1. Definición de eficiencia del sistema de central eléctrica de almacenamiento de energía.
Eficiencia integral de la central eléctrica.
Según GBT 36549-2018 "Indicadores de operación y evaluación de centrales eléctricas de almacenamiento de energía electroquímica", la eficiencia integral de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía debe ser la relación entre la electricidad conectada a la red y la electricidad fuera de la red durante el proceso de producción y operación de la central eléctrica de almacenamiento de energía durante el período de evaluación, es decir, la cantidad total de electricidad transmitida desde la central eléctrica de almacenamiento de energía a la red por el medidor de entrada entre la central eléctrica de almacenamiento de energía y la red durante el período de evaluación/la cantidad total de electricidad recibido por la central de almacenamiento de energía de la red.
Eficiencia de los dispositivos de almacenamiento de energía.
Según GB/T 51437-2021 "Estándares de diseño para centrales eléctricas combinadas de almacenamiento de energía eólica, solar y":
La eficiencia de los dispositivos de almacenamiento de energía debe calcularse en función de factores como la eficiencia de la batería, la eficiencia del sistema de conversión de energía, la eficiencia de la línea eléctrica y la eficiencia del transformador utilizando la siguiente fórmula:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Eficiencia de la batería, la eficiencia de las baterías de almacenamiento de energía que completan los ciclos de carga y descarga, que es la relación entre la cantidad de electricidad descargada por el cuerpo de la batería y la cantidad de electricidad cargada. Según el rendimiento técnico de las baterías de almacenamiento de energía, la eficiencia de conversión de carga y descarga de la batería no es inferior al 92 % (bidireccional) a una velocidad de 1 C, y no inferior al 94 % (bidireccional) a una velocidad de 0.5 C;
Φ 2: Eficiencia del sistema de conversión de energía, incluida la eficiencia de rectificación y la eficiencia del inversor; Según la situación de producción de PCS del mercado, generalmente se toma el 98,5% (unidireccional);
Φ 3:Eficiencia de líneas eléctricas, considerando la eficiencia después de pérdida de transmisión bidireccional de cables AC/DC;
Φ 4:Eficiencia del transformador, teniendo en cuenta la eficiencia después de considerar la pérdida de transformación bidireccional del transformador.
2. Pérdida de sistemas auxiliares en centrales de almacenamiento de energía.
Como un todo que realiza ciertas funciones, las centrales eléctricas de almacenamiento de energía dependen de una gran cantidad de equipos auxiliares para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema de almacenamiento de energía durante la operación, como sistemas de energía integrados, sistemas de iluminación, sistemas de seguridad, sistemas de alarma contra incendios. , sistemas ambientales, sistemas HVAC, sistemas de automatización, etc. Estos sistemas sirven como sistemas auxiliares para las centrales eléctricas de almacenamiento de energía para garantizar su funcionamiento confiable, por lo que el consumo de energía de los equipos auxiliares también representa una proporción significativa del consumo total de energía. planta de energía de almacenamiento.
El sistema de almacenamiento de energía puede estar en funcionamiento o no en funcionamiento (estado de espera). Para las centrales eléctricas de almacenamiento de energía que participan en la reducción de picos de la red y el llenado de valles, si la estrategia operativa es completar una carga y una descarga por día con una tasa de descarga de carga de 0.5C, el sistema de almacenamiento de energía estará en funcionamiento. durante el estado de carga descarga (2h), y no en funcionamiento durante el resto del tiempo. En cuanto al estado de funcionamiento, el estado de funcionamiento de sus equipos auxiliares es diferente al estado de no funcionamiento. La principal diferencia es que el sistema HVAC se enciende en el estado operativo y no se enciende o se enciende ocasionalmente en el estado no operativo.
El principal equipo auxiliar del sistema de almacenamiento de energía consume energía en el compartimento prefabricado de la batería, y el principal equipo consumidor de energía es el aire acondicionado industrial. La climatización industrial, como equipo clave de gestión térmica de los compartimentos prefabricados de baterías, es un dispositivo imprescindible durante el funcionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía. Se utiliza principalmente para mantener la temperatura de funcionamiento de los equipos de almacenamiento de energía y garantizar el rendimiento óptimo de las celdas de almacenamiento de energía. El consumo de energía de los equipos auxiliares está relacionado principalmente con estrategias operativas, temporadas y otros factores. El aire acondicionado del compartimento prefabricado de la batería se enciende por completo principalmente cuando el sistema de almacenamiento de energía está en funcionamiento. Cuando no está en funcionamiento, la salida de aire de circulación interna suele estar abierta, sin refrigeración, y el consumo de energía no es elevado. Por tanto, la estrategia de trabajo diario tiene un impacto significativo en el consumo de energía del aire acondicionado. Con una carga y una descarga por día, el aire acondicionado funciona aproximadamente 2 horas por día. Con dos cargas y dos descargas, el aire acondicionado funciona durante unas 4 horas.
Las diferentes estaciones también tienen un impacto significativo en el consumo de energía del aire acondicionado. La capacidad de enfriamiento de un aire acondicionado también está relacionada con la temperatura del ambiente exterior. Cuando la temperatura ambiente es alta en verano, el efecto de enfriamiento es deficiente, por lo que se ampliarán las horas de trabajo. En invierno, aunque la temperatura ambiente es baja y el efecto de enfriamiento es bueno, el tiempo de funcionamiento de enfriamiento del sistema de almacenamiento de energía es más corto que en otras estaciones. Sin embargo, cuando el almacenamiento de energía no está funcionando, aún es necesario activar la función de calefacción para garantizar la temperatura de funcionamiento de las celdas de la batería de almacenamiento de energía. Por tanto, el consumo de energía es relativamente alto en invierno y verano.
3. Análisis de casos
Descripción general del sistema y pérdidas
La escala de configuración de un determinado compartimento de batería de almacenamiento de energía es 2MW/2MWh, y el principal equipo consumidor de energía incluye aire acondicionado, sistema de gestión de batería (BMS), ventiladores, iluminación, etc. El modo de funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía es participar en reducción de picos y llenado de valles de la red eléctrica, y la condición de funcionamiento es carga y descarga 1C, con un ciclo. Configure 2 unidades de aire acondicionado, con una potencia de refrigeración máxima de 17,5 kW para cada unidad, totalizando 35 kW para 2 unidades. La potencia de calefacción máxima para cada unidad es de 15 kW, con un total de 30 kW para 2 unidades. Cuando el aire acondicionado funciona en modo de circulación interna, el consumo de energía de un solo aire acondicionado es de 2 kW y el consumo de energía total de dos aires acondicionados es de 4 kW. Otros dispositivos eléctricos incluyen sistemas de gestión de baterías (BMS), ventiladores (instalados en cada módulo de batería), accesorios de iluminación, etc., con una capacidad máxima de suministro de energía de aproximadamente 5 kW.
(1) Pérdida del sistema auxiliar
Según los resultados de las pruebas in situ, realice un ciclo completo de carga y descarga en condiciones operativas de 1C. Para escenarios de verano, el aire acondicionado debe funcionar en modo de refrigeración durante aproximadamente 3 horas, con un consumo de energía de 3 horas x 35 kW=105 kWh. El resto del tiempo es en modo ciclo interno, con un consumo de energía de 21 horas x 4 kW=84 kWh, totalizando 189 kWh. Teniendo en cuenta que otros equipos eléctricos no funcionarán a máxima potencia al mismo tiempo durante la mayor parte del tiempo, si el factor simultáneo se considera como {{10}}.5, el consumo de energía diario de otros equipos eléctricos es aproximadamente 5kW × 24h × 0,5=60kWh.
Se puede ver que de acuerdo con los resultados de las pruebas in situ y el consumo de energía de otros equipos eléctricos, en el escenario de verano, asumiendo el modo y las condiciones de operación (participando en la reducción de picos de la red, carga y descarga de 1C y 1 carga y ciclo de descarga), el consumo de energía diario del aire acondicionado y otros equipos eléctricos en el compartimiento de la batería de almacenamiento de energía es de aproximadamente 249 kWh.
(2) Eficiencia de la línea eléctrica
Cuando los cables de CC y CA pasan corriente, generan pérdida de calor. La eficiencia unidireccional del lado de CC es de aproximadamente el 99,83 %, la eficiencia unidireccional del lado de bajo voltaje del transformador del lado de CA del PCS es de aproximadamente el 99,95 % y la eficiencia unidireccional del lado de CA de alto voltaje es de aproximadamente el 99,89 %. Considerando la pérdida unidireccional, la eficiencia de la línea eléctrica es del 99,67%; Considerando pérdidas bidireccionales, la eficiencia de la línea eléctrica es del 99,34%.
(3) Eficiencia del transformador
Los transformadores de tipo seco comúnmente utilizados en el proyecto, de acuerdo con GB/T 10228-2015 "Parámetros y requisitos técnicos para transformadores de potencia de tipo seco", tienen los siguientes indicadores de pérdida para transformadores de potencia reguladores de voltaje no excitados de 35 kV 2000 kVA:
Sin pérdida de carga: 4,23 kW;
Pérdida de carga: 17,2 kW (100 grados);
En funcionamiento con potencia nominal, la eficiencia del transformador es (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%, por lo que la eficiencia bidireccional del transformador es 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.
Estadísticas de eficiencia
Al calcular la eficiencia de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, se debe prestar atención a la dirección del flujo de energía y el consumo de electricidad del sistema auxiliar debe considerarse como pérdida de carga durante los procesos de carga y descarga. Al calcular la eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía, es necesario combinar definiciones estándar para determinar si la aplicación del cálculo es eficiencia bidireccional o eficiencia unidireccional. Las estadísticas de eficiencia de los modelos anteriores son las siguientes:
| Número | Composición de eficiencia | Eficiencia bidireccional | Eficiencia unidireccional | Notas |
| 1 | Sistema de batería | 92% | 95.92% | Suponiendo que la eficiencia de carga es consistente con la eficiencia de descarga |
| 2 | Inversor de almacenamiento de energía | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Eficiencia de la línea eléctrica | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Impulsar la eficiencia | 97.87% | 98.93% |
Análisis de eficiencia
(1) Eficiencia de carga del sistema de almacenamiento de energía (considerando solo la eficiencia unidireccional durante el proceso de carga)
Suponiendo que el SOC del sistema de batería es constante y que la profundidad de carga y descarga se considera del 90 %, si un sistema de almacenamiento de energía de 2 MWh necesita cargarse completamente en 1 hora, la energía de carga inicial en su lado de CA debe ser:
Capacidad de carga inicial en el lado de comunicación{{0}}(capacidad nominal del sistema x profundidad de carga y descarga) ÷ eficiencia de carga del sistema de batería ÷ eficiencia de rectificación del convertidor de almacenamiento de energía ÷ eficiencia del transformador ÷ línea eléctrica eficiencia+consumo de energía del equipo auxiliar (considerando el funcionamiento a plena carga del sistema auxiliar dentro de 1 hora de la carga)=2000 × 0,9 ÷ 95,92 % ÷ 98,5 % ÷ 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl,
La eficiencia de carga del lado de CA del sistema de almacenamiento de energía es (2000 × 0,9) ÷ 1972.12=91.27%.
(2) Eficiencia de descarga del sistema de almacenamiento de energía (considerando solo la eficiencia unidireccional durante el proceso de descarga)
Energía de descarga inicial en el lado de comunicación{{0}}(capacidad nominal del sistema x profundidad de carga y descarga) x eficiencia de carga del sistema de batería x eficiencia del inversor del convertidor de almacenamiento de energía x eficiencia del transformador x línea eléctrica eficiencia: consumo de energía del equipo auxiliar (considerando el funcionamiento a plena carga del sistema auxiliar dentro de 1 hora después de la carga)=2000 × 0,9 × 95,92 % × 98,5 % × 98,93 % × 99,67 % - (35+5) × 1=1636.91kWh,
La eficiencia de descarga del lado de CA del sistema de almacenamiento de energía es 1636,91 ÷ (2000 × 0,9)=90.94%.
(3) Eficiencia del dispositivo de almacenamiento de energía (de acuerdo con la fórmula anterior, se debe utilizar la eficiencia bidireccional)
Según la definición de eficiencia del dispositivo de almacenamiento de energía, la eficiencia del dispositivo de almacenamiento de energía se puede obtener como:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Eficiencia integral de la central eléctrica.
Suponiendo que el ciclo de evaluación es una descarga de carga completa, es decir, carga durante 1 hora y descarga durante 1 hora, sin considerar las condiciones de espera, la eficiencia integral de la central eléctrica en un ciclo=descarga de energía en un ciclo ÷ carga cantidad en un ciclo=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Suponiendo que el ciclo de evaluación es de 1 día, con 1 ciclo por día, es decir, carga durante 1 hora, descarga durante 1 hora y espera durante 22 horas. La capacidad de descarga diaria es de 1 capacidad de descarga, que se calcula como 1972,12 kWh en el texto anterior. Además de la capacidad de 1 carga de 1972,12 kWh, la capacidad de carga diaria también debe considerar la pérdida de energía del sistema auxiliar durante el período de espera. (En el cálculo anterior, el consumo de electricidad auxiliar en el compartimiento de la batería de almacenamiento de energía fue de 249 kWh por día. Sin embargo, en el proceso de cálculo de la potencia de carga y descarga, ya se ha considerado que el consumo de electricidad auxiliar dentro de las 2 horas posteriores a la carga y descarga ser 40kWh por hora. Esta parte no se puede contar repetidamente).
En general, la eficiencia integral diaria de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía se calcula de la siguiente manera: energía de descarga diaria ÷ carga diaria=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.