de funcționare, randamentul transformatorului este (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, deci randamentul bidirecțional al transformatorului este de 98.93% × 98.93%{{9 }}.87%.

Statistici de eficiență

Atunci când se calculează eficiența centralelor de stocare a energiei, trebuie acordată atenție direcției fluxului de energie, iar consumul de energie electrică al sistemului auxiliar ar trebui considerat ca pierdere de sarcină atât în ​​timpul proceselor de încărcare, cât și de descărcare. Atunci când se calculează eficiența sistemelor de stocare a energiei, este necesară combinarea definițiilor standard pentru a determina dacă aplicația de calcul este eficiență bidirecțională sau eficiență unidirecțională. Statisticile de eficiență ale modelelor de mai sus sunt următoarele:

Analiza eficienței

(1) Eficiența de încărcare a sistemului de stocare a energiei (luând în considerare doar eficiența unidirecțională în timpul procesului de încărcare)

Presupunând că SOC al sistemului de baterii este consecvent și că adâncimea de încărcare și descărcare este considerată a fi de 90%, dacă un sistem de stocare a energiei de 2 MWh trebuie să fie încărcat complet într-o oră, energia inițială de încărcare pe partea sa AC trebuie să fie:

Capacitatea inițială de încărcare pe partea de comunicație{{0}}(capacitatea nominală a sistemului x adâncimea de încărcare și descărcare) ÷ eficiența de încărcare a sistemului de baterii ÷ eficiența redresării convertorului de stocare a energiei ÷ eficiența transformatorului ÷ linia de alimentare eficiență+consum de energie al echipamentului auxiliar (luând în considerare funcționarea la sarcină completă a sistemului auxiliar în decurs de 1 oră de la încărcare)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972,12kWh,

Eficiența de încărcare a părții AC a sistemului de stocare a energiei este (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91,27%.

(2) Eficiența de descărcare a sistemului de stocare a energiei (luând în considerare doar eficiența unidirecțională în timpul procesului de descărcare)

Energia de descărcare inițială pe partea de comunicație{{0}}(capacitatea nominală a sistemului x adâncimea de încărcare și descărcare) x eficiența de încărcare a sistemului de baterii x eficiența invertorului a convertorului de stocare a energiei x eficiența transformatorului x linia de alimentare eficiență - consumul de energie al echipamentului auxiliar (luând în considerare funcționarea la sarcină completă a sistemului auxiliar în decurs de 1 oră de la încărcare)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91 kWh,

Eficiența de descărcare a părții AC a sistemului de stocare a energiei este de 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.

(3) Eficiența dispozitivului de stocare a energiei (conform formulei de mai sus, ar trebui utilizată eficiența bidirecțională)

Conform definiției eficienței dispozitivului de stocare a energiei, eficiența dispozitivului de stocare a energiei poate fi obținută ca:

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

(4) Eficiența globală a centralei electrice

Presupunând că ciclul de evaluare este o descărcare completă de încărcare, adică încărcarea timp de 1 oră și descărcarea timp de 1 oră, fără a lua în considerare condițiile de așteptare, eficiența completă a centralei electrice într-un ciclu=descărcarea energiei într-un ciclu ÷ încărcare suma într-un ciclu=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.

Presupunând că ciclul de evaluare este de 1 zi, cu 1 ciclu pe zi, adică încărcare timp de 1 oră, descărcare timp de 1 oră și standby timp de 22 de ore. Capacitatea zilnică de descărcare este de 1 capacitate de descărcare, care este calculată ca 1972,12 kWh în textul anterior. Pe lângă capacitatea de încărcare 1 de 1972,12 kWh, capacitatea zilnică de încărcare trebuie să ia în considerare și pierderea de putere a sistemului auxiliar în perioada de așteptare. (În calculul anterior, consumul de energie electrică auxiliară în compartimentul bateriei de stocare a energiei a fost de 249 kWh pe zi. Cu toate acestea, în procesul de calcul al puterii de încărcare și descărcare, consumul de energie electrică auxiliară în 2 ore de la încărcare și descărcare a fost deja considerat a fi fi de 40 kWh pe oră. Această parte nu poate fi numărată în mod repetat.)

În ansamblu, eficiența zilnică completă a centralelor de stocare a energiei este calculată după cum urmează: energie de descărcare zilnică ÷ încărcare zilnică=1636,91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76,45%.