1. Definizione di efficienza del sistema di centrali elettriche di accumulo di energia
Efficienza complessiva della centrale elettrica
Secondo GBT 36549-2018 "Indicatori di funzionamento e valutazione delle centrali elettriche di accumulo di energia elettrochimica", l'efficienza complessiva delle centrali elettriche di accumulo di energia dovrebbe essere il rapporto tra l'elettricità in rete e l'elettricità fuori rete durante il processo di produzione e funzionamento della centrale elettrica di accumulo di energia durante il periodo di valutazione, ovvero la quantità totale di elettricità trasmessa dalla centrale elettrica di accumulo di energia alla rete tramite il contatore gateway tra la centrale elettrica di accumulo di energia e la rete durante il periodo di valutazione/quantità totale di elettricità ricevuto dalla centrale elettrica di accumulo dalla rete.
Efficienza dei dispositivi di accumulo dell'energia
Secondo GB/T 51437-2021 "Standard di progettazione per centrali elettriche combinate eoliche, solari e di accumulo di energia":
L'efficienza dei dispositivi di accumulo dell'energia dovrebbe essere calcolata in base a fattori quali l'efficienza della batteria, l'efficienza del sistema di conversione dell'energia, l'efficienza della linea elettrica e l'efficienza del trasformatore utilizzando la seguente formula:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Efficienza della batteria, efficienza delle batterie di accumulo dell'energia che completano i cicli di carica e scarica, ovvero il rapporto tra la quantità di elettricità scaricata dal corpo della batteria e la quantità di elettricità caricata. In base alle prestazioni tecniche delle batterie di accumulo dell'energia, l'efficienza di conversione della carica e scarica della batteria non è inferiore al 92% (bidirezionale) alla velocità di 1°C e non inferiore al 94% (bidirezionale) alla velocità di 0,5°C;
Φ 2: Efficienza del sistema di conversione dell'energia, compresa l'efficienza della rettifica e l'efficienza dell'inverter; In base alla situazione della produzione di PCS sul mercato, generalmente viene utilizzato il 98,5% (solo andata);
Φ 3:Efficienza delle linee elettriche, considerando l'efficienza dopo la perdita di trasmissione bidirezionale dei cavi AC/DC;
Φ 4:Efficienza del trasformatore, tenendo conto dell'efficienza dopo aver considerato la perdita di trasformazione bidirezionale del trasformatore.
2. Perdita di sistemi ausiliari nelle centrali elettriche ad accumulo di energia
Nel complesso che realizza determinate funzioni, le centrali elettriche di accumulo di energia fanno affidamento su un gran numero di apparecchiature ausiliarie per garantire il funzionamento sicuro e stabile del sistema di accumulo di energia durante il funzionamento, come sistemi di alimentazione integrati, sistemi di illuminazione, sistemi di sicurezza, sistemi di allarme antincendio , sistemi ambientali, sistemi HVAC, sistemi di automazione, ecc. Questi sistemi servono come sistemi ausiliari per le centrali elettriche di accumulo di energia per garantirne il funzionamento affidabile, pertanto il consumo energetico delle apparecchiature ausiliarie rappresenta anche una percentuale significativa del consumo energetico totale dell'energia centrale elettrica ad accumulo.
Il sistema di accumulo dell'energia può essere in funzione o non in funzione (stato di standby). Per le centrali elettriche di accumulo di energia che partecipano alla riduzione dei picchi di rete e al riempimento delle valli, se la strategia operativa è quella di completare una carica e una scarica al giorno con una velocità di scarica della carica di 0,5°C, il sistema di accumulo dell'energia sarà in funzione durante lo stato di carica scarica (2h), e non in funzione per il resto del tempo. Per quanto riguarda lo stato operativo, lo stato operativo delle sue apparecchiature ausiliarie è diverso da quello nello stato non operativo. La differenza principale è che il sistema HVAC è acceso nello stato operativo e non acceso o occasionalmente acceso nello stato non operativo.
Le principali apparecchiature ausiliarie del sistema di accumulo dell'energia consumano energia nel compartimento prefabbricato della batteria, mentre la principale apparecchiatura che consuma energia è il condizionamento dell'aria industriale. Il condizionamento dell'aria industriale, in quanto apparecchiatura chiave per la gestione termica dei compartimenti prefabbricati delle batterie, è un dispositivo essenziale durante il funzionamento dei sistemi di accumulo dell'energia. Viene utilizzato principalmente per mantenere la temperatura operativa delle apparecchiature di accumulo dell'energia e garantire le prestazioni ottimali delle celle di accumulo dell'energia. Il consumo energetico delle apparecchiature ausiliarie è principalmente legato alle strategie operative, alle stagioni e ad altri fattori. L'aria condizionata del vano prefabbricato della batteria è per lo più completamente accesa quando il sistema di accumulo dell'energia è in funzione. Quando non è in funzione, l'uscita dell'aria di circolazione interna è solitamente accesa, senza raffreddamento, e il consumo energetico non è elevato. Pertanto, la strategia lavorativa quotidiana ha un impatto significativo sul consumo energetico del condizionatore. Con una carica e una scarica al giorno, il condizionatore funziona per circa 2 ore al giorno. Con due cariche e due scariche il condizionatore funziona per circa 4 ore.
Anche le diverse stagioni hanno un impatto significativo sul consumo energetico dell'aria condizionata. La capacità di raffreddamento di un condizionatore è legata anche alla temperatura dell'ambiente esterno. Quando la temperatura ambiente è elevata in estate, l'effetto di raffreddamento è scarso, quindi l'orario di lavoro verrà prolungato. In inverno, anche se la temperatura ambiente è bassa e l'effetto di raffreddamento è buono, il tempo di funzionamento del raffreddamento del sistema di accumulo dell'energia è più breve rispetto alle altre stagioni. Tuttavia, quando l'accumulo di energia non è in funzione, è comunque necessario attivare la funzione di riscaldamento per garantire la temperatura di lavoro delle celle della batteria di accumulo di energia. Pertanto, il consumo energetico è relativamente elevato in inverno e in estate.
3. Analisi del caso
Panoramica del sistema e perdite
La scala di configurazione di un determinato compartimento della batteria di accumulo dell'energia è 2 MW/2 MWh e le principali apparecchiature che consumano energia includono aria condizionata, sistema di gestione della batteria (BMS), ventilatori, illuminazione, ecc. La modalità operativa del sistema di accumulo dell'energia è quella di partecipare a riduzione dei picchi e riempimento degli avvallamenti della rete elettrica e la condizione operativa è di carica e scarica di 1°C, con un ciclo. Configura 2 unità di climatizzazione, con una potenza di raffreddamento massima di 17,5 kW per ciascuna unità, per un totale di 35 kW per 2 unità. La potenza termica massima per ciascuna unità è di 15 kW, per un totale di 30 kW per 2 unità. Quando il condizionatore d'aria funziona in modalità di circolazione interna, il consumo energetico di un singolo condizionatore d'aria è di 2 kW e il consumo energetico totale di due condizionatori d'aria è di 4 kW. Altri dispositivi elettrici includono sistemi di gestione della batteria (BMS), ventilatori (installati in ciascun modulo batteria), apparecchi di illuminazione, ecc., con una capacità di alimentazione massima di circa 5 kW.
(1) Perdita del sistema ausiliario
In base ai risultati dei test in loco, eseguire un ciclo completo di carica e scarica in condizioni operative 1C. Per gli scenari estivi, il condizionatore deve funzionare in modalità di raffreddamento per circa 3 ore, con un consumo energetico di 3 ore x 35 kW=105 kWh. Il resto del tempo è in modalità ciclo interno, con un consumo energetico di 21 ore x 4 kW=84 kWh, per un totale di 189 kWh. Considerando che le altre apparecchiature elettriche non funzioneranno a piena potenza contemporaneamente per la maggior parte del tempo, se il fattore simultaneo è considerato pari a {{10}}.5, il consumo energetico giornaliero delle altre apparecchiature elettriche è circa 5 kW × 24 ore × 0,5=60kWh.
Si può vedere che, in base ai risultati dei test in loco e al consumo energetico di altre apparecchiature elettriche, nello scenario estivo, presupponendo la modalità operativa e le condizioni operative (partecipazione al grid peak shaving, 1C di carica e scarica e 1 carica e ciclo di scarica), il consumo energetico giornaliero del climatizzatore e degli altri apparecchi elettrici nel vano batteria di accumulo è di circa 249 kWh.
(2) Efficienza della linea elettrica
Quando i cavi CC e CA lasciano passare corrente, generano perdita di calore. L'efficienza unidirezionale del lato CC è di circa il 99,83%, l'efficienza unidirezionale del lato a bassa tensione del trasformatore lato CA del PCS è di circa il 99,95% e l'efficienza unidirezionale del lato CA ad alta tensione è di circa il 99,89%. Considerando la perdita unidirezionale, l'efficienza della linea elettrica è del 99,67%; Considerando le perdite bidirezionali, il rendimento della linea elettrica è pari al 99,34%.
(3) Efficienza del trasformatore
I trasformatori di tipo a secco comunemente utilizzati nel progetto, secondo GB/T 10228-2015 "Parametri tecnici e requisiti per trasformatori di potenza di tipo a secco", hanno i seguenti indicatori di perdita per trasformatori di potenza con regolazione della tensione non eccitata da 35 kV 2000 kVA:
Nessuna perdita di carico: 4,23 kW;
Perdita di carico: 17,2 kW (100 gradi);
Al funzionamento a potenza nominale, l'efficienza del trasformatore è (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, quindi l'efficienza bidirezionale del trasformatore è 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.
Statistiche sull'efficienza
Nel calcolare l'efficienza delle centrali elettriche di accumulo di energia, si dovrebbe prestare attenzione alla direzione del flusso di energia e il consumo di elettricità del sistema ausiliario dovrebbe essere considerato come perdita di carico durante i processi di carica e scarica. Quando si calcola l'efficienza dei sistemi di accumulo dell'energia, è necessario combinare le definizioni standard per determinare se l'applicazione del calcolo è l'efficienza bidirezionale o l'efficienza unidirezionale. Le statistiche di efficienza dei modelli di cui sopra sono le seguenti:
| Numero | Composizione dell'efficienza | Efficienza bidirezionale | Efficienza unidirezionale | Note |
| 1 | Sistema di batterie | 92% | 95.92% | Supponendo che l'efficienza di carica sia coerente con l'efficienza di scarica |
| 2 | Invertitore di accumulo di energia | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Efficienza della linea elettrica | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Aumentare l'efficienza | 97.87% | 98.93% |
Analisi di efficienza
(1) Efficienza di ricarica del sistema di accumulo dell'energia (considerando solo l'efficienza unidirezionale durante il processo di ricarica)
Supponendo che il SOC del sistema batteria sia coerente e che la profondità di carica e scarica sia considerata pari al 90%, se un sistema di accumulo di energia da 2 MWh deve essere completamente caricato in 1 ora, l'energia di carica iniziale sul lato CA deve essere:
Capacità di carica iniziale sul lato comunicazione{{0}}(capacità nominale del sistema x profondità di carica e scarica) ÷ efficienza di carica del sistema batteria ÷ efficienza di rettifica del convertitore di accumulo di energia ÷ efficienza del trasformatore ÷ linea di alimentazione efficienza+consumo energetico delle apparecchiature ausiliarie (considerando il funzionamento a pieno carico del sistema ausiliario entro 1 ora dalla ricarica)=2000 × 0,9 ÷ 95,92% ÷ 98,5% ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972,12kWhl,
L'efficienza di carica del lato CA del sistema di accumulo dell'energia è (2000 × 0,9) ÷ 1972,12=91,27%.
(2) Efficienza di scarica del sistema di accumulo dell'energia (considerando solo l'efficienza unidirezionale durante il processo di scarica)
Energia di scarica iniziale sul lato comunicazione{{0}}(capacità nominale del sistema x profondità di carica e scarica) x efficienza di carica del sistema batteria x efficienza dell'inverter del convertitore di accumulo dell'energia x efficienza del trasformatore x linea di alimentazione efficienza - consumo energetico delle apparecchiature ausiliarie (considerando il funzionamento a pieno carico del sistema ausiliario entro 1 ora dalla ricarica)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636,91 kWh,
L'efficienza di scarica del lato CA del sistema di accumulo dell'energia è 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90,94%.
(3) Efficienza del dispositivo di accumulo dell'energia (secondo la formula di cui sopra, dovrebbe essere utilizzata l'efficienza bidirezionale)
Secondo la definizione di efficienza del dispositivo di accumulo dell'energia, l'efficienza del dispositivo di accumulo dell'energia può essere ottenuta come:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Efficienza complessiva della centrale elettrica
Supponendo che il ciclo di valutazione sia una scarica a carica completa, ovvero una ricarica per 1 ora e una scarica per 1 ora, senza considerare le condizioni di standby, l'efficienza complessiva della centrale elettrica in un ciclo=scarica di energia in un ciclo ÷ ricarica importo in un ciclo=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Supponendo che il ciclo di valutazione sia di 1 giorno, con 1 ciclo al giorno, ovvero ricarica per 1 ora, scarica per 1 ora e standby per 22 ore. La capacità di scarico giornaliera è di 1 capacità di scarico, che nel testo precedente viene calcolata come 1972,12 kWh. Oltre alla capacità di carica di 1.972,12 kWh, la capacità di carica giornaliera deve considerare anche la perdita di potenza del sistema ausiliario durante il periodo di standby. (Nel calcolo precedente, il consumo di elettricità ausiliaria nel vano batteria di accumulo era di 249 kWh al giorno. Tuttavia, nel processo di calcolo della potenza di carica e scarica, il consumo di elettricità ausiliaria entro 2 ore dalla carica e scarica è già stato considerato come essere 40 kWh all'ora. Questa parte non può essere contata ripetutamente.)
Nel complesso, l'efficienza complessiva giornaliera delle centrali elettriche di accumulo di energia è calcolata come segue: energia di scarica giornaliera ÷ carica giornaliera=1636,91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76,45%.