Cách định cỡ hệ thống lưu trữ pin C&I bằng dữ liệu tải 15 phút

Việc định cỡ hệ thống lưu trữ năng lượng pin thương mại và công nghiệp không nên bắt đầu bằng kích thước tủ ưa thích. Nó nên bắt đầu với hồ sơ tải của cơ sở, cơ cấu biểu giá và mục tiêu vận hành.

Đối với nhiều dự án C&I, dữ liệu tải trong 15 phút rất hữu ích vì phí nhu cầu thường được tính từ tải trung bình trong một khoảng thời gian xác định. Dữ liệu có thể tiết lộ thời điểm một cơ sở đạt đến mức thanh toán cao nhất, thời gian đạt đỉnh kéo dài bao lâu và liệu pin có cần công suất cao, nhiều năng lượng hơn hay kết hợp cả hai hay không.

Nhưng dữ liệu 15 phút không tự động xác định dung lượng pin. Nó là đầu vào của một quá trình định cỡ.

Thiết kế cuối cùng vẫn phải tính đến:

• Khoảng thời gian nhu cầu-chi phí và thời điểm cao điểm của biểu giá
• Mức nhu cầu mục tiêu của cơ sở
• Công suất xả tối đa của pin
• Năng lượng sử dụng được trong cửa sổ SOC đang vận hành
• Hiệu suất khứ hồi và sạc/xả
• Giới hạn PCS hoặc biến tần
• Sản xuất năng lượng mặt trời, nếu địa điểm được kết hợp với PV
• Yêu cầu dự phòng hoặc khả năng phục hồi
• Dự báo không chắc chắn và các đỉnh lặp lại
• Yêu cầu về bảo hành, xuống cấp, phụ tải và dịch vụ

Đầu tiên, hãy xác định chức năng của pin

Pin không thể được định cỡ chính xác cho đến khi mục tiêu của dự án rõ ràng. “Lưu trữ C&I” có thể mô tả một số mục tiêu hoạt động khác nhau:

Cạo đỉnh

Pin sẽ xả khi cơ sở vượt quá mức nhu cầu mục tiêu. Câu hỏi thiết kế chính là lượng điện phải được cung cấp và trong bao lâu trong khoảng thời gian thanh toán liên quan.

Chuyển tải

Pin sạc trong một khoảng thời gian và xả trong một khoảng thời gian khác. Thiết kế phụ thuộc vào năng lượng được di chuyển, khoảng cách thời gian giữa sạc và xả, thời gian biểu giá và số chu kỳ được phép.

Tự tiêu thụ năng lượng mặt trời

Pin lưu trữ sản lượng năng lượng mặt trời dư thừa và xả khi tải của cơ sở cao hơn sản lượng PV có sẵn. Hồ sơ phụ tải liên quan được kết hợp với hồ sơ sản xuất PV chứ không được phân tích riêng lẻ.

Nguồn điện dự phòng

Pin hỗ trợ các tải đã chọn trong thời gian ngừng hoạt động. Điều này gây ra một vấn đề về kích thước khác: công suất tải tới hạn, thời lượng yêu cầu, hành vi truyền tải, mạch dự phòng và SOC dự trữ có thể trở nên quan trọng hơn việc giảm phí nhu cầu hàng tháng.

Nhiều mục tiêu

Một dự án có thể kết hợp việc tận dụng tối đa, tự tiêu thụ năng lượng mặt trời và dự phòng. Điều đó có thể cải thiện việc sử dụng tài sản nhưng cũng tạo ra xung đột về quyền kiểm soát. Pin dành riêng cho dự phòng không phải lúc nào cũng được gửi đi đầy đủ để tiết kiệm cước phí.

Viết mục tiêu và thứ tự ưu tiên trước khi lựa chọn sản phẩm. Mặt khác, hệ thống có thể được tối ưu hóa cho một luồng giá trị trong khi dự kiến ​​sẽ thực hiện một luồng giá trị khác.

Dữ liệu tải trong 15 phút thực sự cho bạn biết điều gì

Có thể sử dụng chuỗi khoảng thời gian 15 phút để tính toán mức sử dụng cơ sở trung bình trong mỗi kỳ thanh toán. Điều đó giúp có thể xây dựng lại giá trị nhu cầu được sử dụng trong biểu giá, xác định các đỉnh định kỳ và so sánh cấu hình cơ sở với cấu hình mô phỏng được kiểm soát bằng pin.

Dữ liệu đặc biệt hữu ích cho bốn nhiệm vụ:

1. Xây dựng lại nhu cầu thanh toán
2. Xác định khoảng thời gian có nhu cầu cao nhất của cơ sở
3. Kiểm tra ngưỡng nhu cầu mục tiêu
4. Kiểm tra kết quả sau khi lắp pin

Khoảng thời gian và thời kỳ cao điểm không giống nhau. Khoảng thời gian trung bình 15 phút mô tả cách đo lường nhu cầu. Giai đoạn cao điểm có thể bao gồm khung thuế quan dài hơn. Do đó, một dự án có thể có khoảng thời gian thanh toán là 15 phút trong khoảng thời gian giá cao nhất là vài giờ.

Sự khác biệt này quan trọng. Một hệ thống có thể đáp ứng nhanh chóng có thể giảm nhu cầu tăng vọt trong thời gian ngắn nhưng vẫn cần đủ năng lượng có thể sử dụng nếu cơ sở vẫn vượt mục tiêu trong nhiều khoảng thời gian.

Bước 1: Thu thập đúng tập dữ liệu

Sử dụng dữ liệu đáng tin cậy chi tiết nhất có sẵn từ đồng hồ đo, tiện ích, hệ thống quản lý năng lượng hoặc nền tảng giám sát địa điểm.

Trường dữ liệu tối thiểu

Tệp tải cơ bản phải xác định:

• Dấu thời gian và múi giờ
• Công suất hoạt động hoặc mức tiêu thụ năng lượng
• Khoảng thời gian đo
• Hồ sơ bị thiếu hoặc trùng lặp
• Hướng mét và quy ước ký hiệu
• Trạng thái vận hành trang web, nếu có
• Sản xuất năng lượng mặt trời, nếu lắp đặt PV
• Máy phát điện hoặc nguồn cung cấp tại chỗ khác, nếu có liên quan

Nếu biểu giá dựa trên nhu cầu trong 15 phút thì dữ liệu tải ít nhất phải bằng thời lượng thanh toán khi có thể. NREL đã sử dụng dữ liệu tải trong 5 phút để tính toán chi phí trong đó phí nhu cầu được xác định trong khoảng thời gian 15 phút. Dữ liệu tốt hơn có thể giúp hiển thị các đỉnh ngắn có thể bị ẩn bằng cách lấy trung bình thô hơn.

Đối với các cơ sở C&I theo mùa, hãy phân tích một khoảng thời gian đủ dài để nắm bắt những thay đổi trong hoạt động. Một năm đầy đủ thường hữu ích để xác định các thời điểm cao điểm theo mùa, ngừng hoạt động, chu kỳ sản xuất và những thay đổi về nhu cầu liên quan đến thời tiết. Đừng coi một tuần đại diện là cơ sở định cỡ hàng năm hoàn chỉnh trừ khi phạm vi dự án giới hạn rõ ràng việc phân tích.

Làm sạch dữ liệu trước khi định cỡ

Trước khi tính toán kích thước pin:

• Xóa dấu thời gian trùng lặp
• Xác định các khoảng trống và giá trị 0 bất thường
• Kiểm tra xem các thay đổi về tiết kiệm ánh sáng ban ngày có làm thay đổi chuỗi thời gian hay không
• Xác nhận đơn vị của đồng hồ là kW, kWh hoặc đại lượng khác
• Xác nhận xem các giá trị là giá trị trung bình theo khoảng, tổng theo khoảng hay số đọc tức thời
• Khớp múi giờ của đồng hồ đo với múi giờ tính thuế
• Ghi lại mọi giả định về việc cắt bỏ hoặc làm sạch dữ liệu

Một biểu đồ trông rõ ràng vẫn có thể không phù hợp để định cỡ nếu ý nghĩa khoảng thời gian sai.

Bước 2: Đọc biểu giá trước khi đọc đỉnh

Điểm tải lớn nhất trong dữ liệu không tự động là điểm quan trọng về mặt tài chính.

Trích xuất các quy tắc thuế quan xác định mục tiêu:

• Tỷ giá nhu cầu tại đơn vị áp dụng
• Khoảng thời gian trung bình của nhu cầu thanh toán
• Cửa sổ vào giờ cao điểm và thấp điểm
• Thời kỳ theo mùa
• Quy tắc nhu cầu trùng hợp hoặc không trùng hợp
• Bánh cóc hàng tháng hoặc hàng năm
• Yêu cầu thanh toán tối thiểu
• Cấp độ nhu cầu
• Quy tắc xuất hoặc luồng ngược
• Liệu pin có thể sạc từ lưới điện hay không

EIA xác định phí nhu cầu là một thành phần của hóa đơn dựa trên mức sử dụng công suất điện tối đa theo biểu giá áp dụng. EIA không công bố biểu giá điện hoặc biểu phí theo nhu cầu cụ thể của tiện ích, vì vậy nhóm dự án phải lấy biểu giá thực tế hoặc bản ghi cơ sở dữ liệu về giá đã được xác thực.

Quy trình làm việc đúng là:

1. Xác định khoảng đo lường nhu cầu của biểu giá.
2. Tổng hợp tải vào cùng một khoảng nếu cần thiết.
3. Áp dụng các quy định về thời gian sử dụng và thời vụ của biểu giá.
4. Tìm các đỉnh nhu cầu hàng tháng hoặc hàng năm có liên quan.
5. Mô phỏng pin theo mục tiêu đã xác định đó.

Bước 3: Chuyển mục tiêu thuế quan thành nhu cầu điện năng

Cho phép:

• L(t)là tải cơ sở trong khoảng thời giant
• D_targetlà mục tiêu nhu cầu được lựa chọn
• P_PCSlà công suất xả phía lưới tối đa của pin

Một biểu thức sàng lọc đơn giản về năng lượng xả của pin là:

P_BESS(t) = min(P_PCS, max(0, L(t) − D_target))

Đây không phải là một công thức thiết kế phổ quát. Đó là một cách để hình dung đường bao năng lượng mà pin sẽ cần bao phủ trong mỗi khoảng thời gian.

Biểu thức cho thấy hai ràng buộc quan trọng:

• Nếu tải dưới mức mục tiêu, pin không cần xả để đạt hiệu suất cao nhất.
• Nếu tải vượt quá mục tiêu nhiều hơn mức mà PCS có thể cung cấp thì nhu cầu còn lại vẫn đến được lưới điện.

Do đó, định mức PCS hoặc biến tần đặt mức trần vật lý cho công suất cạo tối đa tức thời. Pin có đủ kWh nhưng không đủ kW có thể không giảm đủ mức thanh toán cao điểm. Ngược lại, pin công suất cao có quá ít năng lượng sử dụng được có thể bắt đầu đạt đỉnh nhưng dừng lại trước khi thời hạn thanh toán kết thúc.

Bước 4: Chuyển đường bao công suất thành yêu cầu năng lượng

Đối với mỗi khoảng thời gian, hãy ước tính năng lượng cần thiết để duy trì mức phóng điện theo kế hoạch:

E_interval = P_BESS(t) * Δt

Trong khoảng thời gian 15 phút,Δtlà một phần tư giờ. Trong sự kiện cao điểm, pin dự kiến ​​phải đáp ứng yêu cầu xả tích lũy—không chỉ khoảng thời gian cao nhất.

Một quá trình sàng lọc thực tế là:

1. Chọn một ứng cử viênD_target.
2. Tính toán năng lượng pin cần thiết trong mỗi khoảng thời gian trên mục tiêu.
3. Áp dụng giới hạn công suất PCS.
4. Tổng năng lượng khoảng thời gian trên mỗi sự kiện cao điểm.
5. Ghi lại yêu cầu năng lượng tích lũy lớn nhất.
6. Lặp lại thử nghiệm trong những ngày, tháng và mùa có liên quan.

Khi đó, năng lượng danh nghĩa ứng cử viên phải lớn hơn năng lượng được cung cấp theo yêu cầu khi bao gồm các giới hạn SOC, tổn thất chuyển đổi, tiêu thụ phụ trợ, giả định suy giảm và yêu cầu dự trữ.

Không sử dụng tỷ lệ kWh-to-kW chung để thay thế cho mô phỏng này. Một nghiên cứu LBNL/NREL đã đưa mối quan hệ giữa dung lượng pin và năng lượng 3* làm giả định mô hình, nhưng giả định đó không phải là quy tắc thiết kế phổ quát.

Bước 5: Tách năng lượng định mức khỏi năng lượng sử dụng được

Dung lượng bảng tên không nhất thiết là năng lượng sẵn có cho mỗi hoạt động.

Tài liệu DER-VET của EPRI thể hiện năng lượng có thể sử dụng như sau:

năng lượng có thể sử dụng = năng lượng tối đa định mức * (giới hạn SOC trên - giới hạn SOC dưới)

Điều này có nghĩa là năng lượng sử dụng được của hệ thống phụ thuộc vào cửa sổ SOC đang vận hành. Nếu chiến lược điều khiển duy trì mức dự trữ hoặc tránh phần trên và dưới của cửa sổ pin thì năng lượng được cung cấp sẽ thấp hơn giá trị trên bảng tên.

Do đó, một bảng định cỡ phải thể hiện ít nhất:

• năng lượng định mức
• Giới hạn SOC trên
• Giới hạn SOC thấp hơn
• Năng lượng sử dụng được
• Dự phòng dự phòng nếu có
• Tải phụ
• Năng lượng sạc cần thiết
• Xả năng lượng được cung cấp

Không dán nhãn dung lượng đầy đủ của bảng tên là “có thể sử dụng được" trừ khi thông số kỹ thuật vận hành hỗ trợ cách diễn giải đó.

Bước 6: Thêm hiệu suất và đường dẫn sạc

Hiệu suất khứ hồi mô tả mối quan hệ giữa năng lượng thải ra và năng lượng tích điện trong một chu kỳ. Để định cỡ, câu hỏi quan trọng không chỉ là tải cần bao nhiêu năng lượng mà còn là pin phải nhận bao nhiêu năng lượng để khôi phục trạng thái sạc.

Một mối quan hệ quy hoạch đơn giản là:

năng lượng được nạp ≠ năng lượng được cung cấp

Sự khác biệt có thể đến từ tổn thất chuyển đổi pin, tổn thất PCS, tiêu thụ phụ trợ và các thành phần hệ thống khác. Hướng dẫn của DOE FEMP cũng cảnh báo rằng việc sạc và xả phải được đo riêng biệt vì cả hai đều có thể xảy ra trong một bước thời gian.

Đối với một dự án cạo râu cao điểm, hãy hỏi:

• Pin được sạc từ lưới điện, PV hay cả hai?
• Nó có thể đạt được SOC cần thiết trước thời điểm cao điểm tiếp theo không?
• Liệu mức thuế có phạt việc tính phí trong thời gian có nhu cầu không?
• Cần bao nhiêu năng lượng để khôi phục SOC mục tiêu?
• Các tải phụ có nằm trong ranh giới công tơ không?
• Hệ thống điều khiển có ưu tiên thu hồi năng lượng mặt trời hoặc dự trữ dự phòng không?

Một hệ thống có thể xả đủ năng lượng một lần vẫn có thể không đạt được mục tiêu vận hành nếu nó không thể nạp lại kịp thời cho sự kiện tiếp theo.

Bước 7: Kiểm tra các đỉnh lặp lại và sai số dự báo

Việc định cỡ theo một đỉnh bị cô lập có thể tạo ra một hệ thống có kích thước nhỏ hơn.

Các cơ sở công nghiệp có thể trải qua một số khoảng thời gian tải cao trong một ngày, các ca sản xuất lặp đi lặp lại, các đợt khởi động đột ngột hoặc các đỉnh điểm do thời tiết gây ra. Chiến lược kiểm soát dành toàn bộ dự trữ SOC cho sự kiện đầu tiên có thể không còn gì cho sự kiện thứ hai.

Do đó, mô phỏng nên kiểm tra:

• Nhiều đỉnh trong cùng một ngày
• Những ngày phụ tải cao liên tiếp
• Hồ sơ hoạt động theo mùa
• Sự kiện khởi động và ngừng sản xuất
• Sự biến thiên của mặt trời, nếu bao gồm PV
• Lỗi dự báo và điều phối thận trọng
• Bánh cóc nhu cầu hàng tháng
• Yêu cầu dự trữ pin

Nghiên cứu về phí cầu LBNL/NREL đã sử dụng phương pháp kiểm soát được tối ưu hóa và nhấn mạnh tầm quan trọng của các giả định dự báo. Tầm nhìn xa hoàn hảo tạo ra kết quả vượt trội; một dự án thực tế phải tính đến những dự báo không hoàn hảo và phản ứng kiểm soát.

Bước 8: Kiểm tra giới hạn PCS, kết nối và trang web

Dung lượng năng lượng của pin chỉ là một phần của kiến ​​trúc hệ thống.

PCS phải phù hợp với:

• Công suất xả AC cần thiết
• Nguồn sạc
• Điện áp và tần số lưới
• Giới hạn kết nối
• Yêu cầu về hệ số công suất và công suất phản kháng
• Sơ đồ bảo vệ và kiểm soát
• Chế độ vận hành, bao gồm theo lưới hoặc tạo lưới nếu có
• Lệnh EMS và phản hồi của đồng hồ

Trang web cũng giới thiệu các hạn chế:

• Công suất điện có sẵn
• Đánh giá máy biến áp
• Giới hạn cáp và thiết bị chuyển mạch
• Không gian và quyền truy cập
• Nhiệt độ môi trường xung quanh
• Làm mát và thông gió
• Thiết kế phòng cháy chữa cháy
• Giới hạn tiếng ồn
• Quyền truy cập bảo trì

Đối với người mua công nghiệp, câu hỏi đúng không phải là “Tủ nào có kWh lớn nhất?” Đó là “Pin, PCS, EMS và kiến ​​trúc cơ sở nào có thể cung cấp năng lượng cần thiết và năng lượng có thể sử dụng trong giới hạn kết nối và vận hành?”

Bước 9: So sánh hệ thống ứng cử viên thay vì chọn một số

Một nghiên cứu định cỡ hữu ích nên kiểm tra một ma trận các cấu hình ứng cử viên thay vì đưa ra một câu trả lời có vẻ chính xác.

Đối với mỗi ứng cử viên, ghi:

Ứng viên được ưu tiên không tự động là hệ thống lớn nhất. Đây là hệ thống đáp ứng mục tiêu vận hành đã xác định dưới những ràng buộc thực tế và có thể được ghi lại, vận hành và bảo trì.

Phối cảnh EXLIPORC

Đối với người mua chuyển từ hồ sơ tải sang báo giá,Hệ thống lưu trữ pin C&I làm mát bằng chất lỏng 261kWhcung cấp điểm tham chiếu phù hợp để so sánh dải công suất, dải công suất, quản lý nhiệt và phạm vi ứng dụng ở cấp độ sản phẩm. Trang sản phẩm liệt kê phạm vi công suất đầu ra từ 50kW đến 1MW và các mục đích sử dụng C&I bao gồm điều chỉnh tối đa, chuyển tải, nguồn điện dự phòng và quản lý nhu cầu sạc; xác nhận mô hình chính xác và thông số kỹ thuật thương mại trước khi sử dụng các giá trị đó trong thiết kế dự án.

Việc quản lý nhiệt phải được đánh giá sau khi xác định được các yêu cầu về tải và điện. của EXLIPORCso sánh làm mát bằng chất lỏng và làm mát bằng không khícó thể hỗ trợ một cuộc thảo luận riêng về kiểm soát nhiệt độ, dấu chân và các cân nhắc về môi trường xung quanh cao, nhưng nó không nên thay thế việc đánh giá nhiệt, điện hoặc tài chính cụ thể tại địa điểm.

Tham chiếu dự án thực tế cũng hữu ích trong việc kiểm tra xem logic định cỡ có được kết nối với kịch bản vận hành có thể triển khai hay không. cácHộp cạo đỉnh khu công nghiệp 200kW/412kWhghi lại ứng dụng của nhà máy/khu công nghiệp với tính năng sạc bằng năng lượng mặt trời và ngoài giờ cao điểm, xả thải vào giờ cao điểm và lập kế hoạch hệ thống có thể mở rộng. Kết quả được báo cáo thuộc về trường hợp cụ thể đó và không được chuyển sang cơ sở khác nếu không phù hợp với hồ sơ phụ tải và biểu giá.

Danh sách kiểm tra kích thước sẵn sàng mua sắm

Trước khi yêu cầu mức giá cuối cùng, hãy yêu cầu nhà cung cấp hoặc EPC cung cấp:

• Tệp dữ liệu tải đã được làm sạch và định nghĩa khoảng thời gian
• Phiên bản biểu giá và giả định về nhu cầu-phí
• Đỉnh nhu cầu cơ bản hàng tháng và theo mùa
• Mức cầu mục tiêu được lựa chọn
• Giới hạn nguồn điện và hoạt động AC của PCS ứng viên
• Năng lượng định mức và năng lượng sử dụng được
• Giới hạn trên và dưới SOC
• Ranh giới hiệu quả và xử lý tải phụ
• Nguồn sạc và lịch nạp tiền
• Kết quả mô phỏng nhiều đỉnh
• Giả định về sản xuất năng lượng mặt trời, nếu có
• Kiểm tra kết nối và máy biến áp
• Giả định về bảo hành, xuống cấp và dịch vụ
• Phương pháp vận hành và thử nghiệm hiệu suất
• Model, cấu hình và phạm vi phân phối chính xác

Nếu báo giá chỉ cung cấp số kWh mà không có thông tin phụ tải, nhu cầu mục tiêu, xếp hạng PCS, định nghĩa năng lượng sử dụng được và các giả định kiểm soát thì đó vẫn chưa phải là một đề xuất định cỡ hoàn chỉnh.

Bài học cuối cùng

Dữ liệu tải 15 phút là điểm khởi đầu thực tế cho việc định cỡ C&I BESS vì nó có thể tái tạo các khoảng thời gian tính phí theo nhu cầu và tiết lộ hành vi cao điểm thực sự của cơ sở. Nhưng nó không loại bỏ sự phán xét kỹ thuật.

Một quy trình định cỡ đáng tin cậy sẽ phân tách:

• kW:pin có thể loại bỏ bao nhiêu năng lượng tối đa
• kWh:nó có thể duy trì phản ứng trong bao lâu
• SOC:bao nhiêu năng lượng trên bảng tên có thể sử dụng được
• Hiệu quả:cần bao nhiêu năng lượng sạc
• CÁI:làm thế nào pin có thể trao đổi năng lượng với trang web và lưới điện
• Điều khiển:khi hệ thống sạc, xả và bảo toàn dự trữ
• Thuế quan:khoảng thời gian tải nào thực sự ảnh hưởng đến hóa đơn

Mục tiêu không phải là chọn pin lớn nhất. Mục tiêu là ghi lại cấu hình có thể đáp ứng nhu cầu mục tiêu theo các ràng buộc về tải, giá cước, điện và vận hành thực tế của cơ sở.