工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)效率計(jì)算分析

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)峰谷套利、需求管理以及自發(fā)自用等多種商業(yè)模式，為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率直接影響到其經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率進(jìn)行精確計(jì)算和深入分析，對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高能源利用效率具有重要意義。

01

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)組成

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)部分組成：

直流側(cè)：主要包括電池系統(tǒng)及其管理系統(tǒng)(BMS)。電池系統(tǒng)是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)電能的儲(chǔ)存和釋放。BMS則負(fù)責(zé)監(jiān)控電池狀態(tài)、保護(hù)電池安全、優(yōu)化電池性能等。

交流側(cè)：包括交直流逆變系統(tǒng)(PCS)和變壓器(如果接入高壓電網(wǎng))。PCS負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電或反之實(shí)現(xiàn)電能的雙向流動(dòng)。變壓器則用于匹配電網(wǎng)電壓和儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓。

調(diào)度管理系統(tǒng)：能量管理系統(tǒng)(EMS)負(fù)責(zé)監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、優(yōu)化充放電策略、實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動(dòng)等。

輔助系統(tǒng)：包括空調(diào)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)等，用于保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖

02

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)效率影響因素

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率受多種因素影響，主要包括以下幾個(gè)方面：

電池效率：電池本身的充放電效率是影響儲(chǔ)能系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。不同種類(lèi)的電池(如鋰離子電池、鉛酸電池等)具有不同的充放電效率。此外，電池的老化、溫度、充放電倍率等因素也會(huì)影響電池效率。

電力轉(zhuǎn)換效率：PCS在電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的損失，其效率直接影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率;隨著技術(shù)的發(fā)展，PCS的效率不斷提高，但仍存在提升空間。

電氣連接和線路損失：電流通過(guò)電纜和開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生電阻損失，這部分損失雖然相對(duì)較小，但在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中也不容忽視。

輔助設(shè)備能耗：空調(diào)、冷卻系統(tǒng)、照明等輔助設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)消耗電能，從而降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率。特別是在高溫環(huán)境下，空調(diào)系統(tǒng)的能耗會(huì)顯著增加。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制策略：合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的控制策略可以最大限度地減少能量損失，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率。例如，通過(guò)精確預(yù)測(cè)電價(jià)和負(fù)荷變化，優(yōu)化充放電策略;通過(guò)合理的散熱設(shè)計(jì)，降低電池溫度，提高電池效率等。

03

儲(chǔ)能系統(tǒng)效率定義

綜合效率

根據(jù)GBT 36549-2018《電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行指標(biāo)及評(píng)價(jià)》，儲(chǔ)能電站的綜合效率定義為評(píng)價(jià)周期內(nèi)，儲(chǔ)能電站生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中上網(wǎng)電量與下網(wǎng)電量的比值，即：綜合效率=評(píng)價(jià)周期內(nèi)儲(chǔ)能電站向電網(wǎng)輸送的電量總和÷儲(chǔ)能電站從電網(wǎng)接受的電量總和。

充電效率

交流側(cè)初始充電量=(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)÷電池系統(tǒng)充電效率÷儲(chǔ)能變流器整流效率÷電力線路效率÷變壓器效率+輔助設(shè)備功耗。充電效率=(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)÷交流側(cè)初始充電量。

放電效率

交流側(cè)初始放電量=(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)×電池系統(tǒng)充電效率×儲(chǔ)能變流器逆變效率×電力線路效率×變壓器效率-輔助設(shè)備功耗。放電效率=交流側(cè)初始放電量÷(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)。

04

效率計(jì)算分析

電池效率

電池效率是儲(chǔ)能系統(tǒng)中最關(guān)鍵的因素之一。根據(jù)《GB/T 36276-2018 電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》中電池簇性能要求可知，電池簇在(25±5)℃及額定功率條件下初始能量效率不應(yīng)小于92%，而根據(jù)最新《GB/T 36276-2023 電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》中電池簇性能要求可知，電池簇在(25±5)℃及額定功率條件下初始能量效率不應(yīng)小于95%;考慮上述效率要求為初始效率，綜合儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行以及市場(chǎng)產(chǎn)品發(fā)展情況，暫按電池系統(tǒng)效率為93%(雙向)。功率變換系統(tǒng)效率

功率變換系統(tǒng)效率包括整流效率和逆變效率。根據(jù)市場(chǎng)PCS生產(chǎn)情況，一般取98.5%(單向)。

電力線路效率

電力線路在傳輸電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量損失。因工商業(yè)儲(chǔ)能一體柜集成度較高，直流側(cè)線路損耗可忽略不計(jì)，PCS交流側(cè)-變壓器交流側(cè)因考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不同，損耗也有所不同，具體以實(shí)際損耗計(jì)算;本次暫按單向效率約為99%，考慮雙向損失，電力線路效率約為98.01%。

變壓器效率

目前工商業(yè)儲(chǔ)能一體柜主要應(yīng)用低壓接入方案，一體柜PCS出線接入廠區(qū)已有變壓器低壓母線，暫不考慮獨(dú)立高壓變壓器損耗效率。

輔助系統(tǒng)耗電

儲(chǔ)能電站在運(yùn)行時(shí)需要一定的輔助設(shè)備，如安防系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。這些設(shè)備的耗電量占儲(chǔ)能電站總能耗的較大比重。特別是在特定環(huán)境下，由于環(huán)境溫度的變化，空調(diào)系統(tǒng)的耗電量也會(huì)相應(yīng)增加。

05

實(shí)例分析

以某工商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目為例，其配置規(guī)模為1MW/2MWh，放電深度按90%設(shè)計(jì)，主要耗電設(shè)備包括安防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。儲(chǔ)能系統(tǒng)利用電價(jià)差實(shí)現(xiàn)峰谷套利，兩充兩放循環(huán)，0.5C充放電，滿功率兩小時(shí)充放完成;單系統(tǒng)輔助耗電量平均運(yùn)行功率約1.5kW/h。

儲(chǔ)能系統(tǒng)充電效率交流側(cè)初始充電量=(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)÷電池系統(tǒng)充電效率÷儲(chǔ)能變流器整流效率÷交流線路效率+輔助設(shè)備功耗(充電2小時(shí)過(guò)程內(nèi)輔助系統(tǒng)功耗)

=2000×0.9÷96.44%÷98.5%÷99%+(1.5×10)×2=1944.01kWh。

儲(chǔ)能系統(tǒng)交流側(cè)充電效率=(2000×0.9)÷1944.01=92.59%。

儲(chǔ)能系統(tǒng)放電效率(考慮單次放電)交流側(cè)初始放電量=(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)×電池系統(tǒng)充電效率×儲(chǔ)能變流器整流效率×交流線路效率-輔助設(shè)備功耗(充電2小時(shí)過(guò)程內(nèi)輔助系統(tǒng)功耗

=2000×0.9×96.44%×98.5%×99%- (1.5×10) × 2=1662.78kWh。

儲(chǔ)能系統(tǒng)交流側(cè)充電效率=1662.78÷(2000×0.9)=92.38%。

綜合效率計(jì)算

在評(píng)價(jià)周期為1天，每天循環(huán)2次(充電4h，放電4h，不考慮待機(jī))的情況下;儲(chǔ)能電站的日綜合效率計(jì)算如下：

日綜合效率=日放電量日充電量

={2×(2000×0.9×96.44%×98.5%×99%-(1.5×10)×2)}÷

{2×(2000*0.9÷96.44%÷98.5%÷99%+(1.5×10)×2)}=85.53%。

實(shí)際應(yīng)用中不同應(yīng)用場(chǎng)景及工作模式下評(píng)價(jià)周期內(nèi)數(shù)據(jù)會(huì)存在部分偏差，在項(xiàng)目測(cè)算中需考慮不同工作環(huán)境狀態(tài)以及儲(chǔ)能裝置情況進(jìn)行合理分析。

06

儲(chǔ)能系統(tǒng)效率提升策略

優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過(guò)優(yōu)化電池系統(tǒng)的充放電策略，減小電池的自放電損失;優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選擇高效的儲(chǔ)能設(shè)備和控制策略等措施，可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率。

引入智能化技術(shù)：引入智能化技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)度管理，通過(guò)精確控制儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和功率輸出，提高能量利用效率。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的智能集成，提高效率和穩(wěn)定性。

定期維護(hù)和檢查：由于系統(tǒng)老化、環(huán)境條件變化(如溫度)、設(shè)備故障等因素，為了提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，需要定期進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和檢查，確保設(shè)備運(yùn)行正常。

07

總結(jié)

綜上所述，工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜但重要的過(guò)程，它涉及多個(gè)因素和環(huán)節(jié)。通過(guò)了解系統(tǒng)效率計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率并降低運(yùn)行成本。

原文鏈接：https://www.growatt.com/media/news/516

審核編輯 黃宇