Как подобрать аккумуляторную батарею для коммерческого накопления энергии на основе профиля нагрузки

Расчёт ёмкости аккумуляторного блока для коммерческие и промышленные (К&П) системы хранения энергииначинается с понимания того, как объект потребляет электроэнергию и когда требуется питание от аккумулятора. Аккумулятор, предназначенный для сглаживания пиковых нагрузок, может требовать высокой мощности разряда в течение короткого периода времени, тогда как система, предназначенная для сдвига нагрузки, может потребоваться для подачи энергии в течение нескольких часов.

Наиболее надежный подход заключается в переводе профиля нагрузки сайта в измеримые требования к аккумулятору. К ним относятся мощность разряда, отдаваемая энергия, номинальная ёмкость, требования к зарядке и ограничения электрической интеграции. Полученная спецификация помогает разработчикам проектов, интеграторам систем хранения энергии на аккумуляторах и командам по закупкам оценивать стандартные конфигурации аккумуляторов и определять необходимость использования специализированного аккумуляторного блока.

Что такое профиль нагрузки аккумулятора?

Профиль нагрузки аккумулятора описывает потребность в мощности, которую должен обеспечивать аккумулятор для накопления энергии в течение определённого времени. Анализ обычно начинается с исторических данных о нагрузке объекта и выявляет, когда, в каком объёме и на какой срок аккумулятор должен заряжаться или разряжаться.

Для коммерческого проекта накопления энергии соберите следующую информацию:

• Исторический спрос на электроэнергию: Данные о нагрузке с отметками времени, охватывающие типичные рабочие дни и периоды пиковой нагрузки.
• Импорт и экспорт сетки: Электроэнергия, потребляемая из сети или поставляемая в сеть, включая применимые лимиты потребления.
• Выработка солнечной фотогальванической энергии: Данные о выработке энергии на месте, когда аккумулятор будет накапливать избыточную солнечную энергию.
• Режим работы: Смены производства, рабочие часы оборудования и прогнозируемые изменения спроса.
• Возможности зарядки:Периоды, когда доступна мощность сети или избыточная выработка фотоэлектрической энергии для зарядки.
• Детали измерения: Интервал данных, место измерения, единицы измерения и то, представляют ли значения мгновенную мощность или средние значения за интервал.

Данные с интервалом в пятнадцать минут часто подходят для предварительного анализа снижения пиковой нагрузки. Однако они могут скрывать кратковременные всплески спроса или пики при запуске оборудования. Если эти всплески влияют на требуемый номинальный уровень мощности, используйте измерения с более высоким разрешением или дополнительные данные на уровне оборудования.

Также важно различать профиль нагрузки объекта и эксплуатационный профиль аккумулятора. Профиль нагрузки объекта показывает потребность объекта в электроэнергии. Эксплуатационный профиль аккумулятора определяет мощность, которую аккумулятор должен отдавать или поглощать во времени для достижения эксплуатационных целей проекта.

Для определения требований к мощности и энергоемкости аккумулятора следует использовать профиль нагрузки аккумулятора, а не только общий расход электроэнергии на объекте.

Определение коммерческого применения систем хранения энергии

Перед определением размеров аккумулятора необходимо определить основную цель эксплуатации. Различные приложения могут предъявлять различные требования к мощности и емкости, даже если они используют одни и те же данные о нагрузке на объекте.

Приложение	Что анализировать	Ключевое требование к батарее
Снижение пиковой нагрузки	Спрос, превышающий целевой лимит импорта из сети, и продолжительность каждого пика.</p>	Максимальная мощность разряда и общая энергия, необходимая во время пикового события.
Смещение нагрузки	Энергия, необходимая в периоды высокой стоимости, и доступные окна зарядки в периоды более низкой стоимости.	Пригодная для использования энергия, продолжительность разряда и способность к перезарядке.
Солнечное самопотребление	Периоды, когда выработка фотоэлектрической энергии превышает спрос на объекте, и периоды, когда спрос превышает выработку.	Избыточная солнечная энергия, мощность зарядки и последующие требования к разряду.
Работа с ограничениями сетки	Спрос, превышающий доступную мощность подключения к сети.	Дефицит мощности, продолжительность и возможности подзарядки перед следующим событием.

Для проектов, объединяющих фотоэлектрические установки и аккумуляторные накопители энергии, требования к зарядке следует оценивать совместно с требованиями к разрядке. Аккумулятор должен обладать достаточным доступным объемом емкости для поглощения избыточной выработки энергии и достаточной мощностью зарядки для использования доступного «солнечного окна».</p>

Для получения информации о соответствующих спецификациях см. нашу Руководство по выбору специальной аккумуляторной батареи для системы хранения солнечной энергии на основе фотоэлектрических элементов<р>.<р>

Расчёт мощности разряда, отданной энергии и номинальной ёмкости

Расчет емкости аккумулятора требует отдельных расчетов мощности и энергии. Мощность, измеряемая в киловаттах (кВт), показывает, сколько электроэнергии должно быть подано в данный момент. Энергия, измеряемая в киловатт-часах (кВт·ч), показывает, сколько электроэнергии должно быть подано за определенный период времени.

Шаг 1: Расчёт требуемой мощности разряда

Для сглаживания пиковой нагрузки сначала задайте целевой предел потребления электроэнергии из сети. Для каждого временного интервала рассчитайте часть потребности объекта, превышающую этот целевой предел.

Где:

• П_{летучая мышь,я} — требуемая мощность предварительного разряда аккумулятора в течение интервала i, в кВт.
• П_{загрузить,i} — средняя нагрузка сайта в интервале i, в кВт.
• П_цель,i — целевой уровень импорта из сети в течение того же интервала, кВт.
• max(0, …) означает, что требование к разряду аккумулятора равно нулю, когда нагрузка на объекте не превышает целевого значения.

Наибольшее рассчитанное значение по всем проанализированным интервалам даёт предварительную максимальную среднюю за интервал мощность расхода:

Этот результат не обязательно соответствует максимальной мгновенной мощности, требуемой системой. Кратковременные пики нагрузки, пуск двигателей и другие переходные нагрузки могут потребовать более высокого номинала мощности и должны оцениваться отдельно.

Для приложений с переносом нагрузки и самопотреблением солнечной энергии рассчитайте профили зарядки и разрядки аккумулятора в соответствии с предполагаемым графиком эксплуатации. Приведённая выше формула сглаживания пиковой нагрузки — это пример для конкретной цели эксплуатации, а не универсальная формула для всех применений систем накопления энергии.

Шаг 2: Расчёт необходимой доставленной энергии

Рассчитайте энергию, необходимую в каждом интервале, умножив мощность разряда аккумулятора на продолжительность интервала. Сложите результаты по интервалам, чтобы определить общую энергию, необходимую для события.

Где:

• Е_{доставлено} — это общая энергия, поданная за анализируемый период, в кВт·ч.
• П_{летучая мышь,я} — требуемая мощность разряда в интервале i, в кВт.
• Δt_я — продолжительность интервала в часах.
• Σ означает, что вклады энергии из всех интервалов суммируются.

Например, если аккумулятор обеспечивает среднюю мощность 55 кВт в течение 15 минут:

При изменении нагрузки рассчитывайте каждый интервал отдельно. Умножение пиковой мощности на общую продолжительность события может привести к неточной оценке энергии, если аккумулятору не требуется работать на пиковой мощности на протяжении всего события.

Соблюдайте постоянство границ измерения. Подтвердите, измеряется ли спрос на электроэнергию объекта на стороне переменного тока (AC) и указана ли номинальная энергоёмкость аккумулятора на стороне постоянного тока (DC). Если требуемая энергия измеряется в точке подключения объекта к сети переменного тока, при переводе этого значения в требование к аккумулятору учитывайте потери преобразования в преобразователе постоянного/переменного тока (PCS) и другие соответствующие потери на пути разряда. Не применяйте одни и те же потери дважды.

Шаг 3: Оценка номинальной емкости аккумулятора

Номинальная ёмкость аккумулятора не совпадает с энергией, которую можно подать на объект. Доступная энергия зависит от допустимого диапазона степени заряда (SOC) и потерь между аккумулятором и указанным пунктом поставки.

Предварительная оценка номинальной ёмкости составляет:

Где:

• Е_{номинальный} — предварительная номинальная ёмкость аккумулятора, в кВт·ч.
• Е_{доставлено} — это энергия, необходимая на выбранной границе поставки.
• ж_SOC — это доля номинальной энергии, доступной в пределах разрешённого окна SOC.
• η_разряд — это эффективность между границей энергетической ёмкости аккумулятора и требуемой границей доставки.

Используйте данные о производительности, предоставленные поставщиком, и эксплуатационные пределы, установленные для конкретного проекта. Если номинальное значение полезной энергии поставщика уже учитывает соответствующие пределы степени заряженности (SOC) или потери при преобразовании, не применяйте эти коэффициенты повторно.</p>

Учет требований к мощности на этапе снятия с эксплуатации. Если аккумулятор должен по-прежнему обеспечивать требуемую энергию в указанный срок окончания срока службы (EOL), а заявленная ёмкость уже не учитывает деградацию, то предварительная оценка составляет:

ж_КОН — доля остаточной ёмкости на указанном сроке службы. Она должна основываться на документированной производительности поставщика и эксплуатационных условиях проекта. Если энергетическое требование уже определено как используемая энергия на момент окончания срока службы, коэффициент сохранения ёмкости повторно не применяется.

Дополнительные сведения о различии между номинальной мощностью и энергией, доступной для эксплуатации, см. в Номинальная энергия по сравнению с полезной энергией в системах аккумуляторного хранения<р>.<р>

Рабочий пример: определение размера аккумулятора для сглаживания пиковой нагрузки

Рассмотрим коммерческое предприятие, которое хочет ограничить потребление электроэнергии из сети до 310 кВт в период пиковой нагрузки. В следующем гипотетическом примере используются средние значения нагрузки объекта, зарегистрированные через каждые 15 минут. Каждая временная метка обозначает начало интервала, а целевое значение остаётся неизменным и составляет 310 кВт на протяжении всего события.

Начало интервала	Средняя нагрузка на объект (кВт)	Требуемая выходная мощность аккумулятора (кВт)	Энергия на интервал (кВт·ч)
Рассчитанная потребность		110 кВт	75,00 кВт·ч
16:00	285	<р>0<р>	0,00
16:15	320	<р>10<р>	2,50
16:30	365	55	13,75
16:45	420	110	27,50
17:00	390	80	20,00
17:15	350	40	10,00
17:30	315	<р>5<р>	1,25
17:45	295	<р>0<р>	0,00

Рассчитанный профиль нагрузки аккумулятора даёт два ключевых результата:

• Средняя мощность разряда за пиковую интервал-длительность: 110 кВт.
• Общая доставленная энергия: 75 кВт·ч за проанализированный период.

Результат 110 кВт основан на данных о средней нагрузке за 15 минут. Измерения с более высоким разрешением могут выявить дополнительные мгновенные требования к мощности. Окончательный номинал мощности также должен быть проверен на соответствие пределам разряда аккумулятора и номиналу выбранной системы преобразования энергии.

Оценка номинальной ёмкости

Для наглядности предположим, что 90 % номинальной энергии доступны в пределах разрешённого окна SOC, а КПД соответствующего пути разряда составляет 95 %.

Это предварительная оценка срока службы при указанных допущениях. Если проект также требует 75 кВт·ч доставленной энергии в конце срока службы и коэффициент сохранения ёмкости, поддерживаемый поставщиком, составляет 80 %, то оценка становится:

Значение удержания 80 % является иллюстративным, а не универсальным допущением при проектировании. Используйте документированные данные поставщика для требуемого срока службы и условий эксплуатации.

Эти расчеты определяют предварительный диапазон емкости, а не полный проект системы. Перед выбором аккумулятора уточните границы номинальной энергоемкости, ограничения по степени заряженности (SOC), потери при преобразовании, рабочую температуру и допущения относительно срока службы, используемые поставщиком.

Проверьте требования к батарее с учетом условий проекта

Расчёт профиля нагрузки определяет предварительные требования к мощности и энергии. Выбранная конфигурация аккумуляторов также должна удовлетворять электрическим, тепловым, эксплуатационным и интеграционным условиям коммерческого проекта накопления энергии.

Мощность разряда, продолжительность и ток

Убедитесь, что аккумулятор способен обеспечивать требуемую мощность разряда в течение всего времени каждого события. Подтвердите непрерывные и пиковые характеристики разряда, рабочее напряжение, допустимый ток и пределы работы системы управления аккумулятором (BMS).

Для предварительной оценки тока на стороне постоянного тока:

Здесь я_DC — это ток в амперах, P_DC — это постоянный ток в ваттах, а V_DC — это постоянное напряжение в вольтах. Используйте значения с одной и той же электрической стороны. Это предварительная оценка, поскольку фактический ток зависит от рабочего напряжения и потерь в системе.

Мощность зарядки и окна перезарядки

Для многократного сглаживания пиковых нагрузок, переноса нагрузки или использования солнечной энергии в собственных целях определите, сколько энергии должно быть восстановлено до следующего периода разряда. Сравните требуемую энергию для зарядки с доступным окном зарядки и убедитесь, что мощность зарядки поддерживается аккумулятором и всей системой в целом.

Для проектов с подключением к фотоэлектрическим модулям также следует учитывать, достаточна ли избыточная генерация для зарядки аккумулятора при необходимости. Аккумулятор с достаточной номинальной ёмкостью может по-прежнему не соответствовать эксплуатационной цели, если доступная мощность зарядки или окно времени для зарядки недостаточны.

Температура, защита и интеграция

Убедитесь, что предложенная конфигурация аккумулятора подходит для условий установки и диапазона рабочих температур. Перед окончательным определением спецификации аккумулятора ознакомьтесь со следующими требованиями:

• Номинальное напряжение и диапазон рабочего напряжения.
• Обязательная конфигурация последовательного/параллельного соединения, если применимо.
• Постоянные и пиковые пределы тока заряда/разряда.
• Механические размеры, крепление, разъёмы и кабели.
• Мониторинг BMS, защитные пределы, аварийные сигналы и реакции на неисправности.
• Протоколы связи и требования к интерфейсу для предполагаемой системы управления питанием (PCS) или системы управления энергией.
• Тепловой режим, условия установки и доступ для технического обслуживания.
• Применимые требования к технике безопасности, сертификации, испытаниям и приемке проекта.

Эти проверки помогают отличить аккумулятор, соответствующий расчётному требованию в кВт·ч, от аккумулятора, подходящего для реального коммерческого применения в системах накопления энергии.

Когда следует рассматривать возможность использования индивидуального аккумуляторного блока?

Специализированный аккумуляторный блок может быть целесообразным, когда стандартные конфигурации не удовлетворяют задокументированным электрическим, механическим, управляющим или эксплуатационным требованиям проекта. Анализ профиля нагрузки помогает определить, касается ли оставшийся разрыв мощности, энергии, продолжительности разряда, напряжения или интеграции.

Перед заказом индивидуального проекта сравните полный профиль нагрузки аккумуляторной батареи с имеющимися стандартными конфигурациями. Рассмотрите вопрос о том, может ли требование быть выполнено с помощью другой стандартной конфигурации аккумуляторной батареи или соответствующей корректировки графика эксплуатации или конструкции системы.</p>

Собственный пакет может быть целесообразно оценить, когда:

• Требуемое напряжение или ток выходит за пределы доступных стандартных конфигураций.
• Аккумулятор должен соответствовать определённым механическим размерам или существующим интерфейсам оборудования.
• Профиль разряда, поведение при зарядке или диапазон рабочих температур требуют индивидуального проектирования.
• Для интеграции с целевой системой BMS требуются определённое поведение в области связи, мониторинга или защиты.
• Проект имеет специфические требования к проверке, сертификации или эксплуатационным характеристикам в течение жизненного цикла.

Для проектов с такими требованиями ознакомьтесь с Индивидуальный дизайн аккумуляторного блока и умная интеграция. Осуществимость индивидуального решения зависит от детальных электрических требований, интерфейсов системы, требований безопасности и объёма верификации.

Превратите результаты в коммерческий запрос предложений на системы накопления энергии

Полезный запрос коммерческого предложения (RFQ) преобразует рассчитанный профиль нагрузки аккумулятора в требования, которые поставщики могут оценивать последовательно. Вместо указания только номинальной ёмкости в кВт·ч предоставьте данные о нагрузке, график эксплуатации, границы измерений и ограничения интеграции.

Загрузить профиль и эксплуатационные требования

• Приложение и основная эксплуатационная цель.
• Исторические данные о нагрузке, интервал измерений, временные метки и место измерения.
• Целевой предел импорта из сети или другое заданное эксплуатационное ограничение.
• Рассчитанная пиковая мощность разряда и общая доставленная энергия.
• Требуемая продолжительность разряда и предполагаемый ежедневный график работы.
• Окна зарядки, мощность зарядки и ожидаемая частота циклов.
• Обязательные показатели производительности в начале и в конце срока службы, если применимо.

Электрические и эксплуатационные требования

• Номинальное напряжение и диапазон рабочего напряжения.
• Обязательные номинальная и полезная энергия, с четко определенной границей номинала.
• Постоянная и пиковая мощность разряда, включая продолжительность пиковых событий.
• Максимальная мощность и ток зарядки.
• Допустимые предположения относительно окна SOC и эффективности разрядного пути.
• Требования к сохранению емкости и сроку службы.
• Ожидаемый диапазон рабочих температур и условия теплового управления.

Механическая, управляющая и системная интеграция

• Габаритные размеры блока, крепление, разъёмы и требования к кабелям.
• Функциональные возможности BMS, пределы защиты и ожидаемые реакции на неисправности.
• Протоколы связи и документация по интерфейсу.
• Требования к совместимости предполагаемой системы управления питанием и системы управления энергией.
• Применимые сертификация, испытания, документация и критерии приемки.

Проверка и коммерческие требования

• Обязательная техническая документация и проверка проекта.
• Приемочные испытания на заводе-изготовителе и проектная проверка, если применимо.
• Доказательства производительности и условия тестирования.
• Предположения относительно гарантии, ожидаемый срок службы и условия технической поддержки.
• Количество проектов, требования к прототипам, график производства и ожидания по поставке.

Предоставление этих сведений позволяет поставщикам оценить, подходит ли стандартная конфигурация аккумулятора или необходимо оценить индивидуальный комплект. Это также упрощает сравнение технических и коммерческих предложений на последовательной основе.

Заключение

Профиль нагрузки аккумулятора служит основой для преобразования спроса коммерческого объекта в практические требования к системам хранения энергии. Определите целевую задачу работы аккумулятора, рассчитайте мощность разряда для каждого интервала, суммируйте потребляемую энергию за период эксплуатации и оцените номинальную ёмкость с использованием чётко определённых предположений относительно уровня заряда (SOC), КПД и срока службы.

Затем проверьте результаты на соответствие возможностям зарядки, пределам напряжения и тока, рабочей температуре, системам защиты и интерфейсам системы. Такой подход помогает разработчикам коммерческих систем накопления энергии, интеграторам и закупочным командам оценивать конфигурации аккумуляторов на основе реальных требований проекта, а не только номинальной ёмкости.

Если вы оцениваете нестандартный аккумуляторный блок для коммерческого проекта по накоплению энергии, подготовьте профиль нагрузки и предварительные электрические требования до начала технического обсуждения с поставщиком. Четкие требования обеспечивают более надежную основу для оценки технической осуществимости, планирования интеграции и сравнения запросов предложений.

Вам нужен индивидуальный аккумуляторный блок для вашего коммерческого проекта накопления энергии?

Преобразуйте профиль нагрузки вашего сайта в практическую спецификацию аккумулятора. Поделитесь с ACE Battery требуемой мощностью разряда, необходимой энергией, графиком работы, диапазоном напряжений и требованиями к интеграции в систему.

Наша команда может помочь оценить целесообразность использования аккумуляторного блока и обсудить подходящие варианты его настройки с учетом технических требований вашего проекта.

Свяжитесь с ACE Battery, чтобы обсудить ваш проект