1. 에너지저장 발전소 시스템의 효율성 정의
발전소의 종합적인 효율성
GBT 36549-2018 "전기화학 에너지 저장 발전소의 운영 지표 및 평가"에 따르면, 에너지 저장 발전소의 종합적인 효율성은 발전소의 생산 및 운영 과정에서 그리드 내 전력과 오프 그리드 전력의 비율이어야 합니다. 평가 기간 동안 에너지 저장 발전소, 즉 평가 기간 동안 에너지 저장 발전소와 그리드 사이의 게이트웨이 미터를 통해 에너지 저장 발전소에서 그리드로 전송되는 총 전력량/총 전력량 에너지 저장 발전소가 그리드로부터 수신합니다.
에너지 저장 장치의 효율성
GB/T 51437-2021 "풍력, 태양광 및 에너지 저장 결합 발전소에 대한 설계 표준"에 따르면:
에너지 저장 장치의 효율은 배터리 효율, 전력 변환 시스템 효율, 전력선 효율, 변압기 효율 등의 요소를 기반으로 다음 공식을 사용하여 계산해야 합니다.
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: 배터리 효율, 에너지 저장 배터리의 충전 및 방전 주기를 완료하는 효율로, 충전된 전기량에 대해 배터리 본체에서 방전되는 전기량의 비율입니다. 에너지 저장 배터리의 기술적 성능에 따르면, 배터리의 전하 방전 변환 효율은 1C 속도에서 92%(양방향) 이상, 0.5C 속도에서 94%(양방향) 이상입니다.
Φ 2: 정류효율, 인버터효율 등 전력변환시스템의 효율 시장 PCS 생산 상황에 따르면 일반적으로 98.5%(단방향)가 사용됩니다.
Φ 3:AC/DC 케이블의 양방향 전송 손실 후 효율성을 고려한 전력선 효율성
Φ 4:변압기 효율은 변압기의 양방향 변환 손실을 고려한 후 효율을 고려한 것입니다.
2. 에너지 저장 발전소의 보조 시스템 손실
전체적으로 특정 기능을 구현하는 에너지 저장 발전소는 통합 전력 시스템, 조명 시스템, 보안 시스템, 화재 경보 시스템과 같이 작동 중 에너지 저장 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 보장하기 위해 수많은 보조 장비에 의존합니다. , 환경 시스템, HVAC 시스템, 자동화 시스템 등 이러한 시스템은 에너지 저장 발전소의 보조 시스템 역할을 하여 안정적인 작동을 보장하므로 보조 장비의 전력 소비도 전체 에너지 소비의 상당 부분을 차지합니다. 저장 발전소.
에너지 저장 시스템은 작동 중이거나 작동하지 않을 수 있습니다(대기 상태). 그리드 피크 셰이빙 및 밸리 필링에 참여하는 에너지 저장 발전소의 경우, 운영 전략이 0.5C의 충전 방전율로 하루 1회 충전 및 1회 방전을 완료하는 것이라면 에너지 저장 시스템이 작동됩니다. 충전 방전 상태(2h) 동안에는 작동하지 않고 나머지 시간에는 작동하지 않습니다. 작동 상태에 있어서 보조 장비의 작동 상태는 작동하지 않는 상태와 다릅니다. 가장 큰 차이점은 HVAC 시스템이 작동 상태에서는 켜지고 비작동 상태에서는 켜지지 않거나 가끔 켜진다는 점입니다.
에너지저장시스템의 주요 보조장비는 배터리 조립식 구획에서 전력을 소비하며, 주요 전력소비 장비는 산업용 에어컨이다. 배터리 조립식 구획의 주요 열 관리 장비인 산업용 에어컨은 에너지 저장 시스템 작동 중에 필수적인 장치입니다. 주로 에너지 저장 장비의 작동 온도를 유지하고 에너지 저장 셀의 최적 성능을 보장하는 데 사용됩니다. 보조 장비의 전력 소비는 주로 운영 전략, 계절 및 기타 요소와 관련이 있습니다. 배터리 조립식 구획의 에어컨은 주로 에너지 저장 시스템이 작동 중일 때 완전히 켜집니다. 작동하지 않을 때는 일반적으로 내부 순환 공기 배출구가 켜져 있고 냉각되지 않으며 전력 소비가 높지 않습니다. 따라서 일상적인 작업 전략은 에어컨의 전력 소비에 큰 영향을 미칩니다. 하루 1회 충전, 1회 방전으로 하루 2시간 정도 에어컨을 가동할 수 있습니다. 2번의 충전과 2번의 방전으로 에어컨은 약 4시간 정도 작동됩니다.
계절의 변화도 에어컨의 전력 소비에 큰 영향을 미칩니다. 에어컨의 냉각 능력은 실외 환경의 온도와도 관련이 있습니다. 여름에 주변 온도가 높으면 냉각 효과가 떨어지므로 작업 시간이 연장됩니다. 겨울철에는 주변온도가 낮아 냉방효과는 좋지만, 에너지저장장치의 냉방 작동시간은 다른 계절에 비해 짧다. 그러나 에너지 저장 장치가 작동하지 않는 경우에도 에너지 저장 배터리 셀의 작동 온도를 보장하기 위해 가열 기능을 활성화해야 합니다. 따라서 겨울과 여름에는 전력 소비가 상대적으로 높습니다.
3. 사례 분석
시스템 개요 및 손실
특정 에너지 저장 배터리실의 구성 규모는 2MW/2MWh이며, 주요 전력 소비 장비에는 에어컨, 배터리 관리 시스템(BMS), 팬, 조명 등이 포함됩니다. 에너지 저장 시스템의 작동 모드는 전력망의 피크 쉐이빙 및 밸리 충전, 작동 조건은 1주기로 1C 충전 및 방전입니다. 각 장치당 최대 냉각 전력이 17.5kW, 2개 장치에 대해 총 35kW인 에어컨 장치 2개를 구성합니다. 각 장치의 최대 가열 전력은 15kW이며 2개 장치의 경우 총 30kW입니다. 에어컨이 내부 순환 모드로 작동할 경우, 에어컨 1대의 소비전력은 2kW이고, 에어컨 2대의 총 소비전력은 4kW입니다. 기타 전기 장치로는 배터리 관리 시스템(BMS), 팬(각 배터리 모듈에 설치됨), 조명기구 등이 있으며 최대 전원 공급 용량은 약 5kW입니다.
(1) 보조시스템의 상실
현장 테스트 결과에 따라 1C 작동 조건에서 완전한 충전 및 방전 주기를 1회 수행하십시오. 여름 시나리오의 경우 에어컨은 3시간 x 35kW=105kWh의 전력 소비로 약 3시간 동안 냉각 모드로 작동해야 합니다. 나머지 시간은 내부 사이클 모드로, 전력 소비량은 21시간 x 4kW=84kWh, 총 189kWh입니다. 대부분의 시간 동안 다른 전기 장비가 동시에 최대 전력으로 작동하지 않는다는 점을 고려하여 동시 인수를 {{10}}.5로 간주하면 다른 전기 장비의 일일 전력 소비량은 다음과 같습니다. 약 5kW × 24시간 × 0.5=60kWh.
현장 테스트 결과와 기타 전기 장비의 전력 소비에 따르면 여름 시나리오에서 작동 모드 및 작동 조건(그리드 피크 셰이빙, 1C 충방전 참여, 1회 충전 및 방전 참여)을 가정할 때 알 수 있습니다. 방전 주기), 에너지 저장 배터리실에 있는 에어컨 및 기타 전기 장비의 일일 전력 소비량은 약 249kWh입니다.
(2) 전력선 효율
DC 및 AC 케이블에 전류가 흐르면 열 손실이 발생합니다. DC 측의 단방향 효율은 약 99.83%, PCS AC 측 변압기 저전압 측의 단방향 효율은 약 99.95%, 고전압 AC 측의 단방향 효율은 약 99.89%입니다. 단방향 손실을 고려하면 전력선 효율은 99.67%이다. 양방향 손실을 고려하면 전력선 효율은 99.34%이다.
(3) 변압기 효율
GB/T 10228-2015 "건식 전력 변압기에 대한 기술 매개변수 및 요구 사항"에 따르면 프로젝트에서 일반적으로 사용되는 건식 변압기는 35kV 2000kVA 비여자 전압 조정 전력 변압기에 대해 다음과 같은 손실 표시기를 갖습니다.
부하 손실 없음: 4.23kW;
부하 손실: 17.2kW(100도);
정격 전력 동작시 변압기 효율은 (2000-4.23-17.2) ¼ 2000=98.93%이므로 변압기의 양방향 효율은 98.93% × 98.93%{{9 }}.87%.
효율성 통계
에너지 저장 발전소의 효율을 계산할 때 에너지 흐름 방향에 주의해야 하며, 보조 시스템의 전력 소비는 충전 및 방전 과정 모두에서 부하 손실로 간주되어야 합니다. 에너지 저장 시스템의 효율을 계산할 때, 계산 적용이 양방향 효율인지 단방향 효율인지를 결정하기 위해 표준 정의를 결합할 필요가 있습니다. 위 모델의 효율성 통계는 다음과 같습니다.
| 숫자 | 효율성 구성 | 양방향 효율성 | 단방향 효율성 | 메모 |
| 1 | 배터리 시스템 | 92% | 95.92% | 충전 효율과 방전 효율이 일치한다고 가정 |
| 2 | 에너지 저장 인버터 | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | 전력선 효율 | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | 효율성 향상 | 97.87% | 98.93% |
효율성 분석
(1) 에너지저장장치의 충전효율(충전과정에서 단방향 효율만 고려)
배터리 시스템의 SOC가 일정하고 충전 및 방전 깊이가 90%로 간주된다고 가정할 때, 2MWh 에너지 저장 시스템이 1시간 내에 완전히 충전되어야 하는 경우 AC 측의 초기 충전 에너지는 다음과 같아야 합니다.
통신측 초기 충전 용량{{0}}(시스템의 정격 용량 x 충방전 심도) ¼ 배터리 시스템의 충전 효율 ¼ 에너지 저장 컨버터의 정류 효율 ¼ 변압기 효율 ¼ 전력선 효율+보조기기 소비전력 (충전 후 1시간 이내 보조시스템 풀부하 동작 고려)=2000 × 0.9 ¼ 95.92% ¼ 98.5% ¼ 98.93% ¼ 99.67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl,
에너지 저장 시스템의 AC 측 충전 효율은 (2000 × 0.9) ¼ 1972.12=91.27%입니다.
(2) 에너지저장장치의 방전효율(방전과정 중 단방향 효율만 고려)
통신측 초기 방전 에너지{{0}}(시스템의 정격 용량 x 충방전 심도) x 배터리 시스템의 충전 효율 x 에너지 저장 컨버터의 인버터 효율 x 변압기 효율 x 전력선 효율 - 보조기기의 소비전력 (충전 후 1시간 이내 보조시스템의 풀부하 동작 고려)=2000 × 0.9 × 95.92% × 98.5% × 98.93% × 99.67% - (35+5) × 1=1636.91kWh,
에너지 저장 시스템의 AC 측 방전 효율은 1636.91 ¼ (2000 × 0.9)=90.94%입니다.
(3) 에너지저장장치 효율(위 식에 따르면 양방향 효율을 활용해야 함)
에너지 저장 장치 효율의 정의에 따르면, 에너지 저장 장치의 효율은 다음과 같이 구할 수 있습니다.
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) 발전소의 종합적인 효율성
평가 주기를 완전 충전 방전, 즉 1시간 충전하고 1시간 방전한다고 가정할 때, 대기 조건을 고려하지 않고 한 주기에 발전소의 종합 효율=한 주기에 에너지를 방전하는 것 ¼ 충전 한 주기의 금액=1636.91 ¼ 1972.12=83.00%.
평가 주기를 1일로 가정하고 하루 1주기, 즉 1시간 충전, 1시간 방전, 22시간 대기로 가정합니다. 일일 방전용량은 1방전용량으로, 앞선 글에서는 1972.12kWh로 계산된다. 1972.12kWh의 1회 충전 용량 외에 일일 충전 용량은 대기 시간 동안 보조 시스템의 전력 손실도 고려해야 합니다. (기존 계산에서는 에너지저장 배터리실의 보조전력 소모량이 하루 249kWh였으나, 충방전 전력을 계산하는 과정에서 이미 충방전 후 2시간 이내의 보조 전력 소모량을 고려하여 계산하였습니다. 시간당 40kWh가 됩니다. 이 부분은 반복해서 계산할 수 없습니다.)
전체적으로 에너지 저장 발전소의 일일 종합 효율은 일일 방전 에너지 ¼ 일일 충전량=1636.91 ¼ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%로 계산됩니다.