Съхранение на енергия на C&I улавя електричество от възобновяеми източници или от мрежата по време на периоди на ниско{0}}потребление и го освобождава, когато бизнесът има най-голяма нужда от енергия. Системата разчита на литиево-йонни батерии, съчетани със системи за преобразуване на мощността, които трансформират постоянен ток в използваем променлив ток, координиран от интелигентен софтуер за управление, който оптимизира циклите на зареждане въз основа на-цените на електроенергията в реално време и моделите на търсене на съоръженията.
Основният оперативен механизъм
В основата си c&i съхранението на енергия работи чрез непрекъснат цикъл на зареждане-разреждане, управляван от взаимосвързани хардуерни и софтуерни компоненти. Когато цените на електричеството паднат в извън-пиковите часове-обикновено между 22:00 и 6 сутринта-системата автоматично черпи енергия от мрежата или улавя излишното производство от-слънчеви панели на място. Батерийните клетки съхраняват тази енергия електрохимично, като литиево-йонната технология доминира на пазара благодарение на нейния живот от 8000+ цикъла и 95% дълбочина на разреждане.
Магията се случва по време на периоди на пиково търсене. Тъй като натоварването на съоръжението нараства и цените на електроенергията се покачват, системата за преобразуване на енергия обръща енергийния поток. Той преобразува съхраненото постояннотоково захранване обратно в променливотоково електричество при точното напрежение и честота, изисквани от търговското оборудване. Този процес на разреждане обикновено се активира, когато електроенергията от мрежата надхвърли предварително определен праг на разходите или когато търсенето на съоръженията се доближи до нива, които биха предизвикали скъпи такси за търсене.
Съвременните системи изпълняват този танц без човешка намеса. Системите за управление на енергията непрекъснато анализират три потока от данни:-натоварване на съоръженията в реално време, текущо ценообразуване на електроенергията и състояние на зареждане на батерията. Алгоритмите за машинно обучение предвиждат модели на потребление въз основа на исторически данни, прогнози за времето и оперативни графици. Производствен завод, работещ на две производствени смени, например, вижда системата му автоматично да се зарежда през нощните часове и да се разрежда стратегически по време на пиковия прозорец от 14:00 до 19:00, когато се натрупват такси за търсене.
Архитектура за съхранение на батерията
Физическото сърце на всяка c&i система за съхранение на енергия се състои от стелажи за батерии, в които са разположени стотици отделни клетки. Повечето търговски инсталации използват литиево-железен фосфат (LiFePO4) вместо стандартни варианти на литиево-йони. Този избор отразява приоритетите за безопасност-LiFePO4 клетките демонстрират превъзходна термична стабилност и на практика елиминират рисковете от термично изпускане, които тормозят други литиеви технологии.
Типичен шкаф от 250 kWh съдържа 16 модула батерии, като всеки модул съдържа 148 Ah клетки, подредени да доставят 38,4 V номинално напрежение. Тези модули не работят независимо. Системата за управление на батерията следи напрежението, потреблението на ток и температурата на всяка клетка чрез хиляди показания на сензора в секунда. Когато напреженията на клетката се различават-неизбежно с остаряването на батериите-BMS активира балансиращи вериги, които изравняват нивата на заряд в целия масив.
Управлението на температурата отделя функционалните системи от повреди. Батериите работят оптимално между 15 градуса и 35 градуса. Извън този диапазон капацитетът пада и деградацията се ускорява. Системите с въздушно-охлаждане работят за инсталации под 500 kWh, като циркулират кондициониран въздух през батерийни шкафове с помощта на вентилатори с променлива-скорост, които реагират на термични сензори. По-големите съоръжения използват течно охлаждане, изпомпвайки гликолови смеси през студени плочи, прикрепени директно към модулите на батерията. Складова инсталация с мощност 2 MWh в Калифорния съобщи, че потреблението на енергия в охладителната система е само 3% от общия капацитет за съхранение-полезна сделка за удължаване на живота на батерията от 10 на 15 години.
Потушаването на пожар представлява последният критичен слой за безопасност. Модерните шкафове за съхранение на енергия c&i интегрират аерозолни пожарогасителни системи, които се активират в рамките на три секунди след откриване на дим или температурни аномалии. Тези системи струват приблизително $15 000 на шкаф, но елиминират нуждата от скъпи модификации на спринклер-в сградата, които иначе биха могли да добавят $200000+ към разходите по проекта.
Обяснени системи за преобразуване на енергия
Системата за преобразуване на мощност служи като посредник между DC батерията за съхранение и AC натоварванията на съоръженията. Във всеки PCS шкаф се намират инверторни модули, съдържащи биполярни транзистори с изолиран затвор (IGBT), които превключват постоянен ток хиляди пъти в секунда, създавайки синтетична променливотокова вълна. Високо{2}}системите постигат 97% ефективност на преобразуване и в двете посоки, което означава, че само 3% от енергията се разсейва като топлина по време на трансформация.
Двупосочната възможност определя модерната PCS архитектура. Същият хардуер, който преобразува мрежовия променлив ток в постоянен ток на батерията по време на зареждане, обръща работата си за цикли на разреждане. Този дизайн намалява разходите за оборудване и физическия отпечатък в сравнение с отделните токоизправителни и инверторни модули. PCS с мощност 500 kW заема приблизително 2 квадратни метра подово пространство и тежи 800 kg-достатъчно компактен за инсталиране в повечето електрически помещения.
Синхронизирането на мрежата изисква прецизен контрол. Преди да се свърже към товари на съоръжението, PCS трябва да съответства на амплитудата на мрежовото напрежение в рамките на 1%, честотата в рамките на 0,1 Hz и фазовия ъгъл в рамките на 5 градуса. Съвременните системи постигат тази синхронизация за по-малко от 100 милисекунди, позволявайки безпроблемни преходи на резервно захранване по време на повреда в мрежата. Когато електрозахранването падне, PCS открива срива на напрежението, изключва се от мрежата чрез автоматични превключватели и възстановява захранването на критичните товари, преди повечето оборудване да регистрира прекъсване.
Хармоничното изкривяване има значение за качеството на захранването. Лошо проектираните инвертори инжектират хармонични токове в окабеляването на съоръжението, причинявайки прегряване на двигателите и неизправност на чувствителната електроника. Качествените PCS модули поддържат общо хармонично изкривяване под 3%, съответстващо или надвишаващо качеството на мрежовата мощност. Те постигат това чрез усъвършенствани алгоритми за превключване и инверторни топологии на много-нива, които създават по-плавни AC приближения.
Интелигентност на системата за управление на енергията
EMS функционира като оперативен мозък, превеждайки бизнес целите в решения за контрол на момента-по-момент. На интервали от 5-секунди системата преценява дали да зареди, разреди или да не работи батерията въз основа на йерархия от приоритети. Управлението на таксуването на търсенето обикновено се класира най-високо - избягването на единичен 15-минутен пик може да спести от $3000 до $8000 месечно от сметки за съоръжения.
Алгоритмите за прогнозиране отличават усъвършенстваните c&i системи за съхранение на енергия от основните реализации. Вместо да реагират на пикове на търсенето, след като се появят, предсказуемите модели ги предвиждат часове предварително. Център за данни в Тексас използва прогнози за времето, за да предскаже натоварванията за охлаждане, предварително-разреждане на батериите, когато метеорологичните данни показват, че следобедните температури ще надхвърлят 95 градуса по Фаренхайт. Този проактивен подход улови допълнителни 8% спестяване на такса при търсене в сравнение със стратегиите за реактивен контрол.
Оптимизирането-на-използване добавя още един слой спестявания. EMS съхранява графици за цените на електроенергията за следващите 24-48 часа, след което изчислява оптималните прозорци за зареждане-разреждане. Когато цените варират с 400% между-пиковите и супер-непиковите периоди (често срещано на пазарите в Калифорния), дори простият арбитраж генерира значителна възвръщаемост. Едно производствено съоръжение отчете 47 000 щатски долара годишни спестявания само от ценови арбитраж, отделно от намаленията на таксите за търсене.
Интегрирането с производството на енергия от възобновяеми източници изисква координация между множество енергийни източници. Когато производството на слънчева енергия надхвърли натоварванията на съоръжението, EMS насочва излишното производство към съхранение на батерии, вместо да изнася към мрежата при неблагоприятни темпове. Тъй като слънчевата мощност намалява в късния следобед-точно когато електроенергията от мрежата става най-скъпа-системата плавно преминава към разреждане на батерията. Това максимизиране на -собственото потребление увеличи възвръщаемостта на слънчевите инвестиции с 34% в една търговска сграда, съкращавайки времето за изплащане от 8,5 на 5,7 години.
Пикова механика на бръснене
Таксите за търсене наказват съоръженията за тяхната най-висока 15-минутна консумация на енергия през всеки период на фактуриране. Еднократно стартиране на оборудването, което повишава потреблението от 800 kW до 1100 kW само за 15 минути, може да добави 12 000 долара към сметката за този месец при цени на търсене от 40 $/kW. C&I съхранението на енергия елиминира тези скъпи пикове чрез стратегическо разреждане.
Процесът започва с установяване на целево търсене-обикновено 85% от историческото средно пиково търсене. Когато потреблението на съоръжението се доближи до този праг, EMS командва разреждане на батерията, за да достави инкременталната мощност, необходима над целта. При заваръчна операция, извличаща 950 kW, батерията може да допринесе със 150 kW, ограничавайки вноса на мрежата до 800 kW. Съоръжението няма експлоатационно въздействие; цялото оборудване получава необходимото захранване, просто получено от комбинация от мрежа и батерия.
Реалните{0}}внедрявания демонстрират значително финансово въздействие. Голямо производствено съоръжение в Средния запад инсталира система от 5 MW / 10 MWh, изправена пред месечни такси за търсене над 50 000 $. Анализът след -инсталацията показа 35% намаление на таксата за търсене, превеждайки $500,000+ спестявания на година. С общи разходи по проекта от 2,8 милиона долара и налични стимули, покриващи 600 000 долара, съоръжението постигна 4,4-годишен период на изплащане.
Стратегията изисква точно прогнозиране на натоварването. Системите наблюдават потреблението на мощност на съоръжението всяка секунда, сравнявайки настоящите траектории с исторически модели. Когато скоростта на увеличаване на натоварването предполага неизбежно нарушаване на прага на потребление, батерията превантивно започва да се разрежда. Този изпреварващ подход се оказва по-ефективен от чисто реактивния контрол, като намалява пиковото търсене с допълнителни 8-12% според полеви проучвания.
Интеграция на възобновяема енергия
Съчетаването на c&i съхранение на енергия със слънчеви фотоволтаични системи създава оперативна синергия, която повишава стойността и на двата актива. Слънчевото производство достига своя пик по обяд, когато много съоръжения изпитват умерени натоварвания, което води до ограничаване или износ на мрежа с ниска-стойност. Съхранението на батерията улавя това излишно производство за използване по време на вечерни пикове, когато слънчевата мощност спада до нула, но работата на съоръженията продължава.
Икономиката става убедителна за съоръжения със значителни-натоварвания през деня. Съоръжение за хладилно съхранение, работещо 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, може да генерира 2000 kWh излишна слънчева енергия между 10:00 и 14:00 часа дневно. Без съхранение тази енергия се изнася към мрежата при цени на едро от $0,03/kWh. Като го съхранява за разреждане в периодите от 18:00 до 21:00, когато цените на дребно достигнат 0,32 $/kWh, съоръжението улавя допълнителна стойност от 0,29 $/kWh-580 $ дневно или 212 000 $ годишно за тези 2 MWh дневен цикъл.
Съхранението също решава предизвикателствата, свързани със слънчевите прекъсвания. Облачната покривка може да намали слънчевата мощност с 80% за секунди, което налага бърз внос на мрежа, който натоварва електрическата инфраструктура. Батерийните системи буферират тези колебания, като поддържат стабилно захранване на съоръжението независимо от метеорологичните условия. Тази способност за изглаждане намалява колебанията на напрежението и удължава живота на оборудването-предимства, които рядко се определят количествено, но са материално ценни.
Оптимизирането на размера изисква внимателен анализ както на профилите на слънчевата продукция, така и на кривите на натоварване на съоръжението. Малкомерното хранилище не успява да улови целия ценен слънчев излишък. Извънгабаритните системи носят ненужни капиталови разходи. Детайлното моделиране обикновено разкрива оптимален капацитет за съхранение между 1,5 до 3,0 часа капацитет на слънчевия масив, посочен в табелата за повечето търговски приложения.
Пример за работа-в реално време
Помислете за разпределителен склад, работещ от 6 сутринта до 22 часа с 800 kW средно натоварване и 1200 kW пиково търсене. Съоръжението разполага с 500 kW слънчева батерия на покрива и 1 MW / 2 MWh c&i система за съхранение на енергия. Ето как протича един типичен ден:
6:00 сутринта: Слънчевата енергия започва да генерира, когато съоръжението започне да работи. Батерията остава на 90% ниво на зареждане от нощно зареждане при 0,06 $/kWh от-пиковите цени. Сутрешните натоварвания се черпят предимно от слънчева и мрежова енергия.
9:00 сутринта: Слънчевата мощност достига 450 kW, докато натоварването на съоръжението е 650 kW. Дефицитът от 200 kW идва от мрежата. Разреждането на батерията остава деактивирано, тъй като текущите тарифи за електроенергия ($0,11/kWh) не са преминали прага на разреждане.
12:30 ч: Пиковото слънчево производство достига 485 kW, надвишавайки натоварването на съоръжението от 420 kW. EMS насочва излишък от 65 kW към съхранение на батерии, вместо към експорт в мрежата. SOC на батерията се покачва от 88% на 92% през следващите два часа.
15:15 ч: Натоварването на съоръжението нараства до 950 kW, тъй като операциите по корабоплаването се засилват. Слънчевата мощност е намаляла до 290 kW. Електроенергията от мрежата навлезе в-пикова цена от $0,28/kWh. Батерията започва да се разрежда при 400 kW, ограничавайки вноса в мрежата до 260 kW и ограничавайки търсенето на съоръжения доста под историческите пикове.
18:00 ч: Слънчевата мощност пада до 50 kW, когато слънцето залезе. Натоварването на съоръжението остава високо – 880 kW. Разрядът на батерията се увеличава до 600 kW, за да се поддържа горната граница на потреблението от 280 kW. Импортирането на мрежата допълва оставащите нужди от енергия.
20:30 ч: SOC на батерията достига 25%, задействайки намаляване на разряда, за да се запазят резерви за потенциални прекъсвания на мрежата. Съоръжението приема малко по-високи импортирания от мрежата за оставащите работни часове.
10:00 вечерта: Операциите спират и натоварването на съоръжението пада до 180 kW за осветление и HVAC. Цените на електроенергията паднаха до извън-пиковите нива от $0,05/kWh. Батерията започва да се презарежда при 400 kW, черпейки от евтина електроенергия от мрежата, за да възстанови пълния си капацитет до сутринта.
Този 24-часов цикъл намали пиковото потребление от 1200 kW на 280 kW-77% намаление, което елиминира $36 800 месечни такси за потребление. Енергийният арбитраж улови допълнителни спестявания от $8200 месечно чрез съхраняване на евтина извън{12}}пикова мощност за използване по време на скъпи пикови периоди.
Поток на взаимодействие на компоненти
Разбирането как комуникират компонентите за съхранение на енергия c&i разкрива оперативната интелигентност на системата. Архитектурата следва йерархична контролна структура с информация, протичаща двупосочно между слоевете.
В основата сензорите за батерийни клетки предават данни за напрежение, ток и температура към BMS контролер-на ниво модул на всеки 200 милисекунди. Тези модулни контролери агрегират данни от обикновено 14-16 клетки, извършвайки локални операции за балансиране и проверки за безопасност. Ако напрежението на някоя клетка надвишава безопасните параметри, модулът BMS може локално да деактивира този модул, без системните оператори дори да знаят за възникнал проблем.
Модулните BMS модули се отчитат на системата за управление на батерията-на ниво стелаж, която контролира 8-16 модула на стелаж. Rack BMS изчислява общото състояние на заряд, здравословно състояние и налична мощност въз основа на състоянието на най-слабия модул. Той определя границите на безопасно зареждане и разреждане, които могат да варират през всеки цикъл, тъй като клетките стареят различно.
Системата за преобразуване на мощност получава тези ограничения от BMS на стелажа и ги превежда в приложими граници. Ако BMS докладва максимален безопасен разряден ток от 800 ампера, PCS гарантира, че изходът на инвертора никога не надвишава този праг, независимо от търсенето на съоръжението. Тази защита предотвратява повреда на батерията, която би влошила живота на системата.
На върха се намира системата за управление на енергията, която комуникира както с PCS, така и с BMS. EMS анализира потреблението на енергия на съоръжението, ценообразуването на електроенергията и слънчевото производство (ако има), след което изчислява оптималното разпределение на батерията. Той издава команди за захранване към PCS на интервали от 5-секунди: „Зареждане при 300 kW“ или „Разреждане при 450 kW“. PCS изпълнява тези команди, като спазва ограниченията за безопасност, предоставени от BMS.
Външни системи също подават данни към EMS. API за прогнозиране на времето осигуряват прогнози за температурата и слънчевата радиация. Графиците за-използване-използване се качват автоматично. Системите за управление на сградата отчитат предстоящи оперативни промени-планирано производство или спиране през уикенда. Тези разнообразни данни позволяват сложна оптимизация, невъзможна с изолирани системи за управление.
Фактори за поддръжка и дълголетие
Деградацията на батерията представлява основната оперативна грижа за c&i системите за съхранение на енергия. Литиево-йонните клетки неизбежно губят капацитет чрез повтарящи се цикли на зареждане-разреждане, като скоростите на разграждане се влияят силно от работните условия. Правилно управляваните системи поддържат 80% от първоначалния капацитет след 4000-6000 цикъла на пълна дълбочина, което означава 10-15 години експлоатационен живот.
Контролът на температурата оказва най-голямо влияние върху дълготрайността на батерията. Всяко повишаване на температурата с 10 градуса над оптималния диапазон удвоява скоростта на разграждане. Батерия, работеща непрекъснато при 45 градуса, може да достигне края на--живота си само за 6 години, докато идентичен хардуер, поддържан при 25 градуса, надхвърля 14 години. Тази температурна чувствителност обяснява защо системите за течно охлаждане, въпреки по-високите първоначални разходи, се оказват икономични за по-големи инсталации.
Дълбочината на цикъла влияе върху запазването на капацитета по не-линейни начини. Пълната дълбочина-на-цикличното разреждане (100% до 0%) стресира клетките по-сериозно от частичното цикличност. Батерия, циклично работеща между 90% и 10% SOC, постига приблизително 5000 цикъла, преди да достигне 80% капацитет. Същата батерия, циклично променяна между 80% и 20% SOC, може да постигне 12 000 цикъла-140% увеличение на полезния живот. Поради това интелигентните EMS системи предпочитат частичен цикъл, когато оперативните изисквания го позволяват.
Стареенето на календара се случва дори без цикличност. Батериите се разграждат бавно, докато не работят поради вътрешни химически реакции. Това разграждане се ускорява при високо ниво на зареждане-съхраняването на батерии при 100% SOC ги разгражда по-бързо, отколкото поддържането на 50% SOC. Въпреки това търговските приложения, изискващи възможност за резервно захранване, трябва да балансират оптимизирането на дълготрайността спрямо изискванията за готовност.
Поддръжката на инвертора се оказва относително минимална. Вентилаторите за охлаждане се нуждаят от подмяна на всеки 3-5 години на цена от 800-1500 $ за единица. Кондензаторите имат ограничен живот от 10-12 години и струват $3000-5000 за подмяна в типичен PCS. В противен случай силовата електроника в твърдо състояние демонстрира забележителна надеждност, като средното време между отказите надхвърля 20 години за качествени компоненти.
EMS и BMS изискват основно софтуерна поддръжка. Актуализациите на фърмуера пристигат на тримесечие, като включват подобрени алгоритми и корекции на грешки. Дистанционната свързаност позволява тези актуализации без посещения на сайта, намалявайки разходите за поддръжка. Един екип за управление на съоръжения съобщава, че прекарва по-малко от 8 часа годишно за рутинна поддръжка на c&i система за съхранение на енергия след първата година на работа.
Икономически показатели
Финансовата възвръщаемост от c&i съхранение на енергия произтича от множество потоци от стойност, които се натрупват през живота на системата. Намаляването на таксата за потребление обикновено осигурява най-голямата единична полза, особено в региони, където таксите за потребление съставляват 30-70% от общите разходи за електроенергия. Съоръжение, плащащо $35/kW месечни такси за потребление, може да реализира $420/kW годишни спестявания за киловат постигнато пиково намаление.
Енергийният арбитраж допринася с допълнителна стойност, като използва разликите в-времето-на използване. Пазарите с $0.20+ спредове между пиково и извън-пиково електричество позволяват значителна възвращаемост. Система от 1 MWh, изпълняваща един цикъл на пълно зареждане-разреждане дневно, улавя приблизително $73 000 годишно при $0,20/kWh разпределение (отчитайки 97%-ефективност на отиване и връщане). Това предполага 250 работни дни, което позволява поддръжка и периоди на ниско-разпръскване.
Стойността на резервната мощност се оказва трудна за количествено определяне, но значително намалява риска от прекъсване на бизнеса. Министерството на енергетиката на САЩ оценява комерсиалните разходи за прекъсване между $15 и $150 за киловат-час необслужван товар, вариращи драстично в зависимост от вида на съоръжението. Критични операции, като центрове за данни или производство със скъпо{7}}текуща-инвентаризация, попадат към горния край на този диапазон.
Общите разходи по проекта са намалели значително с узряването на пазара. Инсталациите до-c&i за съхранение на енергия в момента струват $600-900 на kWh за системи с капацитет над 500 kWh. Това включва батерии, инвертори, EMS, монтаж и пускане в експлоатация. По-малките системи под 200 kWh може да надхвърлят 1200 $/kWh поради фиксирани инженерни и разрешителни разходи, разпределени в по-малък капацитет.
Наличните стимули значително подобряват икономиката в много юрисдикции. Калифорнийската програма за стимулиране на само-генерацията предлага $200/kWh за литиево-йонни системи, покриващи 22-33% от общите разходи по проекта. Федералните инвестиционни данъчни кредити от 30% се прилагат, когато съхранението е съчетано със слънчево производство. Масачузетс предоставя стимулиращи плащания за намаляване на таксите за търсене. Комбинираните стимули могат да намалят нетните разходи по проекта с 40-60% при благоприятни пазари.
Типичните периоди на изплащане варират от 3 до 7 години в зависимост от цените на електроенергията на съоръжението, работните цикли и наличните стимули. Съоръженията както с високи такси за търсене, така и с големи спредове между пикови/извън-пикови проценти постигат най-бърза възвръщаемост. Една болница в Масачузетс съобщи за 3,2 години изплащане на система от 750 kWh след стимули, основно чрез елиминиране на таксите за търсене, което спестява $83 000 годишно.
Често задавани въпроси
Колко време отнема инсталирането на C&I съхранение на енергия?
Сроковете за инсталиране варират от 4 до 12 седмици в зависимост от размера на системата и сложността на сайта. Система от 250 kWh в съществуващо електрическо помещение обикновено изисква 3-4 седмици от доставката до пускането в експлоатация. По-големите мулти-мегаватови системи с кутии, монтирани на външни подложки, може да се нуждаят от 8-12 седмици, за да завършат работата по основата, инсталирането на оборудването, одобренията за взаимно свързване на комунални услуги и тестването на системата. Разрешаването добавя 2-6 седмици преди началото на физическото инсталиране.
Могат ли съществуващите съоръжения да модернизират системи за съхранение на енергия?
Повечето търговски обекти могат да поемат преоборудване, ако имат достатъчно пространство за електрическо помещение и съществуващ капацитет за електрическо обслужване. Системата изисква приблизително 15-25 квадратни фута на 100 kWh капацитет за съхранение, включително свободни пространства. Електрическите точки на взаимно свързване към главния разпределителен панел на съоръжението или електромера трябва да поддържат максималната мощност на зареждане/разреждане на системата. Професионалната оценка на обекта обикновено идентифицира всички ограничения и необходимите модификации в рамките на 2-3 часа.
Какво се случва при прекъсване на тока?
По време на повреда в мрежата системата открива загуба на напрежение в рамките на 16 милисекунди и изпълнява автоматична последователност за прехвърляне. PCS се изключва от мрежата чрез изолационни контактори, след което отново-захранва критичните натоварвания на съоръжението, като използва захранване от батерията в рамките на 100 милисекунди-достатъчно бързо, че повечето оборудване да не претърпи смущения. Системата продължава да захранва до изчерпване на резервите в батерията. Продължителността на архивиране зависи от натоварването на съоръжението и капацитета на батерията; система от 500 kWh, поддържаща 100 kW критични товари, осигурява 4-5 часа работа.
Как системата се справя със слънчевото ограничаване?
Когато слънчевото производство надхвърли както натоварването на съоръжението, така и капацитета за зареждане на батерията, EMS прилага стратегия за ограничаване, базирана на икономическа оптимизация. Ако споразуменията за взаимно свързване на комуналните услуги забраняват експорта към мрежата, системата намалява мощността на слънчевия инвертор, за да съответства на наличното потребление. Ако експортът към мрежата е разрешен, но неикономичен, батериите се зареждат с максимална скорост, докато излишното генериране експортира с преобладаващи скорости. Някои системи могат също така да активират дискреционни натоварвания като предварително-охлаждане или загряване на вода, за да използват продуктивно излишната слънчева енергия.
Съображения за оразмеряване на системата
Правилното оразмеряване на системата за съхранение на енергия c&i изисква анализиране на три отделни параметъра: мощностен капацитет (kW), енергиен капацитет (kWh) и продължителност (часове). Капацитетът на мощността определя колко намаляване на потреблението осигурява системата. Енергийният капацитет установява колко дълго се поддържа тази доставка на енергия. Продължителността представлява съотношението енергия към мощност.
Приложенията за намаляване на таксуването при търсене дават приоритет на мощностния капацитет. Ако пиковото потребление на съоръжението достигне 1500 kW, но целта за оптимизация е 1000 kW, системата се нуждае от 500 kW минимална мощност. Тогава енергийният капацитет зависи от това колко дълго се задържат пиковете. Ако пиковете обикновено продължават 2-3 часа дневно, система от 500 kW / 1250 kWh (продължителност 2,5 часа) осигурява подходящи резерви.
Арбитражните приложения за-на-използване подчертават енергийния капацитет. Едно съоръжение може да претърпи 6-часа-пикови прозорци, изискващи 300 kW среден разряд. Това предполага оразмеряване на 300 kW / 1800 kWh (6-часова продължителност). Въпреки това системата работи само 5-6 дни седмично, което позволява пълно презареждане по време на периоди извън пиковите натоварвания. Този работен цикъл предотвратява стареенето на календара, свързано с постоянно високо ниво на зареждане.
Хибридните приложения, комбиниращи множество потоци от стойност, изискват внимателен анализ на едновременните изисквания. Едно производствено съоръжение може да се нуждае от 400 kW за пиково бръснене по време на производствени смени, като същевременно иска 200 kW аварийно резервно захранване за 4 часа. Системата трябва да осигурява 400 kW максимална изходна мощност с поне 800 kWh енергиен капацитет (200 kW × 4 часа), запазен за резервна функция. Това води до оразмеряване на минимум 400 kW / 1600 kWh, като се приеме, че са налични 800 kWh за ежедневен цикъл.
Изборът на химия на батерията влияе върху решенията за размер. Химиката на литиево-железния фосфат понася 95% дълбочина на разреждане, което означава, че система от 1000 kWh доставя 950 kWh използваема енергия. Литиево-никел-манган-кобалтовите химикали могат да ограничат до 85% DoD за дълготрайност, намалявайки използваемия капацитет до 850 kWh от същия размер на табелката. Първият изисква по-малък капацитет на табелата, за да отговори на нуждите на приложението.
Бъдещи системни възможности
Нововъзникващите технологии разширяват това, което c&i системите за съхранение на енергия могат да постигнат отвъд днешните стандартни приложения. Интегрирането на виртуална електроцентрала позволява на съоръженията за съхранение да участват в пазарите на мрежови услуги, генерирайки приходи чрез предоставяне на регулиране на честотата, поддръжка на напрежението и аварийни резерви на комуналните оператори.
Тези VPP програми агрегират стотици разпределени системи за съхранение в контролируем капацитет, който комуналните услуги могат да изпращат по време на периоди на напрежение в мрежата. Съоръжение, което регистрира своята система от 500 kWh, може да получава $3000-8000 годишно в плащания за капацитет, с допълнителни плащания за ефективност, когато действително бъде изпратено. Съоръжението запазва властта за преодоляване, като гарантира, че критичните операции имат приоритет пред ангажиментите за мрежови услуги.
Интеграцията-към-мрежата представлява друга развиваща се способност. Тъй като търговските автопаркове се електрифицират, техните паркирани превозни средства се превръщат в мобилни активи за съхранение на енергия. Двупосочните системи за зареждане позволяват на батериите на флота да се разреждат при натоварване на съоръженията по време на пикови натоварвания, след което да се презареждат през нощта. Компания за доставка с 20 електрически микробуса може да има достъп до 1600 kWh допълнителен капацитет за съхранение (80 kWh на превозно средство) без специални стационарни батерии.
Изкуственият интелект подобрява оптимизацията на системата отвъд настоящите подходи,-базирани на правила. Невронни мрежи, обучени с години на оперативни данни на съоръженията, прогнозират натоварванията и цените на електроенергията с по-голяма точност от конвенционалните методи за прогнозиране. Едно пилотно внедряване подобри спестяването на такса при търсене с 11% в сравнение с предишния алгоритъм на EMS, извличайки допълнителна стойност от съществуващия хардуер чрез превъзходни стратегии за контрол.
Възможностите за модулно разширение позволяват на системите да се мащабират с нарастването на нуждите на бизнеса. Вместо да преувеличават първоначалните инсталации, съоръженията могат да разположат консервативен капацитет, след което да добавят батерийни шкафове и инверторни модули, докато операциите се разширяват. Този подход намалява първоначалните капиталови изисквания, като същевременно поддържа мащабируемост. Няколко производители вече предлагат системи, предназначени за разширяване на полето от 500 kWh до 3+ MWh чрез добавяне на стандартизирани компоненти.
Конвергенцията на c&i съхранението на енергия с други системи за съоръжения създава допълнителни възможности за оптимизация. Интегрирането с HVAC контроли позволява предварително-охлаждане на сгради с помощта на евтино извън-пиково електричество, съхранявайки „студа“ като топлинна енергия. Това намалява натоварванията за охлаждане следобед точно когато електроенергията в мрежата е пикова. Комбинираните стратегии, използващи както електрохимично, така и термично съхранение, могат да намалят разходите за енергия на съоръжението с 15-25% повече, отколкото всяка технология поотделно.
Тези разработки сочат към все по-усъвършенствано енергийно управление на съоръжения, където c&i съхранението на енергия служи като централен координиращ актив. Вместо пасивни системи, които просто зареждат и разреждат въз основа на предварително определени графици, бъдещите инсталации активно ще организират всички енергийни потоци в съоръженията-генериране от възобновяеми източници, внос в мрежа, локално съхранение и контролируеми товари-за минимизиране на разходите, като същевременно поддържат оперативните приоритети и поддържат стабилността на мрежата.