مقدمة
يشتمل نطاق ESS الممتد على مصدر إعادة شحن ليس اتصال الشبكة الأساسي. يختلف هذا التكوين عن تكامل المولد الاحتياطي البسيط لأن موسع النطاق يعمل بناءً على حالة شحن البطارية بدلاً من طلب التحميل. يعد نطاق ESS الممتد مفيدًا بشكل خاص في المواقع التي تتوفر فيها طاقة الشبكة ولكن لا يمكن الاعتماد عليها، أو حيث يكون التوليد المتجدد متقطعًا يوميًا يمكن التنبؤ به. قامت شركة Injet HanCang بتصميم وتشغيل ستة عشر وحدة من وحدات ESS الموسعة للعملاء التجاريين والصناعيين. تقدم هذه المقالة إرشادات التكوين ونتائج الاختبار وبيانات الأداء الملحوظة من هذه التثبيتات.
التكوين القياسي لنطاق ESS الممتد
يشتمل النطاق القياسي ESS على خمسة مكونات رئيسية. المكون الأول عبارة عن بطارية ليثيوم أيون بحجم يتراوح من أربع إلى ست ساعات من الحمل المتوسط. المكون الثاني هو مولد الديزل أو الغاز بحجم يتراوح من ثلث إلى نصف معدل طاقة العاكس. المكون الثالث هو عاكس ثنائي الاتجاه يدير تدفق الطاقة بين البطارية والحمل. المكون الرابع هو المقوم الذي يحول خرج التيار المتردد للمولد إلى تيار مستمر لشحن البطارية. المكون الخامس هو وحدة تحكم ذات منطق يعتمد على حالة الشحن. يستخدم Injet HanCang بنية مقترنة بالتيار المستمر لمعظم التركيبات. في هذه البنية، يتصل المولد بحافلة DC من خلال المقوم، ويقوم العاكس بتوصيل ناقل DC بحمل التيار المتردد. يعمل اقتران التيار المستمر على تحسين الكفاءة عن طريق تجنب التحويل المزدوج. في نظام بقدرة 500 كيلووات مع موسع نطاق 200 كيلووات، أدى اقتران التيار المستمر إلى تحسين الكفاءة الإجمالية للنظام بمقدار أربع نقاط مئوية مقارنة باقتران التيار المتردد.
منهجية التحجيم بناءً على تحليل الحمل
يتطلب تحديد الحجم المناسب لنطاق ESS الممتد تحليلًا تفصيليًا للحمل على مدار عام واحد على الأقل. يستخدم Injet HanCang منهجية من سبع خطوات. تقوم الخطوة الأولى بجمع بيانات التحميل على فترات زمنية مدتها خمس عشرة دقيقة. تحدد الخطوة الثانية متوسط متطلبات الطاقة اليومية. تحدد الخطوة الثالثة متطلبات الطاقة القصوى. تحسب الخطوة الرابعة سعة البطارية المطلوبة كمتوسط الطاقة اليومية مضروبًا في أيام الاستقلالية المرغوبة مطروحًا منها مساهمة المولد المتوقعة. الخطوة الخامسة: قياس حجم المولد كمتوسط الحمل أثناء أطول حدث تفريغ متوقع. تحدد الخطوة السادسة تصنيف العاكس باعتباره أكبر حمل الذروة أو تصنيف المولد بالإضافة إلى مساهمة البطارية. تتحقق الخطوة السابعة من صحة الحجم باستخدام محاكاة بيانات التحميل التاريخية. بالنسبة لمبنى تجاري بمتوسط حمل يبلغ مائة وخمسين كيلووات وذروة حمل تبلغ أربعمائة كيلووات، أنتجت هذه المنهجية بطارية بحجم ستمائة كيلووات في الساعة وحجم مولد يبلغ مائة وخمسين كيلووات.
نتائج الاختبار من تطبيق دعم الشبكة
خضعت مجموعة ESS الموسعة التي تم تركيبها في مبنى تجاري في كاليفورنيا لبرنامج اختبار مدته ستة أشهر. كان متوسط الحمل للمبنى مائتي كيلووات وحمل الذروة أربعمائة وخمسين كيلووات من تكييف الهواء. يقتصر الاتصال بالشبكة على ثلاثمائة كيلووات. يستخدم النطاق الموسع ESS بطارية تبلغ سعتها أربعمائة كيلووات في الساعة ومولدًا بقدرة مائة وخمسين كيلووات. قام برنامج الاختبار بقياس ثلاث فئات للأداء. كانت الفئة الأولى هي ذروة فعالية الحلاقة. نجح النظام في الحد من سحب الشبكة إلى مائتين وثمانين كيلووات خلال جميع أحداث الذروة، وهو ما يمثل معدل نجاح بنسبة خمسة وتسعين بالمائة. والفئة الثانية كانت استخدام المولدات. تم تشغيل المولد في اثنتين وأربعين مرة، بمتوسط وقت تشغيل قدره ساعة وخمس عشرة دقيقة. بلغ إجمالي ساعات تشغيل المولد ثلاث وخمسين ساعة على مدى ستة أشهر. والفئة الثالثة كانت تأثير دورة حياة البطارية. أكملت البطارية مائة واثنتين من دورة مكافئة كاملة مع تدهور في السعة المقاسة قدره واحد بالمائة.
بيانات تخفيض رسوم الطلب
تعد رسوم الطلب المستندة إلى أعلى متوسط سحب للطاقة لمدة خمسة عشر دقيقة بمثابة تكلفة كبيرة للعملاء التجاريين. يمكن لنطاق ESS الممتد تقليل هذه الشحنات من خلال توفير الطاقة من البطارية خلال فترات الذروة. ومع ذلك، إذا حدثت قمم متعددة في تتابع سريع، فقد تنفد البطارية. يقوم موسع النطاق بإعادة شحن البطارية بين فترات الذروة، مما يتيح عدة أحداث حلاقة في أوقات الذروة خلال نفس فترة الطلب. قام Injet HanCang بتحليل فترات الطلب لمدة خمس عشرة دقيقة في موقع التصنيع على مدار اثني عشر شهرًا. كان للموقع متوسط ثلاث قمم للطلب يوميًا. بدون تمديد النطاق، يمكن للبطارية أن تقطع الذروة الأولى فقط قبل أن تنفد إلى ما دون الحد الأدنى لحالة الشحن. مع تشغيل موسع النطاق بين القمم، قام النظام بقص القمم الثلاثة جميعها في واحد وتسعين بالمائة من الأيام. وكان متوسط رسوم الطلب قبل التركيب سبعة آلاف ومئتي دولار شهرياً. وبعد التثبيت، بلغ متوسط رسوم الطلب ألفين وثمانمائة دولار شهريًا، أي بانخفاض قدره واحد وستين بالمائة.
القدرة على سد انقطاع الشبكة
يوفر نطاق ESS الممتد طاقة التوصيل أثناء انقطاع الشبكة دون الاعتماد على وقت استعادة الشبكة. تتعامل البطارية مع فترة الانقطاع الأولى. في حالة تكرار الانقطاعات قبل عودة طاقة الشبكة، يبدأ موسع النطاق في العمل ويعيد شحن البطارية أثناء الشبكة الموجزة على النوافذ. قامت Injet HanCang باختبار هذا السيناريو باستخدام ملف تعريف الشبكة المحاكية مع عشر انقطاعات متتالية مدتها خمس دقائق مفصولة بشبكة مدتها ثلاث دقائق على النوافذ. استخدم في الاختبار بطارية بقوة ثلاثمائة كيلووات في الساعة ومولد بقدرة مائة كيلووات. كان الحمل أثناء الاختبار ثابتًا بمقدار مائة وخمسين كيلووات. قدمت البطارية الطاقة أثناء انقطاع التيار الأول، واستنزفت حالة الشحن من ثمانين بالمائة إلى ستين بالمائة. أثناء الشبكة الأولى على النافذة، قامت الشبكة بإعادة شحن البطارية إلى خمسة وسبعين بالمائة. أدى الانقطاع الثاني إلى استنفاد البطارية إلى خمسة وخمسين بالمائة. بدأ تشغيل المولد أثناء الشبكة الثانية على النافذة وأعاد شحن البطارية إلى سبعين بالمائة. استمر هذا النمط في جميع الانقطاعات العشرة. حافظ النطاق الممتد ESS على إمداد التحميل طوال الوقت دون أي انقطاع. كانت البطارية المستقلة بنفس السعة قد استنفدت بعد الانقطاع الرابع.
بيانات استهلاك الوقود عبر ملفات تعريف الحمل المختلفة
يختلف استهلاك الوقود لمجموعة ESS الممتدة بشكل كبير باختلاف ملف تعريف الحمولة. قام Injet HanCang بقياس استهلاك الوقود عبر ثلاثة ملفات تعريف حمل مختلفة باستخدام نفس النظام الأساسي للأجهزة. كان الملف الشخصي الأول عبارة عن حمل ثابت عند مائة كيلووات. كان الملف الثاني عبارة عن حمل متغير مع نمط يومي من الحمل الليلي المنخفض والحمل النهاري المرتفع. الملف الثالث كان عبارة عن تحميل متقطع مع طفرات عشوائية. بالنسبة لملف الحمل الثابت، استهلك المولد 2.8 لترًا لكل ساعة تشغيل، وتم تشغيله لمدة ثلاث ساعات يوميًا، مما أدى إلى استهلاك يومي قدره 8.4 لترًا. بالنسبة لملف الحمل المتغير، استهلك المولد ثلاثة فاصل واحد لتر في الساعة وتم تشغيله لمدة ساعتين يوميًا، مما أدى إلى استهلاك يومي قدره ستة فاصل اثنين لتر. بالنسبة لملف الحمل المتقطع، استهلك المولد ثلاثة فاصل أربعة لترات في الساعة بسبب دورات إيقاف التشغيل المتكررة، وتم تشغيله لمدة فاصلة خمس ساعات يوميًا، مما أدى إلى استهلاك يومي قدره خمسة فاصل واحد لتر. كان لملف الحمل الثابت أعلى استهلاك مطلق ولكن أقل استهلاك لكل كيلوواط ساعة يتم تسليمه.
متطلبات التثبيت واعتبارات الموقع
يتطلب تثبيت نطاق ESS ممتد مراعاة العديد من العوامل الخاصة بالموقع. يتطلب المولد تهوية العادم إلى الخارج. ويجب أن يتحمل ماسورة العادم درجات حرارة تصل إلى خمسمائة درجة مئوية ويجب فصله عن المواد القابلة للاحتراق بما لا يقل عن ثمانية عشر بوصة. يتطلب المولد خزانًا لتخزين الوقود مزودًا باحتواء ثانوي. يجب أن يوفر حجم الخزان ما لا يقل عن اثنتين وسبعين ساعة من التشغيل المستمر للمولد عند التحميل الكامل. تتطلب البطارية مساحة يمكن التحكم في مناخها مع الحفاظ على درجة الحرارة بين خمسة عشر وثلاثين درجة مئوية. يتطلب العاكس ووحدة التحكم خلوصًا لا يقل عن ثلاثة أقدام من جميع الجوانب للوصول إلى الصيانة. يوفر Injet HanCang قائمة مرجعية للتثبيت المسبق تتضمن التحقق من هذه المتطلبات. المواقع التي تفشل في تلبية أي متطلبات تتلقى تصميمًا معدلاً.
خاتمة
يوفر نطاق ESS الممتد حلاً قابلاً للتكوين للمواقع التجارية والصناعية التي تتطلب كلاً من الحلاقة القصوى وسد انقطاع التيار. تحدد إرشادات التكوين من Injet HanCang حجم بطارية لمدة أربع إلى ست ساعات من الحمل المتوسط ومولد بحجم ثلث إلى نصف تصنيف العاكس. أظهرت نتائج الاختبار من مبنى تجاري نجاحاً بنسبة 95% في ذروة الحلاقة وتدهور البطارية بنسبة 1.1% على مدار ستة أشهر. أظهرت بيانات خفض رسوم الطلب انخفاضًا بنسبة واحد وستين بالمائة بعد التثبيت. أظهر اختبار سد انقطاع الشبكة التشغيل الناجح من خلال عشر انقطاعات متتالية لمدة خمس دقائق. وأظهرت بيانات استهلاك الوقود أن ملف الحمل المتقطع حقق أقل استهلاك يومي عند خمسة فاصل واحد لتر. تؤكد هذه النتائج أن النطاق ESS الممتد يعد خيارًا ناضجًا للمستخدمين التجاريين.