Formula za izračun učinkovitosti za sistem elektrarne za shranjevanje energije

1. Opredelitev učinkovitosti sistema elektrarn za shranjevanje energije

Celovita učinkovitost elektrarne

Glede na GBT 36549-2018 "Kazalniki delovanja in vrednotenje elektrarn za shranjevanje elektrokemijske energije" mora biti celovita učinkovitost elektrarn za shranjevanje energije razmerje med električno energijo v omrežju in električno energijo izven omrežja med proizvodnim in obratovalnim procesom elektrarna za shranjevanje energije v ocenjevalnem obdobju, to je skupna količina električne energije, ki jo iz elektrarne za shranjevanje energije prenese v omrežje preko števca prehoda med elektrarno za shranjevanje energije in omrežjem med ocenjevanjem obdobje/skupna količina električne energije, ki jo hranilna elektrarna prejme iz omrežja.

Učinkovitost naprav za shranjevanje energije

V skladu z GB/T 51437-2021 "Standardi načrtovanja za vetrne, sončne in kombinirane elektrarne za shranjevanje energije":

Učinkovitost naprav za shranjevanje energije je treba izračunati na podlagi dejavnikov, kot so učinkovitost baterije, učinkovitost sistema za pretvorbo energije, učinkovitost daljnovoda in učinkovitost transformatorja z uporabo naslednje formule:

Φ=Φ₁×Φ₂×Φ₃×Φ₄

Φ 1: Učinkovitost baterije, učinkovitost baterij za shranjevanje energije, ki zaključijo cikle polnjenja in praznjenja, kar je razmerje med količino električne energije, ki jo izprazni telo baterije, in količino napolnjene električne energije. Glede na tehnično zmogljivost baterij za shranjevanje energije učinkovitost pretvorbe napolnjenosti in praznjenja baterije ni manjša od 92 % (dvosmerno) pri stopnji 1C in ne manj kot 94 % (dvosmerno) pri 0.5C hitrosti;

Φ 2: Učinkovitost sistema za pretvorbo električne energije, vključno z učinkovitostjo usmerjanja in učinkovitostjo pretvornika; Glede na stanje proizvodnje PCS na trgu se običajno vzame 98,5 % (enosmerno);

Φ 3:Učinkovitost električnih vodov, upoštevajoč učinkovitost po dvosmerni izgubi prenosa AC/DC kablov;

Φ 4:Učinkovitost transformatorja, ob upoštevanju učinkovitosti po upoštevanju dvosmerne transformacijske izgube transformatorja.

2. Izguba pomožnih sistemov v elektrarnah za shranjevanje energije

Kot celota, ki izvaja določene funkcije, se elektrarne za shranjevanje energije zanašajo na veliko število pomožne opreme, ki zagotavlja varno in stabilno delovanje sistema za shranjevanje energije med obratovanjem, kot so integrirani energetski sistemi, sistemi razsvetljave, varnostni sistemi, požarni alarmni sistemi , okoljski sistemi, sistemi HVAC, sistemi za avtomatizacijo itd. Ti sistemi služijo kot pomožni sistemi za elektrarne za shranjevanje energije, da se zagotovi njihovo zanesljivo delovanje, zato poraba energije pomožne opreme prav tako predstavlja pomemben delež celotne porabe energije elektrarna za shranjevanje energije.

Sistem za shranjevanje energije lahko deluje ali ne deluje (stanje pripravljenosti). Za elektrarne za shranjevanje energije, ki sodelujejo pri zmanjšanju konic omrežja in polnjenju doline, bo sistem za shranjevanje energije deloval, če je strategija delovanja dokončanje enega polnjenja in enega praznjenja na dan s stopnjo praznjenja polnjenja 0,5C v stanju praznjenja polnjenja (2h), preostali čas pa ne deluje. Kar zadeva stanje delovanja, je stanje delovanja njegove pomožne opreme drugačno od tistega v nedelujočem stanju. Glavna razlika je v tem, da je sistem HVAC vključen v stanju delovanja in ni vklopljen ali se občasno vključi v stanju nedelovanja.

Glavna pomožna oprema sistema za shranjevanje energije porablja energijo v montažnem prostoru za baterije, glavna oprema za porabo energije pa je industrijska klimatska naprava. Industrijske klimatske naprave, kot ključna oprema za upravljanje toplote za baterijske montažne prostore, so bistvena naprava med delovanjem sistemov za shranjevanje energije. Uporablja se predvsem za vzdrževanje delovne temperature opreme za shranjevanje energije in zagotavlja optimalno delovanje celic za shranjevanje energije. Poraba energije pomožne opreme je v glavnem povezana z operativnimi strategijami, letnimi časi in drugimi dejavniki. Klimatska naprava montažnega prostora za baterije je večinoma popolnoma vklopljena, ko sistem za shranjevanje energije deluje. Ko ne deluje, je izhod notranjega kroženja zraka običajno vklopljen, brez hlajenja, poraba energije pa ni velika. Zato dnevna delovna strategija pomembno vpliva na porabo energije klimatske naprave. Z enim polnjenjem in enim praznjenjem na dan klimatska naprava deluje približno 2 uri na dan. Z dvema polnjenjema in dvema praznjenjima deluje klimatska naprava približno 4 ure.

Na porabo električne energije klimatske naprave pomembno vplivajo tudi različni letni časi. Hladilna zmogljivost klimatske naprave je povezana tudi s temperaturo zunanjega okolja. Ko je temperatura okolja poleti visoka, je učinek hlajenja slab, zato se delovni čas podaljša. Čeprav je pozimi temperatura okolja nizka in je učinek hlajenja dober, je delovni čas hlajenja sistema za shranjevanje energije krajši kot v drugih letnih časih. Vendar, ko hranilnik energije ne deluje, je še vedno treba aktivirati funkcijo ogrevanja, da se zagotovi delovna temperatura baterijskih celic za shranjevanje energije. Zato je poraba energije razmeroma visoka pozimi in poleti.

3. Analiza primera

Pregled sistema in izgube

Konfiguracijska lestvica določenega prostora za baterije za shranjevanje energije je 2MW/2MWh, glavna oprema za porabo energije pa vključuje klimatsko napravo, sistem za upravljanje baterije (BMS), ventilatorje, razsvetljavo itd. Način delovanja sistema za shranjevanje energije je, da sodeluje pri največje britje in polnjenje doline električnega omrežja, delovni pogoj pa je polnjenje in praznjenje 1C z enim ciklom. Konfigurirajte 2 klimatski enoti z največjo hladilno močjo 17,5 kW za vsako enoto, kar skupaj znaša 35 kW za 2 enoti. Maksimalna grelna moč za posamezno enoto je 15kW, skupaj 30kW za 2 enoti. Ko klimatska naprava deluje v načinu notranje cirkulacije, je poraba energije ene klimatske naprave 2kW, skupna poraba energije dveh klimatskih naprav pa 4kW. Druge električne naprave vključujejo sisteme za upravljanje baterij (BMS), ventilatorje (vgrajene v vsak baterijski modul), svetilke itd., z največjo močjo napajanja približno 5kW.

(1) Izguba pomožnega sistema

Glede na rezultate preskusa na kraju samem izvedite en celoten cikel polnjenja in praznjenja pod pogoji delovanja 1C. Za poletne scenarije mora klimatska naprava delovati v načinu hlajenja približno 3 ure, s porabo energije 3 ure x 35 kW=105 kWh. Preostali čas je v načinu notranjega cikla s porabo energije 21 ur x 4 kW=84 kWh, kar skupaj znaša 189 kWh. Glede na to, da druga električna oprema večino časa ne bo delovala s polno močjo hkrati, če se sočasni faktor upošteva kot {{10}}.5, je dnevna poraba energije druge električne opreme približno 5kW × 24h × 0.5=60kWh.

Razvidno je, da glede na rezultate preskusa na kraju samem in porabo energije druge električne opreme v poletnem scenariju, ob predpostavki načina delovanja in delovnih pogojev (sodelovanje pri britju konic omrežja, 1C polnjenje in praznjenje ter 1 polnjenje in cikla praznjenja), je dnevna poraba energije klimatske naprave in druge električne opreme v prostoru za baterije za shranjevanje energije približno 249 kWh.

(2) Učinkovitost daljnovoda

Ko kabli za enosmerni in izmenični tok prehajajo tok, povzročijo izgubo toplote. Enosmerni izkoristek strani enosmernega toka je približno 99,83 %, enosmerni izkoristek nizkonapetostne strani transformatorja PCS AC je približno 99,95 %, enosmerni izkoristek visokonapetostne izmenične strani pa približno 99,89 %. Upoštevajoč enosmerne izgube je učinkovitost daljnovoda 99,67%; Upoštevajoč dvosmerne izgube je izkoristek daljnovoda 99,34 %.

(3) Učinkovitost transformatorja

Običajno uporabljeni suhi transformatorji v projektu, v skladu z GB/T 10228-2015 "Tehnični parametri in zahteve za suhe energetske transformatorje", imajo naslednje indikatorje izgube za 35kV 2000kVA nevzbujene napetostno regulacijske močnostne transformatorje:

Izguba brez obremenitve: 4,23kW;

Izguba obremenitve: 17,2 kW (100 stopinj);

Pri delovanju z nazivno močjo je izkoristek transformatorja (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93 %, tako da je dvosmerni izkoristek transformatorja 98,93 % × 98,93 %{{9 }},87 %.

Statistika učinkovitosti

Pri izračunu učinkovitosti elektrarn za shranjevanje energije je treba paziti na smer toka energije, porabo električne energije pomožnega sistema pa je treba upoštevati kot izgubo obremenitve med procesom polnjenja in praznjenja. Pri izračunu učinkovitosti sistemov za shranjevanje energije je treba združiti standardne definicije, da se ugotovi, ali je uporaba izračuna dvosmerna učinkovitost ali enosmerna učinkovitost. Statistika učinkovitosti zgornjih modelov je naslednja:

Analiza učinkovitosti

(1) Učinkovitost polnjenja sistema za shranjevanje energije (ob upoštevanju samo enosmerne učinkovitosti med postopkom polnjenja)

Ob predpostavki, da je SOC akumulatorskega sistema dosleden in da je globina polnjenja in praznjenja 90 %, če je treba sistem za shranjevanje energije 2 MWh popolnoma napolniti v 1 uri, mora biti začetna energija polnjenja na njegovi strani AC:

Začetna polnilna zmogljivost na komunikacijski strani{{0}}(nazivna zmogljivost sistema x globina polnjenja in praznjenja) ÷ učinkovitost polnjenja akumulatorskega sistema ÷ učinkovitost popravljanja pretvornika za shranjevanje energije ÷ učinkovitost transformatorja ÷ električni vod učinkovitost+poraba energije pomožne opreme (ob upoštevanju delovanja s polno obremenitvijo pomožnega sistema v 1 uri po polnjenju)=2000 × 0,9 ÷ 95,92 % ÷ 98,5 % ÷ 98,93 % ÷ 99,67 %+(35+5) × 1=1972.12kWhl,

Učinkovitost polnjenja AC strani sistema za shranjevanje energije je (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27 %.

(2) Učinkovitost praznjenja sistema za shranjevanje energije (ob upoštevanju samo enosmerne učinkovitosti med procesom praznjenja)

Začetna energija praznjenja na komunikacijski strani{{0}}(nazivna zmogljivost sistema x globina polnjenja in praznjenja) x učinkovitost polnjenja akumulatorskega sistema x učinkovitost pretvornika pretvornika za shranjevanje energije x učinkovitost transformatorja x električni vod učinkovitost - poraba energije pomožne opreme (ob upoštevanju delovanja pri polni obremenitvi pomožnega sistema v 1 uri po polnjenju)=2000 × 0,9 × 95,92 % × 98,5 % × 98,93 % × 99,67 % - (35+5) × 1=1636,91kWh,

Učinkovitost praznjenja AC strani sistema za shranjevanje energije je 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94 %.

(3) Učinkovitost naprave za shranjevanje energije (v skladu z zgornjo formulo je treba uporabiti dvosmerno učinkovitost)

Glede na definicijo učinkovitosti naprave za shranjevanje energije lahko učinkovitost naprave za shranjevanje energije dobimo kot:

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

(4) Celovita učinkovitost elektrarne

Ob predpostavki, da je ocenjevalni cikel polna praznjenje, to je polnjenje 1 uro in praznjenje 1 uro, brez upoštevanja stanja pripravljenosti, celovita učinkovitost elektrarne v enem ciklu=praznjenje energije v enem ciklu ÷ polnjenje količina v enem ciklu=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.

Ob predpostavki, da je ocenjevalni cikel 1 dan, z 1 ciklom na dan, tj. polnjenje 1 uro, praznjenje 1 uro in stanje pripravljenosti 22 ur. Dnevna zmogljivost praznjenja je 1 zmogljivost praznjenja, ki je v prejšnjem besedilu izračunana kot 1972,12 kWh. Poleg zmogljivosti 1 polnjenja 1972,12 kWh mora dnevna zmogljivost polnjenja upoštevati tudi izgubo moči pomožnega sistema v obdobju pripravljenosti. (V prejšnjem izračunu je bila pomožna poraba električne energije v prostoru za baterijo za shranjevanje energije 249 kWh na dan. Vendar pa je bila v procesu izračuna polnilne in praznilne moči poraba pomožne električne energije v 2 urah po polnjenju in praznjenju že upoštevana kot 40 kWh na uro. Tega dela ni mogoče šteti večkrat.)

Na splošno je skupni dnevni izkoristek elektrarn za shranjevanje energije izračunan na naslednji način: dnevna energija praznjenja ÷ dnevno polnjenje=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.