Τύπος υπολογισμού απόδοσης για σύστημα σταθμών παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας

1. Ορισμός απόδοσης συστήματος σταθμού παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας

Ολοκληρωμένη απόδοση του σταθμού παραγωγής ενέργειας

Σύμφωνα με το GBT 36549-2018 "Δείκτες λειτουργίας και αξιολόγηση σταθμών ηλεκτροπαραγωγής ηλεκτροχημικής αποθήκευσης ενέργειας", η συνολική απόδοση των σταθμών παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας θα πρέπει να είναι ο λόγος της ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο και της ηλεκτρικής ενέργειας εκτός δικτύου κατά τη διαδικασία παραγωγής και λειτουργίας του σταθμός παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας κατά την περίοδο αξιολόγησης, δηλαδή η συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταδίδεται από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας στο δίκτυο μέσω του μετρητή πύλης μεταξύ της αποθήκευσης ενέργειας ηλεκτροπαραγωγής και του δικτύου κατά την περίοδο αξιολόγησης/η συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που λαμβάνει ο σταθμός παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας από το δίκτυο.

Αποδοτικότητα συσκευών αποθήκευσης ενέργειας

Σύμφωνα με το GB/T 51437-2021 "Πρότυπα σχεδίασης για συνδυασμένους σταθμούς αιολικής, ηλιακής και αποθήκευσης ενέργειας":

Η απόδοση των συσκευών αποθήκευσης ενέργειας θα πρέπει να υπολογίζεται με βάση παράγοντες όπως η απόδοση της μπαταρίας, η απόδοση του συστήματος μετατροπής ισχύος, η απόδοση της γραμμής ισχύος και η απόδοση του μετασχηματιστή χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Φ=Φ₁×Φ₂×Φ₃×Φ₄

Φ 1: Απόδοση μπαταρίας, η απόδοση των μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας που ολοκληρώνουν τους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, που είναι ο λόγος της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας που εκφορτίζεται από το σώμα της μπαταρίας προς την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που φορτίζεται. Σύμφωνα με την τεχνική απόδοση των μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας, η απόδοση μετατροπής εκφόρτισης της μπαταρίας δεν είναι μικρότερη από 92% (αμφίδρομη) με ρυθμό 1C και τουλάχιστον 94% (αμφίδρομη) με ρυθμό 0.5C.

Φ 2: Αποδοτικότητα του συστήματος μετατροπής ισχύος, συμπεριλαμβανομένης της απόδοσης ανόρθωσης και της απόδοσης μετατροπέα. Σύμφωνα με την κατάσταση παραγωγής PCS της αγοράς, λαμβάνεται γενικά το 98,5% (μονόδρομος).

Φ 3:Απόδοση των γραμμών ισχύος, λαμβάνοντας υπόψη την απόδοση μετά από απώλεια αμφίδρομης μετάδοσης των καλωδίων AC/DC.

Φ 4:Απόδοση μετασχηματιστή, λαμβάνοντας υπόψη την απόδοση αφού ληφθεί υπόψη η απώλεια αμφίδρομου μετασχηματισμού του μετασχηματιστή.

2. Απώλεια βοηθητικών συστημάτων σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας

Στο σύνολό τους που πραγματοποιούν ορισμένες λειτουργίες, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αποθήκευσης ενέργειας βασίζονται σε μεγάλο αριθμό βοηθητικού εξοπλισμού για να εξασφαλίσουν την ασφαλή και σταθερή λειτουργία του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας κατά τη λειτουργία, όπως ολοκληρωμένα συστήματα ισχύος, συστήματα φωτισμού, συστήματα ασφαλείας, συστήματα συναγερμού πυρκαγιάς , περιβαλλοντικά συστήματα, συστήματα HVAC, συστήματα αυτοματισμού κ.λπ. Αυτά τα συστήματα χρησιμεύουν ως βοηθητικά συστήματα για σταθμούς παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας για την εξασφάλιση της αξιόπιστης λειτουργίας τους, επομένως η κατανάλωση ενέργειας του βοηθητικού εξοπλισμού αντιπροσωπεύει επίσης ένα σημαντικό ποσοστό τη συνολική κατανάλωση ενέργειας του σταθμού αποθήκευσης ενέργειας.

Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να είναι σε λειτουργία ή όχι (κατάσταση αναμονής). Για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής αποθήκευσης ενέργειας που συμμετέχουν στο ξύρισμα κορυφής του δικτύου και στην πλήρωση κοιλάδων, εάν η στρατηγική λειτουργίας είναι να ολοκληρωθεί μία φόρτιση και μία εκφόρτιση την ημέρα με ρυθμό εκφόρτισης φόρτισης 0.5C, το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας θα είναι σε λειτουργία κατά τη διάρκεια της κατάστασης εκφόρτισης φορτίου (2 ώρες) και δεν είναι σε λειτουργία κατά τον υπόλοιπο χρόνο. Όσον αφορά την κατάσταση λειτουργίας, η κατάσταση λειτουργίας του βοηθητικού εξοπλισμού του είναι διαφορετική από αυτή στην κατάσταση μη λειτουργίας. Η κύρια διαφορά είναι ότι το σύστημα HVAC είναι ενεργοποιημένο σε κατάσταση λειτουργίας και δεν είναι ενεργοποιημένο ή περιστασιακά ενεργοποιημένο σε κατάσταση μη λειτουργίας.

Ο κύριος βοηθητικός εξοπλισμός του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας καταναλώνει ενέργεια στο προκατασκευασμένο διαμέρισμα της μπαταρίας και ο κύριος εξοπλισμός που καταναλώνει ενέργεια είναι ο βιομηχανικός κλιματισμός. Ο βιομηχανικός κλιματισμός, ως βασικός εξοπλισμός θερμικής διαχείρισης για προκατασκευασμένα διαμερίσματα μπαταριών, είναι μια απαραίτητη συσκευή κατά τη λειτουργία συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας. Χρησιμοποιείται κυρίως για τη διατήρηση της θερμοκρασίας λειτουργίας του εξοπλισμού αποθήκευσης ενέργειας και τη διασφάλιση της βέλτιστης απόδοσης των κυψελών αποθήκευσης ενέργειας. Η κατανάλωση ενέργειας του βοηθητικού εξοπλισμού σχετίζεται κυρίως με επιχειρησιακές στρατηγικές, εποχές και άλλους παράγοντες. Ο κλιματισμός της προκατασκευασμένης θήκης μπαταριών ενεργοποιείται κυρίως πλήρως όταν λειτουργεί το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. Όταν δεν είναι σε λειτουργία, η έξοδος αέρα εσωτερικής κυκλοφορίας είναι συνήθως ενεργοποιημένη, χωρίς ψύξη και η κατανάλωση ρεύματος δεν είναι υψηλή. Επομένως, η στρατηγική καθημερινής εργασίας έχει σημαντικό αντίκτυπο στην κατανάλωση ρεύματος του κλιματιστικού. Με μία φόρτιση και μία εκφόρτιση την ημέρα, το κλιματιστικό λειτουργεί για περίπου 2 ώρες την ημέρα. Με δύο φορτίσεις και δύο εκφορτίσεις, το κλιματιστικό λειτουργεί για περίπου 4 ώρες.

Οι διαφορετικές εποχές έχουν επίσης σημαντικό αντίκτυπο στην κατανάλωση ρεύματος του κλιματισμού. Η ψυκτική ικανότητα ενός κλιματιστικού σχετίζεται επίσης με τη θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι υψηλή το καλοκαίρι, η επίδραση ψύξης είναι κακή, επομένως οι ώρες εργασίας θα παραταθούν. Το χειμώνα, αν και η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή και το αποτέλεσμα ψύξης είναι καλό, ο χρόνος λειτουργίας ψύξης του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είναι μικρότερος από άλλες εποχές. Ωστόσο, όταν η αποθήκευση ενέργειας δεν λειτουργεί, η λειτουργία θέρμανσης πρέπει ακόμα να ενεργοποιηθεί για να διασφαλιστεί η θερμοκρασία λειτουργίας των στοιχείων της μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας. Επομένως, η κατανάλωση ρεύματος είναι σχετικά υψηλή το χειμώνα και το καλοκαίρι.

3. Ανάλυση περίπτωσης

Επισκόπηση συστήματος και απώλειες

Η κλίμακα διαμόρφωσης ενός συγκεκριμένου διαμερίσματος μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας είναι 2MW/2MWh και ο κύριος εξοπλισμός που καταναλώνει ενέργεια περιλαμβάνει κλιματισμό, σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS), ανεμιστήρες, φωτισμό κ.λπ. Ο τρόπος λειτουργίας του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είναι να συμμετέχει αιχμή ξυρίσματος και πλήρωση κοιλάδας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και η κατάσταση λειτουργίας είναι φόρτιση και εκφόρτιση 1C, με έναν κύκλο. Διαμορφώστε 2 μονάδες κλιματισμού, με μέγιστη ισχύ ψύξης 17,5 kW για κάθε μονάδα, συνολικής ισχύος 35 kW για 2 μονάδες. Η μέγιστη ισχύς θέρμανσης για κάθε μονάδα είναι 15 kW, συνολικά 30 kW για 2 μονάδες. Όταν το κλιματιστικό λειτουργεί σε λειτουργία εσωτερικής κυκλοφορίας, η κατανάλωση ενέργειας ενός μόνο κλιματιστικού είναι 2 kW και η συνολική κατανάλωση ισχύος δύο κλιματιστικών είναι 4 kW. Άλλες ηλεκτρικές συσκευές περιλαμβάνουν συστήματα διαχείρισης μπαταρίας (BMS), ανεμιστήρες (εγκατεστημένοι σε κάθε μονάδα μπαταρίας), φωτιστικά κ.λπ., με μέγιστη χωρητικότητα τροφοδοσίας περίπου 5 kW.

(1) Απώλεια βοηθητικού συστήματος

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των επιτόπιων δοκιμών, εκτελέστε έναν πλήρη κύκλο φόρτισης και εκφόρτισης υπό συνθήκες λειτουργίας 1C. Για καλοκαιρινά σενάρια, το κλιματιστικό πρέπει να λειτουργεί σε λειτουργία ψύξης για περίπου 3 ώρες, με κατανάλωση ρεύματος 3 ώρες x 35 kW=105 kWh. Ο υπόλοιπος χρόνος είναι σε λειτουργία εσωτερικού κύκλου, με κατανάλωση ενέργειας 21 ώρες x 4 kW=84 kWh, συνολικά 189 kWh. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο άλλος ηλεκτρικός εξοπλισμός δεν θα λειτουργεί με πλήρη ισχύ ταυτόχρονα για το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου, εάν ο ταυτόχρονος παράγοντας θεωρηθεί ως {{{0}}.5, η ημερήσια κατανάλωση ενέργειας άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού είναι περίπου 5kW × 24h × 0.5=60kWh.

Μπορεί να φανεί ότι σύμφωνα με τα αποτελέσματα των επιτόπιων δοκιμών και την κατανάλωση ενέργειας άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού, στο καλοκαιρινό σενάριο, υποθέτοντας τον τρόπο λειτουργίας και τις συνθήκες λειτουργίας (συμμετοχή στο ξύρισμα αιχμής στο δίκτυο, φόρτιση και εκφόρτιση 1C και 1 φόρτιση και κύκλος εκφόρτισης), η ημερήσια κατανάλωση ενέργειας του κλιματιστικού και άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού στη θήκη μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας είναι περίπου 249 kWh.

(2) Απόδοση γραμμής ισχύος

Όταν τα καλώδια DC και AC περνούν ρεύμα, παράγουν απώλεια θερμότητας. Η μονοκατευθυντική απόδοση της πλευράς DC είναι περίπου 99,83%, η μονόδρομη απόδοση της πλευράς χαμηλής τάσης του πλευρικού μετασχηματιστή AC PCS είναι περίπου 99,95%, και η απόδοση μονής κατεύθυνσης της πλευράς AC υψηλής τάσης είναι περίπου 99,89%. Λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες μονής κατεύθυνσης, η απόδοση της γραμμής ισχύος είναι 99,67%. Λαμβάνοντας υπόψη τις αμφίδρομες απώλειες, η απόδοση της γραμμής ισχύος είναι 99,34%.

(3) Απόδοση μετασχηματιστή

Οι μετασχηματιστές ξηρού τύπου που χρησιμοποιούνται συνήθως στο έργο, σύμφωνα με το GB/T 10228-2015 "Τεχνικές παράμετροι και απαιτήσεις για μετασχηματιστές ισχύος ξηρού τύπου", έχουν τους ακόλουθους δείκτες απωλειών για μετασχηματιστές ισχύος μη διεγερμένης τάσης 35kV 2000kVA:

Χωρίς απώλεια φορτίου: 4,23 kW;

Απώλεια φορτίου: 17,2 kW (100 μοίρες).

Σε λειτουργία ονομαστικής ισχύος, η απόδοση του μετασχηματιστή είναι (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, επομένως η αμφίδρομη απόδοση του μετασχηματιστή είναι 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.

Στατιστικά αποδοτικότητας

Κατά τον υπολογισμό της απόδοσης των σταθμών παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας, θα πρέπει να δίνεται προσοχή στην κατεύθυνση της ροής ενέργειας και η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας του βοηθητικού συστήματος θα πρέπει να θεωρείται ως απώλεια φορτίου τόσο κατά τις διαδικασίες φόρτισης όσο και κατά την εκφόρτιση. Κατά τον υπολογισμό της απόδοσης των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, είναι απαραίτητο να συνδυαστούν τυπικοί ορισμοί για να καθοριστεί εάν η εφαρμογή υπολογισμού είναι αμφίδρομη απόδοση ή μονοκατευθυντική απόδοση. Τα στατιστικά απόδοσης των παραπάνω μοντέλων είναι τα εξής:

Ανάλυση αποτελεσματικότητας

(1) Αποδοτικότητα φόρτισης του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας (λαμβάνοντας υπόψη μόνο τη μονοκατευθυντική απόδοση κατά τη διαδικασία φόρτισης)

Υποθέτοντας ότι το SOC του συστήματος μπαταρίας είναι συνεπές και το βάθος φόρτισης και εκφόρτισης θεωρείται ότι είναι 90%, εάν ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας 2 MWh χρειάζεται να φορτιστεί πλήρως σε 1 ώρα, η αρχική ενέργεια φόρτισης στην πλευρά AC απαιτείται να είναι:

Αρχική χωρητικότητα φόρτισης στην πλευρά επικοινωνίας{{0}}(ονομαστική χωρητικότητα του συστήματος x βάθος φόρτισης και εκφόρτισης) ÷ απόδοση φόρτισης του συστήματος μπαταρίας ÷ απόδοση διόρθωσης του μετατροπέα αποθήκευσης ενέργειας ÷ απόδοση μετασχηματιστή ÷ γραμμή ρεύματος αποδοτικότητα+κατανάλωση ισχύος του βοηθητικού εξοπλισμού (λαμβάνοντας υπόψη τη λειτουργία πλήρους φορτίου του βοηθητικού συστήματος εντός 1 ώρας από φόρτιση)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972,12 kWhl,

Η απόδοση φόρτισης της πλευράς AC του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είναι (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91,27%.

(2) Αποδοτικότητα εκφόρτισης του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας (λαμβάνοντας υπόψη μόνο τη μονοκατευθυντική απόδοση κατά τη διαδικασία εκφόρτισης)

Αρχική ενέργεια εκφόρτισης στην πλευρά επικοινωνίας{{0}}(ονομαστική χωρητικότητα του συστήματος x βάθος φόρτισης και εκφόρτισης) x απόδοση φόρτισης του συστήματος μπαταρίας x απόδοση μετατροπέα του μετατροπέα αποθήκευσης ενέργειας x απόδοση μετασχηματιστή x γραμμή ρεύματος αποδοτικότητα - κατανάλωση ενέργειας του βοηθητικού εξοπλισμού (λαμβάνοντας υπόψη τη λειτουργία του βοηθητικού συστήματος με πλήρες φορτίο εντός 1 ώρας από τη φόρτιση)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91 kWh,

Η απόδοση εκφόρτισης της πλευράς AC του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είναι 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.

(3) Απόδοση συσκευής αποθήκευσης ενέργειας (σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, θα πρέπει να χρησιμοποιείται αμφίδρομη απόδοση)

Σύμφωνα με τον ορισμό της απόδοσης της συσκευής αποθήκευσης ενέργειας, η απόδοση της συσκευής αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να ληφθεί ως:

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

(4) Ολοκληρωμένη απόδοση του σταθμού παραγωγής ενέργειας

Υποθέτοντας ότι ο κύκλος αξιολόγησης είναι πλήρης εκφόρτιση, δηλαδή φόρτιση για 1 ώρα και εκφόρτιση για 1 ώρα, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι συνθήκες αναμονής, η συνολική απόδοση του σταθμού παραγωγής ενέργειας σε έναν κύκλο=εκφόρτισης ενέργειας σε έναν κύκλο ÷ φόρτισης ποσό σε έναν κύκλο=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.

Υποθέτοντας ότι ο κύκλος αξιολόγησης είναι 1 ημέρα, με 1 κύκλο την ημέρα, δηλαδή φόρτιση για 1 ώρα, αποφόρτιση για 1 ώρα και αναμονή για 22 ώρες. Η ημερήσια χωρητικότητα εκφόρτισης είναι 1 ικανότητα εκφόρτισης, η οποία υπολογίζεται ως 1972,12 kWh στο προηγούμενο κείμενο. Εκτός από τη χωρητικότητα 1 φόρτισης των 1972,12 kWh, η ημερήσια χωρητικότητα φόρτισης πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη την απώλεια ισχύος του βοηθητικού συστήματος κατά την περίοδο αναμονής. (Στον προηγούμενο υπολογισμό, η βοηθητική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στο διαμέρισμα της μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας ήταν 249 kWh ανά ημέρα. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία υπολογισμού της ισχύος φόρτισης και εκφόρτισης, η κατανάλωση βοηθητικής ηλεκτρικής ενέργειας εντός 2 ωρών από τη φόρτιση και την εκφόρτιση έχει ήδη θεωρηθεί ως είναι 40 kWh ανά ώρα Αυτό το μέρος δεν μπορεί να μετρηθεί επανειλημμένα.)

Συνολικά, η ημερήσια συνολική απόδοση των σταθμών παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας υπολογίζεται ως εξής: ημερήσια ενέργεια εκφόρτισης ÷ ημερήσια χρέωση=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.