1. Definição de eficiência do sistema de usina de armazenamento de energia
Eficiência abrangente da estação de energia
De acordo com o GBT 36549-2018 "Indicadores de Operação e Avaliação de Centrais Elétricas de Armazenamento de Energia Eletroquímica", a eficiência abrangente das usinas de armazenamento de energia deve ser a proporção entre a eletricidade na rede e a eletricidade fora da rede durante o processo de produção e operação do central de armazenamento de energia durante o período de avaliação, ou seja, a quantidade total de eletricidade transmitida da central de armazenamento de energia para a rede pelo medidor de gateway entre a central de armazenamento de energia e a rede durante o período de avaliação/a quantidade total de eletricidade recebida pela central de armazenamento de energia da rede.
Eficiência dos dispositivos de armazenamento de energia
De acordo com GB/T 51437-2021 "Padrões de projeto para usinas combinadas de armazenamento de energia eólica, solar e de energia":
A eficiência dos dispositivos de armazenamento de energia deve ser calculada com base em fatores como eficiência da bateria, eficiência do sistema de conversão de energia, eficiência da linha de energia e eficiência do transformador usando a seguinte fórmula:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Eficiência da bateria, a eficiência das baterias de armazenamento de energia que completam os ciclos de carga e descarga, que é a razão entre a quantidade de eletricidade descarregada pelo corpo da bateria e a quantidade de eletricidade carregada. De acordo com o desempenho técnico das baterias de armazenamento de energia, a eficiência de conversão de carga e descarga da bateria não é inferior a 92% (bidirecional) na taxa de 1C, e não inferior a 94% (bidirecional) na taxa de 00,5C;
Φ 2: Eficiência do sistema de conversão de energia, incluindo eficiência de retificação e eficiência do inversor; De acordo com a situação de produção de PCS no mercado, geralmente é tomado 98,5% (unidirecional);
Φ 3:Eficiência das linhas de energia, considerando a eficiência após perda de transmissão bidirecional de cabos AC/DC;
Φ 4:Eficiência do transformador, levando em consideração a eficiência após considerar a perda de transformação bidirecional do transformador.
2. Perda de sistemas auxiliares em centrais de armazenamento de energia
Como um todo que realiza certas funções, as centrais de armazenamento de energia contam com um grande número de equipamentos auxiliares para garantir a operação segura e estável do sistema de armazenamento de energia durante a operação, como sistemas integrados de energia, sistemas de iluminação, sistemas de segurança, sistemas de alarme de incêndio. , sistemas ambientais, sistemas HVAC, sistemas de automação, etc. Esses sistemas servem como sistemas auxiliares para usinas de armazenamento de energia para garantir sua operação confiável, portanto, o consumo de energia de equipamentos auxiliares também é responsável por uma proporção significativa do consumo total de energia do sistema. usina de armazenamento.
O sistema de armazenamento de energia pode estar em funcionamento ou não (estado de espera). Para usinas de armazenamento de energia que participam da redução de picos da rede e preenchimento de vales, se a estratégia de operação for completar uma carga e uma descarga por dia com uma taxa de descarga de carga de 0,5C, o sistema de armazenamento de energia estará em operação durante o estado de descarga de carga (2h), e não em operação durante o resto do tempo. Em relação ao estado operacional, o estado operacional dos seus equipamentos auxiliares é diferente daquele no estado não operacional. A principal diferença é que o sistema HVAC é ligado no estado operacional e não ligado ou ocasionalmente ligado no estado não operacional.
O principal equipamento auxiliar do sistema de armazenamento de energia consome energia no compartimento pré-fabricado da bateria, e o principal equipamento consumidor de energia é o ar condicionado industrial. O ar condicionado industrial, como equipamento chave de gerenciamento térmico para compartimentos pré-fabricados de baterias, é um dispositivo essencial durante a operação de sistemas de armazenamento de energia. É usado principalmente para manter a temperatura operacional de equipamentos de armazenamento de energia e garantir o desempenho ideal das células de armazenamento de energia. O consumo de energia dos equipamentos auxiliares está relacionado principalmente a estratégias operacionais, estações do ano e outros fatores. O ar condicionado do compartimento pré-fabricado da bateria fica totalmente ligado principalmente quando o sistema de armazenamento de energia está em operação. Quando não está em funcionamento, a saída de ar de circulação interna geralmente fica ligada, sem refrigeração, e o consumo de energia não é alto. Portanto, a estratégia diária de trabalho tem um impacto significativo no consumo de energia do ar condicionado. Com uma carga e uma descarga por dia, o ar condicionado funciona cerca de 2 horas por dia. Com duas cargas e duas descargas, o ar condicionado funciona cerca de 4 horas.
As diferentes estações também têm um impacto significativo no consumo de energia do ar condicionado. A capacidade de refrigeração de um ar condicionado também está relacionada à temperatura do ambiente externo. Quando a temperatura ambiente é alta no verão, o efeito de resfriamento é fraco, portanto o horário de trabalho será estendido. No inverno, embora a temperatura ambiente seja baixa e o efeito de resfriamento seja bom, o tempo de trabalho de resfriamento do sistema de armazenamento de energia é mais curto do que em outras estações. No entanto, quando o armazenamento de energia não está funcionando, a função de aquecimento ainda precisa ser ativada para garantir a temperatura de funcionamento das células da bateria de armazenamento de energia. Portanto, o consumo de energia é relativamente alto no inverno e no verão.
3. Análise de caso
Visão geral do sistema e perdas
A escala de configuração de um determinado compartimento de bateria de armazenamento de energia é de 2MW/2MWh, e os principais equipamentos consumidores de energia incluem ar condicionado, sistema de gerenciamento de bateria (BMS), ventiladores, iluminação, etc. redução de pico e preenchimento de vale da rede elétrica, e a condição de operação é carga e descarga de 1C, com um ciclo. Configure 2 unidades de ar condicionado, com potência máxima de refrigeração de 17,5kW para cada unidade, totalizando 35kW para 2 unidades. A potência máxima de aquecimento para cada unidade é de 15kW, totalizando 30kW para 2 unidades. Quando o ar condicionado funciona em modo de circulação interna, o consumo de energia de um único ar condicionado é de 2kW e o consumo total de energia de dois ar condicionado é de 4kW. Outros dispositivos elétricos incluem sistemas de gerenciamento de bateria (BMS), ventiladores (instalados em cada módulo de bateria), luminárias, etc., com capacidade máxima de alimentação de aproximadamente 5kW.
(1) Perda do sistema auxiliar
De acordo com os resultados dos testes no local, execute um ciclo completo de carga e descarga sob condições operacionais 1C. Para cenários de verão, o ar condicionado precisa operar em modo de resfriamento por cerca de 3 horas, com um consumo de energia de 3 horas x 35 kW=105 kWh. O restante do tempo ocorre em modo de ciclo interno, com consumo de energia de 21 horas x 4 kW=84 kWh, totalizando 189 kWh. Considerando que outros equipamentos elétricos não funcionarão com potência máxima ao mesmo tempo na maior parte do tempo, se o fator simultâneo for considerado como {{10}}.5, o consumo diário de energia de outros equipamentos elétricos é aproximadamente 5kW × 24h × 0.5=60kWh.
Pode-se verificar que de acordo com os resultados dos testes no local e o consumo de energia de outros equipamentos elétricos, no cenário de verão, assumindo o modo de operação e as condições de operação (participando na redução de pico da rede, carga e descarga 1C, e 1 carga e ciclo de descarga), o consumo diário de energia do ar condicionado e outros equipamentos elétricos no compartimento da bateria de armazenamento de energia é de cerca de 249 kWh.
(2) Eficiência da linha de energia
Quando os cabos CC e CA passam corrente, eles geram perda de calor. A eficiência unidirecional do lado CC é de cerca de 99,83%, a eficiência unidirecional do lado de baixa tensão do transformador do lado CA PCS é de cerca de 99,95% e a eficiência unidirecional do lado CA de alta tensão é de cerca de 99,89%. Considerando a perda unidirecional, a eficiência da linha de energia é de 99,67%; Considerando as perdas bidirecionais, a eficiência da linha de energia é de 99,34%.
(3) Eficiência do transformador
Os transformadores do tipo seco comumente usados no projeto, de acordo com GB/T 10228-2015 "Parâmetros técnicos e requisitos para transformadores de potência do tipo seco", possuem os seguintes indicadores de perda para transformadores de potência reguladores de tensão não excitados de 35kV 2000kVA:
Sem perda de carga: 4,23kW;
Perda de carga: 17,2 kW (100 graus);
Na operação com potência nominal, a eficiência do transformador é (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, então a eficiência bidirecional do transformador é 98,93% × 98,93%{{9 }},87%.
Estatísticas de eficiência
Ao calcular a eficiência das centrais de armazenamento de energia, deve-se prestar atenção à direção do fluxo de energia, e o consumo de eletricidade do sistema auxiliar deve ser considerado como perda de carga durante os processos de carga e descarga. Ao calcular a eficiência dos sistemas de armazenamento de energia, é necessário combinar definições padrão para determinar se a aplicação do cálculo é eficiência bidirecional ou eficiência unidirecional. As estatísticas de eficiência dos modelos acima são as seguintes:
| Número | Composição de eficiência | Eficiência bidirecional | Eficiência unidirecional | Notas |
| 1 | Sistema de bateria | 92% | 95.92% | Assumindo que a eficiência de carregamento é consistente com a eficiência de descarga |
| 2 | Inversor de armazenamento de energia | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Eficiência da linha de energia | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Aumentando a eficiência | 97.87% | 98.93% |
Análise de eficiência
(1) Eficiência de carregamento do sistema de armazenamento de energia (considerando apenas a eficiência unidirecional durante o processo de carregamento)
Supondo que o SOC do sistema de bateria seja consistente e a profundidade de carga e descarga seja considerada de 90%, se um sistema de armazenamento de energia de 2 MWh precisar ser totalmente carregado em 1 hora, a energia de carga inicial em seu lado CA deverá ser:
Capacidade de carga inicial no lado da comunicação{{0}}(capacidade nominal do sistema x profundidade de carga e descarga) ÷ eficiência de carga do sistema de bateria ÷ eficiência de retificação do conversor de armazenamento de energia ÷ eficiência do transformador ÷ linha de energia eficiência+consumo de energia do equipamento auxiliar (considerando operação em plena carga do sistema auxiliar dentro de 1 hora de carregamento)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972,12kWhl,
A eficiência de carregamento do lado CA do sistema de armazenamento de energia é (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=910,27%.
(2) Eficiência de descarga do sistema de armazenamento de energia (considerando apenas a eficiência unidirecional durante o processo de descarga)
Energia de descarga inicial no lado da comunicação{{0}}(capacidade nominal do sistema x profundidade de carga e descarga) x eficiência de carga do sistema de bateria x eficiência do inversor do conversor de armazenamento de energia x eficiência do transformador x linha de energia eficiência - consumo de energia dos equipamentos auxiliares (considerando operação em plena carga do sistema auxiliar dentro de 1 hora de carregamento)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91 kWh,
A eficiência de descarga do lado CA do sistema de armazenamento de energia é 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.
(3) Eficiência do dispositivo de armazenamento de energia (de acordo com a fórmula acima, deve ser utilizada eficiência bidirecional)
De acordo com a definição de eficiência do dispositivo de armazenamento de energia, a eficiência do dispositivo de armazenamento de energia pode ser obtida como:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Eficiência abrangente da central elétrica
Supondo que o ciclo de avaliação seja uma descarga de carga completa, ou seja, carregando por 1 hora e descarregando por 1 hora, sem considerar as condições de espera, a eficiência abrangente da usina em um ciclo=descarregando energia em um ciclo ÷ carregando valor em um ciclo=16360,91 ÷ 1972.12=83.00%.
Supondo que o ciclo de avaliação seja de 1 dia, com 1 ciclo por dia, ou seja, carga por 1 hora, descarga por 1 hora e espera por 22 horas. A capacidade diária de descarga é de 1 capacidade de descarga, calculada como 1.972,12 kWh no texto anterior. Além da capacidade de carga de 1.972,12 kWh, a capacidade de carga diária também precisa considerar a perda de energia do sistema auxiliar durante o período de espera. (No cálculo anterior, o consumo de eletricidade auxiliar no compartimento da bateria de armazenamento de energia era de 249 kWh por dia. No entanto, no processo de cálculo da potência de carga e descarga, o consumo de eletricidade auxiliar dentro de 2 horas de carga e descarga já foi considerado como ser 40 kWh por hora. Esta parte não pode ser contada repetidamente.)
No geral, a eficiência diária abrangente das usinas de armazenamento de energia é calculada da seguinte forma: energia de descarga diária ÷ carga diária=1636,91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76,45%.