1. Effektivitetsdefinisjon av energilagringskraftverkssystem
Omfattende effektivitet av kraftstasjon
I henhold til GBT 36549-2018 "Operation Indicators and Evaluation of Electrochemical Energy Storage Power Stations", bør den omfattende effektiviteten til energilagringskraftverk være forholdet mellom elektrisitet på nettet og elektrisitet utenfor nettet under produksjons- og driftsprosessen til energilagerkraftverk i løpet av evalueringsperioden, det vil si den totale mengden elektrisitet som overføres fra energilagerkraftstasjonen til nettet av gatewaymåleren mellom energilagerkraftstasjonen og nettet i evalueringsperioden/den totale mengden elektrisitet som energilagerkraftstasjonen mottar fra nettet.
Effektiviteten til energilagringsenheter
I henhold til GB/T 51437-2021 "Design Standards for Wind, Solar and Energy Storage Combined Power Stations":
Effektiviteten til energilagringsenheter bør beregnes basert på faktorer som batterieffektivitet, effektkonverteringssystemeffektivitet, kraftlinjeeffektivitet og transformatoreffektivitet ved å bruke følgende formel:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Batterieffektivitet, effektiviteten til energilagringsbatterier som fullfører lade- og utladingssykluser, som er forholdet mellom mengden elektrisitet som lades ut av batterikroppen og mengden elektrisitet som lades. I henhold til den tekniske ytelsen til energilagringsbatterier, er ladningsutladingskonverteringseffektiviteten til batteriet ikke mindre enn 92 % (toveis) ved 1C-hastighet, og ikke mindre enn 94 % (toveis) ved 0.5C-hastighet;
Φ 2: Effektivitet av kraftkonverteringssystem, inkludert rettingseffektivitet og invertereffektivitet; I henhold til markedets PCS-produksjonssituasjon tas vanligvis 98,5 % (enveis);
Φ 3:Effektivitet av kraftledninger, med tanke på effektiviteten etter toveis overføringstap av AC/DC-kabler;
Φ 4:Transformatoreffektivitet, tar hensyn til effektiviteten etter å ha vurdert toveis transformasjonstapet til transformatoren.
2. Tap av hjelpesystemer i energilagringskraftverk
Som en helhet som realiserer visse funksjoner, er energilagringskraftverk avhengige av et stort antall hjelpeutstyr for å sikre sikker og stabil drift av energilagringssystemet under drift, for eksempel integrerte kraftsystemer, belysningssystemer, sikkerhetssystemer, brannalarmsystemer , miljøsystemer, HVAC-systemer, automasjonssystemer osv. Disse systemene fungerer som hjelpesystemer for energilagringskraftverk for å sikre pålitelig drift, derfor utgjør strømforbruket til hjelpeutstyr også en betydelig andel av det totale energiforbruket av energilagringskraftverket.
Energilagringssystemet kan være i drift eller ikke i drift (standby-tilstand). For energilagringskraftverk som deltar i toppbarbering og fylling av nett, hvis driftsstrategien er å fullføre én lading og én utladning per dag med en ladeutladningshastighet på 0.5C, vil energilagringssystemet være i drift under ladeutladningstilstanden (2t), og ikke i drift resten av tiden. Når det gjelder driftsstatus, er driftsstatusen til tilleggsutstyret forskjellig fra den i ikke-driftstilstand. Hovedforskjellen er at HVAC-systemet er slått på i driftstilstand og ikke slått på eller av og til slått på i ikke-driftstilstand.
Det viktigste hjelpeutstyret til energilagringssystemet bruker strøm i det prefabrikerte batterirommet, og det viktigste strømforbrukende utstyret er industriell klimaanlegg. Industriell klimaanlegg, som et sentralt termisk styringsutstyr for prefabrikkerte batterirom, er en viktig enhet under driften av energilagringssystemer. Den brukes hovedsakelig til å opprettholde driftstemperaturen til energilagringsutstyr og sikre optimal ytelse av energilagringsceller. Strømforbruket til hjelpeutstyr er hovedsakelig relatert til operasjonelle strategier, årstider og andre faktorer. Klimaanlegget i det prefabrikerte batterirommet er hovedsakelig slått på når energilagringssystemet er i drift. Når det ikke er i drift, er det interne sirkulasjonsluftuttaket vanligvis slått på, uten kjøling, og strømforbruket er ikke høyt. Derfor har den daglige arbeidsstrategien en betydelig innvirkning på strømforbruket til klimaanlegget. Med én lading og én utladning per dag, går klimaanlegget i ca. 2 timer per dag. Med to ladninger og to utladninger går klimaanlegget i ca. 4 timer.
Ulike årstider har også en betydelig innvirkning på strømforbruket til klimaanlegg. Kjølekapasiteten til et klimaanlegg er også relatert til temperaturen i utemiljøet. Når omgivelsestemperaturen er høy om sommeren, er kjøleeffekten dårlig, slik at arbeidstiden forlenges. Om vinteren, selv om omgivelsestemperaturen er lav og kjøleeffekten er god, er kjølearbeidstiden til energilagringssystemet kortere enn andre årstider. Men når energilageret ikke kjører, må oppvarmingsfunksjonen fortsatt aktiveres for å sikre arbeidstemperaturen til energilagringsbattericellene. Derfor er strømforbruket relativt høyt om vinteren og sommeren.
3. Saksanalyse
Systemoversikt og tap
Konfigurasjonsskalaen til et visst batterirom for energilagring er 2MW/2MWh, og det viktigste strømforbrukende utstyret inkluderer klimaanlegg, batteristyringssystem (BMS), vifter, belysning osv. Driftsmodusen til energilagringssystemet er å delta i toppbarbering og dalfylling av strømnettet, og driftstilstanden er 1C lading og utlading, med en syklus. Konfigurer 2 klimaanlegg, med en maksimal kjøleeffekt på 17,5 kW for hver enhet, totalt 35 kW for 2 enheter. Maksimal varmeeffekt for hver enhet er 15kW, totalt 30kW for 2 enheter. Når klimaanlegget fungerer i en intern sirkulasjonsmodus, er strømforbruket til et enkelt klimaanlegg 2kW, og det totale strømforbruket til to klimaanlegg er 4kW. Andre elektriske enheter inkluderer batteristyringssystemer (BMS), vifter (installert i hver batterimodul), lysarmaturer, etc., med en maksimal strømforsyningskapasitet på ca. 5kW.
(1) Tap av hjelpesystem
I henhold til testresultatene på stedet, utfør én fullstendig lade- og utladingssyklus under 1C driftsforhold. For sommerscenarier må klimaanlegget fungere i kjølemodus i ca. 3 timer, med et strømforbruk på 3 timer x 35 kW=105 kWh. Resten av tiden er i en intern syklusmodus, med et strømforbruk på 21 timer x 4 kW=84 kWh, totalt 189 kWh. Tatt i betraktning at annet elektrisk utstyr ikke vil fungere med full effekt samtidig for det meste av tiden, hvis den samtidige faktoren regnes som {{10}}.5, er det daglige strømforbruket til annet elektrisk utstyr ca. 5kW × 24t × 0.5=60kWh.
Det kan sees at i henhold til testresultatene på stedet og strømforbruket til annet elektrisk utstyr, i sommerscenarioet, forutsatt driftsmodus og driftsforhold (deltaker i nettpeak barbering, 1C lading og utlading, og 1 lading og utladingssyklus), er det daglige strømforbruket til klimaanlegget og annet elektrisk utstyr i batterirommet for energilagring ca. 249 kWh.
(2) Kraftledningseffektivitet
Når DC- og AC-kabler passerer strøm, genererer de varmetap. Den ensrettede effektiviteten til DC-siden er omtrent 99,83%, den ensrettede effektiviteten til PCS AC-sidetransformatorens lavspenningsside er omtrent 99,95%, og den ensrettede effektiviteten til høyspennings-AC-siden er omtrent 99,89%. Tatt i betraktning ensrettet tap, er kraftledningens effektivitet 99,67 %; Tatt i betraktning toveis tap er kraftledningens effektivitet 99,34 %.
(3) Transformatoreffektivitet
De vanlig brukte transformatorene av tørr type i prosjektet, i henhold til GB/T 10228-2015 "Technical Parameters and Requirements for Dry type Power Transformers", har følgende tapsindikatorer for 35kV 2000kVA ikke-eksiterte spenningsregulerende krafttransformatorer:
Ingen belastningstap: 4,23kW;
Lasttap: 17,2kW (100 grader);
Ved nominell effektdrift er transformatoreffektiviteten (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98,93 %, så toveiseffektiviteten til transformatoren er 98,93 % × 98,93 %{{9 }}.87 %.
Effektivitetsstatistikk
Ved beregning av effektiviteten til energilagringskraftverk bør det tas hensyn til retningen på energistrømmen, og hjelpesystemets strømforbruk bør betraktes som lasttap under både lade- og utladningsprosesser. Ved beregning av effektiviteten til energilagringssystemer er det nødvendig å kombinere standarddefinisjoner for å avgjøre om beregningsapplikasjonen er toveis effektivitet eller ensrettet effektivitet. Effektivitetsstatistikken for modellene ovenfor er som følger:
| Tall | Effektivitetssammensetning | Toveis effektivitet | Enveis effektivitet | Notater |
| 1 | Batterisystem | 92% | 95.92% | Forutsatt at ladeeffektiviteten er i samsvar med utladningseffektiviteten |
| 2 | Energilagringsinverter | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Kraftledningseffektivitet | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Øker effektiviteten | 97.87% | 98.93% |
Effektivitetsanalyse
(1) Ladeeffektivitet for energilagringssystem (vurderer kun ensrettet effektivitet under ladeprosessen)
Forutsatt at SOC-en til batterisystemet er konsistent og lade- og utladingsdybden anses å være 90 %, hvis et 2MWh energilagringssystem må lades helt i løpet av 1 time, kreves det at den første ladeenergien på AC-siden er:
Opprinnelig ladekapasitet på kommunikasjonssiden{{0}}(systemets nominelle kapasitet x ladedybde og utlading) ÷ ladeeffektivitet til batterisystemet ÷ likerettingseffektivitet for energilagringsomformeren ÷ transformatoreffektivitet ÷ kraftledning effektivitet+strømforbruk for tilleggsutstyr (vurderer full belastningsdrift av tilleggssystemet innen 1 time etter lading)=2000 × 0,9 ÷ 95,92 % ÷ 98,5 % ÷ 98,93 % ÷ 99,67 %+(35+5) × 1=1972.12kWh,
Ladeeffektiviteten til AC-siden av energilagringssystemet er (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27 %.
(2) Utladningseffektivitet for energilagringssystem (bare vurderer den ensrettede effektiviteten under utladningsprosessen)
Initial utladningsenergi på kommunikasjonssiden{{0}}(systemets nominelle kapasitet x ladedybde og utladning) x ladeeffektivitet til batterisystemet x invertereffektivitet til energilagringsomformer x transformatoreffektivitet x kraftlinje effektivitet – strømforbruk til tilleggsutstyr (vurderer full belastning av tilleggssystemet innen 1 time etter lading)=2000 × 0,9 × 95,92 % × 98,5 % × 98,93 % × 99,67 % - (35+5) × 1=1636,91 kWh,
Utladningseffektiviteten til AC-siden av energilagringssystemet er 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94 %.
(3) Effektivitet for energilagringsenheter (i henhold til formelen ovenfor bør toveis effektivitet brukes)
I henhold til definisjonen av energilagringsenhets effektivitet, kan effektiviteten til energilagringsenheten oppnås som:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Omfattende effektivitet av kraftstasjonen
Forutsatt at evalueringssyklusen er en fulladet utladning, det vil si lading i 1 time og utlading i 1 time, uten å ta hensyn til standbyforhold, kraftstasjonens omfattende effektivitet i én syklus=utlading av energi i én syklus ÷ lading beløp i én syklus=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Forutsatt at evalueringssyklusen er 1 dag, med 1 syklus per dag, dvs. lading i 1 time, utlading i 1 time og standby i 22 timer. Daglig utslippskapasitet er 1 utslippskapasitet, som er beregnet til 1972,12 kWh i forrige tekst. I tillegg til 1 ladekapasitet på 1972,12 kWh, må den daglige ladekapasiteten også ta hensyn til strømtapet til hjelpesystemet i standby-perioden. (I forrige beregning var det ekstra strømforbruket i batterirommet for energilagring 249kWh per dag. I prosessen med å beregne lade- og utladingseffekten er imidlertid hjelpestrømforbruket innen 2 timer etter lading og utlading allerede vurdert til være 40 kWh per time. Denne delen kan ikke telles gjentatte ganger.)
Totalt sett beregnes den daglige omfattende effektiviteten til energilagringskraftverk som følger: daglig utladningsenergi ÷ daglig ladning=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45 %.