1. Definice účinnosti systému energetické akumulační elektrárny
Komplexní účinnost elektrárny
Podle GBT 36549-2018 „Provozní indikátory a hodnocení elektrochemických energetických akumulačních elektráren“ by měla být komplexní účinnost energetických akumulačních elektráren poměrem elektřiny na síti a elektřiny mimo síť během procesu výroby a provozu energetická akumulační elektrárna během vyhodnocovacího období, tj. celkové množství elektřiny přenesené z energetické akumulační elektrárny do sítě bránovým měřičem mezi energetickou akumulační elektrárnou a sítí během vyhodnocovacího období/celkové množství elektřiny přijímané elektrárnou pro ukládání energie z mřížka.
Účinnost zařízení pro skladování energie
Podle GB/T 51437-2021 „Standardy návrhu pro větrné, solární a kombinované elektrárny pro ukládání energie“:
Účinnost zařízení pro uchovávání energie by se měla vypočítat na základě faktorů, jako je účinnost baterie, účinnost systému přeměny energie, účinnost elektrického vedení a účinnost transformátoru pomocí následujícího vzorce:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Efektivita baterie, účinnost baterií pro ukládání energie dokončující cykly nabíjení a vybíjení, což je poměr množství elektřiny vybité tělem baterie k množství nabité elektřiny. Podle technického výkonu baterií pro ukládání energie není účinnost konverze vybití baterie menší než 92 % (obousměrně) při rychlosti 1C a ne menší než 94 % (obousměrně) při rychlosti 0.5C;
Φ 2: Účinnost systému přeměny energie, včetně účinnosti usměrnění a účinnosti invertoru; Podle situace výroby PCS na trhu se obecně odebírá 98,5 % (jednosměrný);
Φ 3:Účinnost elektrických vedení s ohledem na účinnost po obousměrné přenosové ztrátě AC/DC kabelů;
Φ 4:Účinnost transformátoru s přihlédnutím k účinnosti po zvážení obousměrné transformační ztráty transformátoru.
2. Ztráta pomocných systémů v energetických akumulačních elektrárnách
Jako celek, který realizuje určité funkce, se elektrárny pro akumulaci energie spoléhají na velké množství pomocných zařízení k zajištění bezpečného a stabilního provozu systému skladování energie během provozu, jako jsou integrované napájecí systémy, osvětlovací systémy, bezpečnostní systémy, systémy požární signalizace. , environmentální systémy, systémy HVAC, automatizační systémy atd. Tyto systémy slouží jako pomocné systémy pro energetické akumulační elektrárny pro zajištění jejich spolehlivého provozu, proto i spotřeba pomocných zařízení tvoří významnou část celkové spotřeby energie akumulační elektrárna.
Systém akumulace energie může být v provozu nebo mimo provoz (pohotovostní stav). U elektráren s akumulací energie, které se podílejí na omezování špiček sítě a plnění v údolí, pokud je provozní strategií dokončit jedno nabití a jedno vybití za den s rychlostí vybíjení 0,5C, bude systém akumulace energie v provozu během stavu vybití nabití (2h) a po zbytek času není v provozu. Pokud jde o provozní stav, provozní stav jeho pomocného zařízení je odlišný od stavu mimo provoz. Hlavní rozdíl je v tom, že systém HVAC je zapnutý v provozním stavu a není zapnutý nebo příležitostně zapnutý v neprovozním stavu.
Hlavní pomocné zařízení systému skladování energie spotřebovává energii v bateriovém prefabrikovaném prostoru a hlavním zařízením spotřebovávajícím energii je průmyslová klimatizace. Průmyslová klimatizace, jako klíčové zařízení pro řízení teploty pro bateriové prefabrikované prostory, je nezbytným zařízením při provozu systémů skladování energie. Používá se především k udržení provozní teploty zařízení pro skladování energie a zajištění optimálního výkonu článků pro skladování energie. Spotřeba energie pomocných zařízení souvisí hlavně s provozními strategiemi, ročními obdobími a dalšími faktory. Klimatizace bateriového prefabrikovaného prostoru je převážně plně zapnuta, když je v provozu systém akumulace energie. V době, kdy není v provozu, je vnitřní výstup cirkulačního vzduchu obvykle zapnutý, bez chlazení a spotřeba energie není vysoká. Strategie každodenní práce má proto významný vliv na spotřebu energie klimatizace. S jedním nabitím a jedním vybitím za den běží klimatizace přibližně 2 hodiny denně. Se dvěma nabitími a dvěma vybitími běží klimatizace asi 4 hodiny.
Různá roční období mají také značný vliv na spotřebu klimatizace. Chladicí výkon klimatizace také souvisí s teplotou venkovního prostředí. Když je v létě okolní teplota vysoká, chladicí účinek je slabý, takže se pracovní doba prodlouží. V zimě, přestože je okolní teplota nízká a chladicí účinek je dobrý, je pracovní doba chlazení systému akumulace energie kratší než v jiných ročních obdobích. Pokud však akumulace energie neběží, je stále třeba aktivovat funkci ohřevu, aby byla zajištěna pracovní teplota článků akumulátoru energie. Proto je spotřeba energie v zimě a v létě poměrně vysoká.
3. Případová analýza
Přehled systému a ztráty
Konfigurační škála určitého prostoru pro akumulátory energie je 2MW/2MWh a mezi hlavní zařízení spotřebovávající energii patří klimatizace, systém řízení baterií (BMS), ventilátory, osvětlení atd. Provozním režimem systému skladování energie je účastnit se špička holení a údolní plnění elektrické sítě a provozní stav je 1C nabíjení a vybíjení, s jedním cyklem. Nakonfigurujte 2 klimatizační jednotky s maximálním chladicím výkonem 17,5 kW pro každou jednotku, celkem 35 kW pro 2 jednotky. Maximální topný výkon pro každou jednotku je 15 kW, celkem 30 kW pro 2 jednotky. Když klimatizace pracuje v režimu vnitřní cirkulace, spotřeba energie jedné klimatizace je 2 kW a celková spotřeba energie dvou klimatizací je 4 kW. Mezi další elektrická zařízení patří systémy pro správu baterií (BMS), ventilátory (instalované v každém bateriovém modulu), svítidla atd. s maximální kapacitou napájení přibližně 5 kW.
(1) Ztráta pomocného systému
Podle výsledků testu na místě proveďte jeden úplný cyklus nabití a vybití za provozních podmínek 1C. U letních scénářů musí klimatizace fungovat v režimu chlazení přibližně 3 hodiny se spotřebou energie 3 hodiny x 35 kW=105 kWh. Zbytek času je v režimu vnitřního cyklu se spotřebou energie 21 hodin x 4 kW=84 kWh, celkem 189 kWh. Vezmeme-li v úvahu, že ostatní elektrická zařízení nebudou po většinu času pracovat na plný výkon současně, je-li současný faktor považován za {{10}}.5, denní spotřeba energie ostatních elektrických zařízení je přibližně 5 kW × 24 h × 0.{15}} kWh.
Je vidět, že podle výsledků testů na místě a spotřeby energie ostatních elektrických zařízení, v letním scénáři, za předpokladu provozního režimu a provozních podmínek (účast na síťové špičce, nabíjení a vybíjení 1C a 1 nabíjení a vybíjecí cyklus), denní spotřeba energie klimatizace a dalších elektrických zařízení v prostoru pro akumulátor energie je asi 249 kWh.
(2) Účinnost elektrického vedení
Když DC a AC kabely procházejí proudem, generují tepelné ztráty. Jednosměrná účinnost stejnosměrné strany je asi 99,83 %, jednosměrná účinnost nízkonapěťové strany transformátoru PCS AC je asi 99,95 % a jednosměrná účinnost vysokonapěťové AC strany je asi 99,89 %. Vzhledem k jednosměrné ztrátě je účinnost elektrického vedení 99,67 %; S ohledem na obousměrné ztráty je účinnost elektrického vedení 99,34 %.
(3) Účinnost transformátoru
Běžně používané suché transformátory v projektu podle GB/T 10228-2015 "Technické parametry a požadavky na suché výkonové transformátory" mají následující indikátory ztrát pro 35kV 2000kVA nevybuzené napájecí transformátory regulující napětí:
Bez ztráty zatížení: 4,23 kW;
Ztráta zatížení: 17,2 kW (100 stupňů);
Při jmenovitém výkonu je účinnost transformátoru (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98,93 %, takže obousměrná účinnost transformátoru je 98,93 % × 98,93 %{{9 }},87 %.
Statistika účinnosti
Při výpočtu účinnosti energetických akumulačních elektráren by se měla věnovat pozornost směru toku energie a spotřeba elektřiny pomocného systému by měla být považována za ztrátu zátěže během procesu nabíjení i vybíjení. Při výpočtu účinnosti systémů akumulace energie je nutné kombinovat standardní definice, aby se určilo, zda je výpočtovou aplikací obousměrná účinnost nebo jednosměrná účinnost. Statistiky účinnosti výše uvedených modelů jsou následující:
| Číslo | Složení účinnosti | Obousměrná účinnost | Jednosměrná účinnost | Poznámky |
| 1 | Bateriový systém | 92% | 95.92% | Za předpokladu, že účinnost nabíjení je v souladu s účinností vybíjení |
| 2 | Invertor pro ukládání energie | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Účinnost elektrického vedení | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Zvyšování účinnosti | 97.87% | 98.93% |
Analýza účinnosti
(1) Účinnost nabíjení systému skladování energie (uvažuje se pouze jednosměrná účinnost během procesu nabíjení)
Za předpokladu, že SOC bateriového systému je konzistentní a hloubka nabíjení a vybíjení je považována za 90 %, pokud je třeba 2MWh systém skladování energie plně nabít za 1 hodinu, počáteční nabíjecí energie na jeho AC straně musí být:
Počáteční nabíjecí kapacita na straně komunikace{{0}}(jmenovitá kapacita systému x hloubka nabití a vybití) ÷ účinnost nabíjení bateriového systému ÷ účinnost usměrnění měniče akumulace energie ÷ účinnost transformátoru ÷ elektrické vedení účinnost+spotřeba energie pomocného zařízení (s ohledem na provoz pomocného systému při plném zatížení do 1 hodiny od nabití)=2000 × 0,9 ÷ 95,92 % ÷ 98,5 % ÷ 98,93 % ÷ 99,67 %+(35+5) × 1=1972,12kWhl,
Účinnost nabíjení AC strany systému pro ukládání energie je (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91,27 %.
(2) Účinnost vybíjení systému akumulace energie (s uvažováním pouze jednosměrné účinnosti během procesu vybíjení)
Energie počátečního vybití na straně komunikace{{0}}(jmenovitá kapacita systému x hloubka nabití a vybití) x účinnost nabíjení bateriového systému x účinnost invertoru měniče úložiště energie x účinnost transformátoru x napájecí vedení účinnost – spotřeba energie pomocného zařízení (s ohledem na provoz pomocného systému při plném zatížení do 1 hodiny od nabití)=2000 × 0,9 × 95,92 % × 98,5 % × 98,93 % × 99,67 % – (35+5) × 1=1636,91 kWh,
Účinnost vybíjení střídavé strany systému akumulace energie je 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94 %.
(3) Účinnost zařízení pro ukládání energie (podle výše uvedeného vzorce by se měla využívat obousměrná účinnost)
Podle definice účinnosti zařízení pro skladování energie lze účinnost zařízení pro skladování energie získat jako:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Komplexní účinnost elektrárny
Za předpokladu, že hodnotícím cyklem je úplné vybití nabití, tj. nabíjení po dobu 1 hodiny a vybíjení po dobu 1 hodiny, bez ohledu na podmínky pohotovostního režimu, komplexní účinnost elektrárny v jednom cyklu=vybití energie v jednom cyklu ÷ nabíjení množství v jednom cyklu=1636,91 ÷ 1972.12=83.00 %.
Za předpokladu, že cyklus vyhodnocení je 1 den, s 1 cyklem za den, tj. nabíjení 1 hodinu, vybíjení 1 hodinu a pohotovostní režim 22 hodin. Denní kapacita výboje je 1 kapacita výboje, která je v předchozím textu vypočtena jako 1972,12 kWh. Kromě kapacity na 1 nabití 1972,12 kWh musí denní kapacita nabíjení zohledňovat také ztrátu výkonu pomocného systému během pohotovostního režimu. (V předchozím výpočtu byla spotřeba pomocné elektřiny v prostoru pro akumulátor energie 249 kWh za den. V procesu výpočtu nabíjecího a vybíjecího výkonu však byla spotřeba pomocné elektřiny do 2 hodin od nabíjení a vybíjení již uvažována jako být 40 kWh za hodinu Tuto část nelze započítávat opakovaně.)
Celkově je denní komplexní účinnost elektráren pro akumulaci energie vypočítána takto: denní vybíjecí energie ÷ denní nabíjení=1636,91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76,45 %.