1. Efficiëntiedefinitie van energieopslagkrachtcentralesystemen
Uitgebreide efficiëntie van de elektriciteitscentrale
Volgens GBT 36549-2018 "Operation Indicators and Evaluation of Electrochemical Energy Storage Power Stations" zou de alomvattende efficiëntie van energieopslagcentrales de verhouding moeten zijn tussen de elektriciteit op het elektriciteitsnet en de elektriciteit buiten het elektriciteitsnet tijdens het productie- en werkingsproces van de energieopslagcentrale tijdens de evaluatieperiode, d.w.z. de totale hoeveelheid elektriciteit die tijdens de evaluatieperiode door de energieopslagcentrale naar het net is getransporteerd door de gateway-meter tussen de energieopslagcentrale en het net/de totale hoeveelheid elektriciteit ontvangen door de energieopslagcentrale van het net.
Efficiëntie van energieopslagapparaten
Volgens GB/T 51437-2021 "Ontwerpnormen voor gecombineerde energiecentrales op het gebied van wind, zonne-energie en energieopslag":
De efficiëntie van energieopslagapparaten moet worden berekend op basis van factoren zoals de efficiëntie van de batterij, de efficiëntie van het stroomconversiesysteem, de efficiëntie van de stroomlijn en de efficiëntie van de transformator, met behulp van de volgende formule:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Batterij-efficiëntie, de efficiëntie van energieopslagbatterijen die laad- en ontlaadcycli voltooien, wat de verhouding is tussen de hoeveelheid elektriciteit die door het batterijlichaam wordt ontladen en de hoeveelheid opgeladen elektriciteit. Volgens de technische prestaties van energieopslagbatterijen is de conversie-efficiëntie van de batterij niet minder dan 92% (bidirectioneel) bij 1C-snelheid, en niet minder dan 94% (bidirectioneel) bij 0.5C-snelheid;
Φ 2: Efficiëntie van het stroomconversiesysteem, inclusief rectificatie-efficiëntie en inverterefficiëntie; Afhankelijk van de PCS-productiesituatie op de markt wordt doorgaans 98,5% (enkele reis) gebruikt;
Φ 3:Efficiëntie van elektriciteitsleidingen, rekening houdend met de efficiëntie na bidirectioneel transmissieverlies van AC/DC-kabels;
Φ 4:Transformatorefficiëntie, rekening houdend met de efficiëntie na overweging van het bidirectionele transformatieverlies van de transformator.
2. Verlies van hulpsystemen in energieopslagcentrales
Als geheel dat bepaalde functies realiseert, vertrouwen energieopslagcentrales op een groot aantal hulpapparatuur om de veilige en stabiele werking van het energieopslagsysteem tijdens bedrijf te garanderen, zoals geïntegreerde energiesystemen, verlichtingssystemen, beveiligingssystemen, brandalarmsystemen , milieusystemen, HVAC-systemen, automatiseringssystemen, enz. Deze systemen dienen als hulpsystemen voor energieopslagcentrales om hun betrouwbare werking te garanderen. Daarom is het stroomverbruik van hulpapparatuur ook verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het totale energieverbruik van de energiecentrales. opslag elektriciteitscentrale.
Het energieopslagsysteem kan in bedrijf zijn of niet in bedrijf zijn (stand-by-status). Voor energieopslagcentrales die deelnemen aan het afvlakken van pieken in het elektriciteitsnet en het opvullen van dalen, zal het energieopslagsysteem in werking zijn als de bedrijfsstrategie erin bestaat één keer opladen en één keer ontladen per dag te voltooien met een ontladingssnelheid van 0,5C. tijdens de ontladingsstatus (2 uur), en gedurende de rest van de tijd niet in bedrijf. Wat de operationele status betreft, is de operationele status van de hulpapparatuur anders dan die in de niet-operationele toestand. Het belangrijkste verschil is dat het HVAC-systeem is ingeschakeld in de bedrijfstoestand en niet is ingeschakeld of af en toe is ingeschakeld in de niet-bedrijfstoestand.
De belangrijkste hulpapparatuur van het energieopslagsysteem verbruikt stroom in het geprefabriceerde batterijcompartiment, en de belangrijkste energieverbruikende apparatuur is industriële airconditioning. Industriële airconditioning, als belangrijke thermische beheerapparatuur voor geprefabriceerde batterijcompartimenten, is een essentieel apparaat tijdens de werking van energieopslagsystemen. Het wordt voornamelijk gebruikt om de bedrijfstemperatuur van energieopslagapparatuur op peil te houden en de optimale prestaties van energieopslagcellen te garanderen. Het stroomverbruik van hulpapparatuur houdt voornamelijk verband met operationele strategieën, seizoenen en andere factoren. De airconditioning van het geprefabriceerde batterijcompartiment wordt grotendeels volledig ingeschakeld wanneer het energieopslagsysteem in werking is. Wanneer het niet in gebruik is, is de interne circulatieluchtuitlaat meestal ingeschakeld, zonder koeling, en is het stroomverbruik niet hoog. Daarom heeft de dagelijkse werkstrategie een aanzienlijke invloed op het stroomverbruik van de airconditioner. Met één keer opladen en één keer ontladen per dag werkt de airconditioner ongeveer 2 uur per dag. Met twee keer opladen en twee keer ontladen werkt de airconditioner ongeveer 4 uur.
Verschillende seizoenen hebben ook een aanzienlijke impact op het energieverbruik van airconditioning. Het koelvermogen van een airconditioner hangt ook samen met de temperatuur van de buitenomgeving. Wanneer de omgevingstemperatuur in de zomer hoog is, is het koeleffect slecht, waardoor de werkuren langer zullen zijn. Hoewel de omgevingstemperatuur in de winter laag is en het koeleffect goed is, is de koelwerktijd van het energieopslagsysteem korter dan in andere seizoenen. Wanneer de energieopslag echter niet actief is, moet de verwarmingsfunctie nog steeds worden geactiveerd om de werktemperatuur van de cellen van de energieopslagbatterij te garanderen. Daarom is het stroomverbruik in de winter en de zomer relatief hoog.
3. Casusanalyse
Systeemoverzicht en verliezen
De configuratieschaal van een bepaald energieopslagbatterijcompartiment is 2MW/2MWh, en de belangrijkste stroomverbruikende apparatuur omvat airconditioning, batterijbeheersysteem (BMS), ventilatoren, verlichting, enz. De werkingsmodus van het energieopslagsysteem is om deel te nemen aan piekscheren en dalvulling van het elektriciteitsnet, en de bedrijfsconditie is 1C opladen en ontladen, met één cyclus. Configureer 2 airconditioningunits, met een maximaal koelvermogen van 17,5 kW per unit, in totaal 35 kW voor 2 units. Het maximale verwarmingsvermogen voor elke unit bedraagt 15 kW, in totaal 30 kW voor 2 units. Wanneer de airconditioner in interne circulatiemodus werkt, bedraagt het energieverbruik van één enkele airconditioner 2 kW en het totale energieverbruik van twee airconditioners 4 kW. Andere elektrische apparaten zijn onder meer batterijbeheersystemen (BMS), ventilatoren (geïnstalleerd in elke batterijmodule), verlichtingsarmaturen, enz., met een maximale voedingscapaciteit van ongeveer 5 kW.
(1) Verlies van hulpsysteem
Voer volgens de testresultaten ter plaatse één volledige laad- en ontlaadcyclus uit onder 1C-bedrijfsomstandigheden. Voor zomerscenario's moet de airconditioner ongeveer 3 uur in de koelmodus werken, met een stroomverbruik van 3 uur x 35 kW=105 kWh. De rest van de tijd bevindt zich in een interne cyclusmodus, met een stroomverbruik van 21 uur x 4 kW=84 kWh, in totaal 189 kWh. Aangezien andere elektrische apparatuur het grootste deel van de tijd niet tegelijkertijd op vol vermogen zal werken, is het dagelijkse energieverbruik van andere elektrische apparatuur, als de gelijktijdige factor wordt beschouwd als {{10}}.5, ongeveer 5 kW × 24 uur × 0,5=60kWh.
Het blijkt dat volgens de testresultaten ter plaatse en het stroomverbruik van andere elektrische apparatuur, in het zomerscenario, uitgaande van de bedrijfsmodus en bedrijfsomstandigheden (deelnemen aan piekreductie op het elektriciteitsnet, 1C laden en ontladen, en 1 laden en ontladen), ontlaadcyclus), bedraagt het dagelijkse energieverbruik van de airconditioning en andere elektrische apparatuur in het energieopslagbatterijcompartiment ongeveer 249 kWh.
(2) Efficiëntie van de stroomlijn
Wanneer DC- en AC-kabels stroom doorgeven, genereren ze warmteverlies. De unidirectionele efficiëntie van de DC-zijde is ongeveer 99,83%, de unidirectionele efficiëntie van de PCS AC-zijde transformator laagspanningszijde is ongeveer 99,95%, en de unidirectionele efficiëntie van de hoogspannings-AC-zijde is ongeveer 99,89%. Rekening houdend met unidirectioneel verlies bedraagt de efficiëntie van de stroomlijn 99,67%; Rekening houdend met bidirectionele verliezen bedraagt de efficiëntie van de stroomlijn 99,34%.
(3) Transformatorefficiëntie
De algemeen gebruikte droge transformatoren in het project hebben, volgens GB/T 10228-2015 "Technische parameters en vereisten voor droge energietransformatoren", de volgende verliesindicatoren voor 35 kV 2000 kVA niet-aangeslagen spanningsregulerende vermogenstransformatoren:
Geen belastingsverlies: 4,23 kW;
Belastingsverlies: 17,2 kW (100 graden);
Bij nominaal vermogen is de efficiëntie van de transformator (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, dus de bidirectionele efficiëntie van de transformator is 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.
Efficiëntiestatistieken
Bij het berekenen van de efficiëntie van energieopslagcentrales moet aandacht worden besteed aan de richting van de energiestroom, en het elektriciteitsverbruik van het hulpsysteem moet worden beschouwd als belastingsverlies tijdens zowel laad- als ontlaadprocessen. Bij het berekenen van de efficiëntie van energieopslagsystemen is het noodzakelijk om standaarddefinities te combineren om te bepalen of de berekeningstoepassing bidirectionele efficiëntie of unidirectionele efficiëntie is. De efficiëntiestatistieken van de bovenstaande modellen zijn als volgt:
| Nummer | Efficiëntie samenstelling | Bidirectionele efficiëntie | Unidirectionele efficiëntie | Opmerkingen |
| 1 | Batterijsysteem | 92% | 95.92% | Ervan uitgaande dat de laadefficiëntie consistent is met de ontlaadefficiëntie |
| 2 | Omvormer voor energieopslag | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Efficiëntie van de stroomlijn | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Efficiëntie verhogen | 97.87% | 98.93% |
Efficiëntieanalyse
(1) Laadefficiëntie van het energieopslagsysteem (alleen rekening houdend met de unidirectionele efficiëntie tijdens het laadproces)
Ervan uitgaande dat de SOC van het batterijsysteem consistent is en dat de laad- en ontlaaddiepte 90% wordt geacht, moet, als een energieopslagsysteem van 2 MWh binnen 1 uur volledig moet worden opgeladen, de initiële laadenergie aan de AC-kant:
Initiële laadcapaciteit aan de communicatiezijde{{0}}(nominale capaciteit van het systeem x diepte van opladen en ontladen) ÷ laadefficiëntie van het batterijsysteem ÷ rectificatie-efficiëntie van de energieopslagconverter ÷ efficiëntie van de transformator ÷ stroomlijn efficiëntie+stroomverbruik van hulpapparatuur (rekening houdend met volledige werking van het hulpsysteem binnen 1 uur na opladen)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972.12kWh,
De laadefficiëntie van de AC-zijde van het energieopslagsysteem is (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91,27%.
(2) Ontladingsefficiëntie van energieopslagsysteem (alleen rekening houdend met de unidirectionele efficiëntie tijdens het ontladingsproces)
Initiële ontladingsenergie aan de communicatiezijde{{0}}(nominale capaciteit van het systeem x diepte van opladen en ontladen) x laadefficiëntie van het batterijsysteem x omvormerefficiëntie van de energieopslagconverter x transformatorefficiëntie x voedingslijn efficiëntie - energieverbruik van hulpapparatuur (rekening houdend met volledige werking van het hulpsysteem binnen 1 uur na opladen)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91 kWh,
De ontladingsefficiëntie van de AC-zijde van het energieopslagsysteem is 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.
(3) Efficiëntie van energieopslagapparaten (volgens de bovenstaande formule moet bidirectionele efficiëntie worden gebruikt)
Volgens de definitie van de efficiëntie van energieopslagapparaten kan de efficiëntie van het energieopslagapparaat worden verkregen als:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Uitgebreide efficiëntie van de elektriciteitscentrale
Ervan uitgaande dat de evaluatiecyclus een volledige ontlading is, dat wil zeggen 1 uur opladen en 1 uur ontladen, zonder rekening te houden met de stand-byomstandigheden, is de totale efficiëntie van de energiecentrale in één cyclus=het ontladen van energie in één cyclus ÷ opladen hoeveelheid in één cyclus=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Ervan uitgaande dat de evaluatiecyclus 1 dag bedraagt, met 1 cyclus per dag, dwz 1 uur opladen, 1 uur ontladen en 22 uur stand-by. De dagelijkse ontladingscapaciteit bedraagt 1 ontladingscapaciteit, die in de vorige tekst is berekend op 1972,12 kWh. Naast de 1 laadcapaciteit van 1972,12 kWh moet bij de dagelijkse laadcapaciteit ook rekening worden gehouden met het stroomverlies van het hulpsysteem tijdens de standby-periode. (In de vorige berekening bedroeg het aanvullende elektriciteitsverbruik in het energieopslagbatterijcompartiment 249 kWh per dag. Bij het berekenen van het laad- en ontlaadvermogen is echter al rekening gehouden met het aanvullende elektriciteitsverbruik binnen 2 uur na het opladen en ontladen. 40 kWh per uur zijn. Dit deel kan niet herhaaldelijk worden geteld.)
Over het geheel genomen wordt het dagelijkse totale rendement van energieopslagcentrales als volgt berekend: dagelijkse ontladingsenergie ÷ dagelijkse lading=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.