1. Định nghĩa hiệu quả hệ thống trạm điện tích trữ năng lượng
Hiệu suất toàn diện của nhà máy điện
Theo GBT 36549-2018 "Các chỉ số vận hành và đánh giá của các nhà máy lưu trữ năng lượng điện hóa", hiệu suất toàn diện của các nhà máy lưu trữ năng lượng phải là tỷ lệ giữa điện lưới và điện ngoài lưới trong quá trình sản xuất và vận hành của trạm lưu trữ năng lượng trong giai đoạn đánh giá, tức là tổng lượng điện năng được truyền từ trạm lưu trữ năng lượng lên lưới bằng công tơ cổng giữa trạm lưu trữ năng lượng và lưới điện trong giai đoạn đánh giá/tổng lượng điện trạm lưu trữ năng lượng nhận được từ lưới điện.
Hiệu quả của các thiết bị lưu trữ năng lượng
Theo GB/T 51437-2021 "Tiêu chuẩn thiết kế cho các nhà máy điện kết hợp lưu trữ năng lượng gió, mặt trời và năng lượng":
Hiệu suất của các thiết bị lưu trữ năng lượng cần được tính toán dựa trên các yếu tố như hiệu suất của pin, hiệu suất của hệ thống chuyển đổi năng lượng, hiệu suất của đường dây điện và hiệu suất của máy biến áp theo công thức sau:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: Hiệu suất của pin, hiệu suất của pin lưu trữ năng lượng hoàn thành chu kỳ sạc và xả, là tỷ lệ giữa lượng điện do thân pin thải ra và lượng điện được sạc. Theo hiệu suất kỹ thuật của pin lưu trữ năng lượng, hiệu suất chuyển đổi phóng điện của pin không nhỏ hơn 92% (hai chiều) ở tốc độ 1C và không nhỏ hơn 94% (hai chiều) ở tốc độ 0.5C;
Φ 2: Hiệu suất của hệ thống chuyển đổi điện năng, bao gồm hiệu suất chỉnh lưu và hiệu suất biến tần; Theo tình hình sản xuất PCS trên thị trường, 98,5% (một chiều) thường được thực hiện;
Φ 3:Hiệu suất đường dây điện, có xét đến hiệu suất sau khi mất truyền tải hai chiều của cáp AC/DC;
Φ 4:Hiệu suất của máy biến áp, có tính đến hiệu suất sau khi xem xét tổn thất biến đổi hai chiều của máy biến áp.
2. Tổn thất hệ thống phụ trợ trong trạm điện tích trữ năng lượng
Nhìn chung thực hiện các chức năng nhất định, các nhà máy điện lưu trữ năng lượng dựa vào một số lượng lớn các thiết bị phụ trợ để đảm bảo hệ thống lưu trữ năng lượng hoạt động an toàn và ổn định trong quá trình vận hành, chẳng hạn như hệ thống điện tích hợp, hệ thống chiếu sáng, hệ thống an ninh, hệ thống báo cháy , hệ thống môi trường, hệ thống HVAC, hệ thống tự động hóa... Các hệ thống này đóng vai trò là hệ thống phụ trợ cho các nhà máy điện tích trữ năng lượng, đảm bảo vận hành tin cậy nên điện năng tiêu thụ của các thiết bị phụ trợ cũng chiếm tỷ trọng đáng kể trong tổng năng lượng tiêu thụ của nhà máy điện. nhà máy điện lưu trữ.
Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể đang hoạt động hoặc không hoạt động (trạng thái chờ). Đối với các nhà máy lưu trữ năng lượng tham gia cạo đỉnh và lấp thung lũng lưới điện, nếu chiến lược vận hành là hoàn thành một lần sạc và một lần xả mỗi ngày với tốc độ xả phí là 0,5C thì hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ hoạt động trong trạng thái phóng điện (2h) và không hoạt động trong thời gian còn lại. Về trạng thái hoạt động, trạng thái hoạt động của thiết bị phụ trợ của nó khác với trạng thái không hoạt động. Sự khác biệt chính là hệ thống HVAC được bật ở trạng thái hoạt động và không bật hoặc thỉnh thoảng bật ở trạng thái không hoạt động.
Thiết bị phụ trợ chính của hệ thống tích trữ năng lượng tiêu thụ điện năng trong khoang pin đúc sẵn, còn thiết bị tiêu thụ điện năng chính là điều hòa không khí công nghiệp. Điều hòa không khí công nghiệp, với vai trò là thiết bị quản lý nhiệt quan trọng cho các khoang đúc sẵn pin, là một thiết bị thiết yếu trong quá trình vận hành hệ thống lưu trữ năng lượng. Nó chủ yếu được sử dụng để duy trì nhiệt độ hoạt động của thiết bị lưu trữ năng lượng và đảm bảo hiệu suất tối ưu của các tế bào lưu trữ năng lượng. Mức tiêu thụ điện năng của thiết bị phụ trợ chủ yếu liên quan đến chiến lược vận hành, mùa vụ và các yếu tố khác. Điều hòa không khí của khoang đúc sẵn pin chủ yếu được bật hoàn toàn khi hệ thống lưu trữ năng lượng hoạt động. Khi không hoạt động, cửa thoát khí tuần hoàn bên trong thường được bật, không làm mát và mức tiêu thụ điện năng không cao. Vì vậy, chiến lược làm việc hàng ngày có tác động đáng kể đến mức tiêu thụ điện năng của điều hòa. Với một lần sạc và một lần xả mỗi ngày, máy điều hòa chạy được khoảng 2 giờ mỗi ngày. Với hai lần sạc và hai lần xả, máy điều hòa chạy được khoảng 4 giờ.
Các mùa khác nhau cũng có tác động đáng kể đến mức tiêu thụ điện năng của điều hòa. Khả năng làm mát của điều hòa còn liên quan đến nhiệt độ của môi trường ngoài trời. Khi nhiệt độ môi trường cao vào mùa hè, hiệu quả làm mát kém nên thời gian làm việc sẽ bị kéo dài. Vào mùa đông, mặc dù nhiệt độ môi trường thấp và hiệu quả làm mát tốt nhưng thời gian làm việc làm mát của hệ thống tích trữ năng lượng lại ngắn hơn các mùa khác. Tuy nhiên, khi bộ lưu trữ năng lượng không hoạt động, chức năng sưởi ấm vẫn cần được kích hoạt để đảm bảo nhiệt độ hoạt động của các cell pin lưu trữ năng lượng. Vì vậy, lượng điện năng tiêu thụ tương đối cao vào mùa đông và mùa hè.
3. Phân tích trường hợp
Tổng quan về hệ thống và tổn thất
Quy mô cấu hình của ngăn chứa pin lưu trữ năng lượng nhất định là 2MW/2MWh và thiết bị tiêu thụ điện năng chính bao gồm điều hòa không khí, hệ thống quản lý pin (BMS), quạt, đèn chiếu sáng, v.v. Chế độ hoạt động của hệ thống lưu trữ năng lượng là tham gia vào cạo đỉnh và lấp đầy thung lũng của lưới điện, và điều kiện hoạt động là sạc và xả 1C, với một chu kỳ. Cấu hình 2 dàn điều hòa, công suất làm lạnh tối đa 17,5kW cho mỗi dàn, tổng công suất 35kW cho 2 dàn. Công suất sưởi tối đa cho mỗi dàn là 15kW, tổng cộng là 30kW cho 2 dàn. Khi điều hòa hoạt động ở chế độ tuần hoàn bên trong, công suất tiêu thụ điện của một điều hòa là 2kW, tổng công suất tiêu thụ của hai điều hòa là 4kW. Các thiết bị điện khác bao gồm hệ thống quản lý pin (BMS), quạt (được lắp trong mỗi mô-đun pin), thiết bị chiếu sáng, v.v., có công suất cấp điện tối đa khoảng 5kW.
(1) Mất hệ thống phụ trợ
Theo kết quả kiểm tra tại chỗ, hãy thực hiện một chu kỳ sạc và xả hoàn chỉnh trong điều kiện vận hành 1C. Đối với kịch bản mùa hè, máy điều hòa không khí cần hoạt động ở chế độ làm mát trong khoảng 3 giờ, với mức tiêu thụ điện là 3 giờ x 35 kW=105 kWh. Thời gian còn lại ở chế độ chu trình nội bộ, với mức tiêu thụ điện năng là 21 giờ x 4 kW=84 kWh, tổng cộng là 189 kWh. Xét rằng các thiết bị điện khác sẽ không hoạt động hết công suất cùng lúc trong hầu hết thời gian, nếu hệ số đồng thời được coi là {{10}}.5 thì mức tiêu thụ điện năng hàng ngày của các thiết bị điện khác là khoảng 5kW × 24h × 0.5=60kWh.
Có thể thấy, theo kết quả thử nghiệm tại chỗ và mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện khác, trong kịch bản mùa hè, giả sử chế độ vận hành và điều kiện vận hành (tham gia cạo đỉnh lưới, sạc và xả 1C, và 1 sạc và chu kỳ xả), điện năng tiêu thụ hàng ngày của điều hòa không khí và các thiết bị điện khác trong ngăn chứa pin lưu trữ năng lượng là khoảng 249 kWh.
(2) Hiệu suất đường dây điện
Khi cáp DC và AC chạy qua dòng điện, chúng sẽ tạo ra tổn thất nhiệt. Hiệu suất một chiều của phía DC là khoảng 99,83%, hiệu suất một chiều của phía điện áp thấp của máy biến áp phía AC PCS là khoảng 99,95% và hiệu suất một chiều của phía AC điện áp cao là khoảng 99,89%. Xét đến tổn hao một chiều thì hiệu suất đường dây là 99,67%; Xét đến tổn thất hai chiều thì hiệu suất đường dây là 99,34%.
(3) Hiệu suất máy biến áp
Các máy biến áp loại khô thường được sử dụng trong dự án, theo GB/T 10228-2015 "Các thông số và yêu cầu kỹ thuật đối với máy biến áp loại khô", có các chỉ báo tổn thất sau đây đối với máy biến áp điều chỉnh điện áp không kích thích 35kV 2000kVA:
Tổn thất không tải: 4,23kW;
Tổn thất tải: 17,2kW (100 độ);
Khi vận hành công suất định mức, hiệu suất máy biến áp là (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93% nên hiệu suất hai chiều của máy biến áp là 98,93% × 98,93%{{9 }}.87%.
Thống kê hiệu quả
Khi tính toán hiệu suất của các nhà máy điện lưu trữ năng lượng, cần chú ý đến hướng của dòng năng lượng và lượng điện tiêu thụ của hệ thống phụ trợ phải được coi là tổn thất tải trong cả quá trình sạc và xả. Khi tính toán hiệu suất của hệ thống tích trữ năng lượng, cần kết hợp các định nghĩa tiêu chuẩn để xác định xem ứng dụng tính toán là hiệu suất hai chiều hay hiệu suất một chiều. Thống kê hiệu quả của các mô hình trên như sau:
| Con số | Thành phần hiệu quả | Hiệu quả hai chiều | Hiệu quả một chiều | Ghi chú |
| 1 | Hệ thống pin | 92% | 95.92% | Giả sử rằng hiệu suất sạc phù hợp với hiệu suất xả |
| 2 | Biến tần lưu trữ năng lượng | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | Hiệu suất đường dây điện | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | Tăng cường hiệu quả | 97.87% | 98.93% |
Phân tích hiệu quả
(1) Hiệu suất sạc của hệ thống tích trữ năng lượng (chỉ xét đến hiệu suất một chiều trong quá trình sạc)
Giả sử SOC của hệ thống pin nhất quán và độ sâu sạc và xả được coi là 90%, nếu hệ thống lưu trữ năng lượng 2MWh cần được sạc đầy trong 1 giờ thì năng lượng sạc ban đầu ở phía AC của nó phải là:
Công suất sạc ban đầu ở phía truyền thông{{0}}(công suất định mức của hệ thống x độ sâu sạc và xả) ÷ hiệu suất sạc của hệ thống ắc quy `hiệu suất chỉnh lưu của bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng `hiệu suất máy biến áp `đường dây điện hiệu suất+điện năng tiêu thụ của thiết bị phụ trợ (xem xét hoạt động đầy tải của hệ thống phụ trợ trong vòng 1 giờ sau khi sạc)=2000 × 0,9 ữ 95,92% 98,5% 98,93% ÷ 99,67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl,
Hiệu suất sạc phía AC của hệ thống lưu trữ năng lượng là (2000 × 0,9) 1972.12=91,27%.
(2) Hiệu suất xả của hệ thống tích trữ năng lượng (chỉ xét đến hiệu suất một chiều trong quá trình xả)
Năng lượng phóng điện ban đầu ở phía truyền thông{{0}}(công suất định mức của hệ thống x độ sâu sạc và xả) x hiệu suất sạc của hệ thống pin x hiệu suất biến tần của bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng x hiệu suất máy biến áp x đường dây điện hiệu suất - mức tiêu thụ điện năng của thiết bị phụ trợ (xem xét hoạt động đầy tải của hệ thống phụ trợ trong vòng 1 giờ sạc)=2000 × 0,9 × 95,92% × 98,5% × 98,93% × 99,67% - (35+5) × 1=1636.91kWh,
Hiệu suất xả phía AC của hệ thống lưu trữ năng lượng là 1636,91 ữ (2000 × 0,9)=90,94%.
(3) Hiệu suất thiết bị lưu trữ năng lượng (theo công thức trên nên sử dụng hiệu suất hai chiều)
Theo định nghĩa về hiệu suất của thiết bị lưu trữ năng lượng, hiệu suất của thiết bị lưu trữ năng lượng có thể được tính như sau:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) Hiệu suất toàn diện của nhà máy điện
Giả sử chu trình đánh giá là xả sạc đầy, tức là sạc trong 1 giờ và xả trong 1 giờ, không xét đến điều kiện chờ, hiệu suất toàn diện của trạm điện trong một chu kỳ=xả năng lượng trong một chu kỳ ÷ sạc số tiền trong một chu kỳ=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
Giả sử chu kỳ đánh giá là 1 ngày, mỗi ngày có 1 chu kỳ, tức là sạc 1 giờ, xả 1 giờ và chờ 22 giờ. Công suất xả ngày là 1 công suất xả, được tính bằng 1972,12 kWh ở văn bản trước. Ngoài công suất sạc 1 lần là 1972,12 kWh, công suất sạc hàng ngày còn cần tính đến tổn thất điện năng của hệ thống phụ trợ trong thời gian chờ. (Trong tính toán trước, mức tiêu thụ điện phụ trong ngăn chứa pin lưu trữ năng lượng là 249kWh/ngày. Tuy nhiên, trong quá trình tính toán công suất sạc và xả, mức tiêu thụ điện phụ trong vòng 2 giờ sau khi sạc và xả đã được coi là là 40kWh mỗi giờ. Phần này không thể được tính nhiều lần.)
Nhìn chung, hiệu suất toàn diện hàng ngày của các nhà máy điện lưu trữ năng lượng được tính như sau: năng lượng xả hàng ngày `phí sạc hàng ngày=1636,91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76,45%.