Introducción
Un ESS de autonomía ampliada incorpora una fuente de recarga que no es la conexión a red primaria. Esta configuración se diferencia de la simple integración del generador de respaldo porque el extensor de rango funciona según el estado de carga de la batería en lugar de la demanda de carga. El ESS de alcance extendido es particularmente útil en lugares donde la energía de la red está disponible pero no es confiable, o donde la generación renovable tiene una intermitencia diaria predecible. Injet HanCang ha diseñado y puesto en funcionamiento dieciséis unidades ESS de gama ampliada para clientes comerciales e industriales. Este artículo presenta pautas de configuración, resultados de pruebas y datos de rendimiento observados en estas instalaciones.
Configuración estándar para ESS de rango extendido
Un ESS ampliado de gama estándar incluye cinco componentes principales. El primer componente es un banco de baterías de iones de litio con un tamaño de entre cuatro y seis horas de carga promedio. El segundo componente es un generador diésel o de gas con un tamaño de entre un tercio y la mitad de la potencia nominal del inversor. El tercer componente es un inversor bidireccional que gestiona el flujo de energía entre la batería y la carga. El cuarto componente es un rectificador que convierte la salida de CA del generador en CC para cargar la batería. El quinto componente es un controlador con lógica basada en el estado de carga. Injet HanCang utiliza una arquitectura acoplada a CC para la mayoría de las instalaciones. En esta arquitectura, el generador se conecta al bus de CC a través del rectificador y el inversor conecta el bus de CC a la carga de CA. El acoplamiento de CC mejora la eficiencia al evitar la doble conversión. En un sistema de quinientos kilovatios con un extensor de alcance de doscientos kilovatios, el acoplamiento de CC mejoró la eficiencia general del sistema en cuatro puntos porcentuales en comparación con el acoplamiento de CA.
Metodología de dimensionamiento basada en análisis de carga
El dimensionamiento adecuado de un ESS de rango extendido requiere un análisis de carga detallado durante un mínimo de un año. Injet HanCang utiliza una metodología de siete pasos. El primer paso recopila datos de carga en intervalos de quince minutos. El segundo paso identifica el requerimiento energético diario promedio. El tercer paso identifica el requisito de potencia máxima. El cuarto paso calcula la capacidad requerida de la batería como la energía diaria promedio multiplicada por los días de autonomía deseados menos la contribución esperada del generador. El paso cinco dimensiona el generador como la carga promedio durante el evento de descarga más largo esperado. El paso seis selecciona la clasificación del inversor como la mayor entre la carga máxima o la clasificación del generador más la contribución de la batería. El paso siete valida el tamaño mediante la simulación de datos de carga históricos. Para un edificio comercial con una carga promedio de ciento cincuenta kilovatios y una carga máxima de cuatrocientos kilovatios, esta metodología produjo un tamaño de batería de seiscientos kilovatios hora y un tamaño de generador de ciento cincuenta kilovatios.
Resultados de la prueba de una aplicación de soporte de red
Un ESS de gama ampliada instalado en un edificio comercial de California se sometió a un programa de pruebas de seis meses. El edificio tenía una carga promedio de doscientos kilovatios y una carga máxima de cuatrocientos cincuenta kilovatios provenientes del aire acondicionado. La conexión a la red se limitó a trescientos kilovatios. El ESS de autonomía ampliada utilizó una batería de cuatrocientos kilovatios hora y un generador de ciento cincuenta kilovatios. El programa de pruebas midió tres categorías de rendimiento. La primera categoría fue la máxima eficacia del afeitado. El sistema limitó con éxito el consumo de la red a doscientos ochenta kilovatios durante todos los eventos pico, lo que representa una tasa de éxito del noventa y cinco por ciento. La segunda categoría fue el uso de generadores. El generador se puso en marcha en cuarenta y dos ocasiones, con un tiempo de funcionamiento medio de una hora y quince minutos. Las horas totales de funcionamiento del generador fueron cincuenta y tres horas durante seis meses. La tercera categoría fue el impacto en la vida útil de la batería. La batería completó ciento dos equivalentes de ciclo completo con una degradación de capacidad medida del uno punto uno por ciento.
Datos de reducción de cargos por demanda
Los cargos por demanda basados en el consumo de energía promedio más alto de quince minutos son un costo importante para los clientes comerciales. Un ESS de alcance extendido puede reducir estas cargas al proporcionar energía desde la batería durante los períodos pico. Sin embargo, si se producen varios picos en rápida sucesión, la batería puede agotarse. El extensor de alcance recarga la batería entre picos, lo que permite múltiples eventos de reducción de picos dentro del mismo intervalo de demanda. Injet HanCang analizó intervalos de demanda de quince minutos en un sitio de fabricación durante doce meses. El sitio tuvo un promedio de tres picos de demanda por día. Sin ampliación de autonomía, la batería sólo podría reducir el primer pico antes de agotarse por debajo del estado mínimo de carga. Con el extensor de alcance funcionando entre picos, el sistema redujo los tres picos en el noventa y uno por ciento de los días. El cargo promedio por demanda antes de la instalación era de siete mil doscientos dólares mensuales. Después de la instalación, el cargo promedio por demanda fue de dos mil ochocientos dólares mensuales, una reducción del sesenta y uno por ciento.
Capacidad de puenteo de cortes de red
El ESS de rango extendido proporciona energía puente durante cortes de red sin depender del tiempo de restauración de la red. La batería soporta el primer período de interrupción. Si los cortes se repiten antes de que regrese la energía de la red, el extensor de rango arranca y recarga la batería durante la breve parada en las ventanas. Injet HanCang probó este escenario utilizando un perfil de red simulado con diez cortes consecutivos de cinco minutos separados por una red de tres minutos en las ventanas. La prueba utilizó una batería de trescientos kilovatios hora y un generador de cien kilovatios. La carga durante la prueba fue constante de ciento cincuenta kilovatios. La batería proporcionó energía durante el primer corte, agotando del ochenta por ciento al sesenta por ciento del estado de carga. Durante la primera rejilla en la ventana, la rejilla recargó la batería al setenta y cinco por ciento. El segundo apagón agotó la batería al cincuenta y cinco por ciento. El generador se puso en marcha durante la segunda grilla en la ventana y recargó la batería al setenta por ciento. Este patrón continuó durante los diez apagones. La gama ampliada de ESS mantuvo el suministro de carga sin interrupción alguna. Una batería independiente de la misma capacidad se habría agotado después del cuarto corte.
Datos de consumo de combustible en diferentes perfiles de carga
El consumo de combustible de un ESS de autonomía extendida varía significativamente según el perfil de carga. Injet HanCang midió el consumo de combustible en tres perfiles de carga diferentes utilizando la misma plataforma de hardware. El primer perfil era una carga constante de cien kilovatios. El segundo perfil fue de carga variable con patrón diario de carga nocturna baja y carga diurna alta. El tercer perfil era una carga intermitente con picos aleatorios. Para el perfil de carga constante, el generador consumió dos coma ocho litros por hora de operación y funcionó durante tres horas por día, lo que resultó en un consumo diario de ocho coma cuatro litros. Para el perfil de carga variable, el generador consumió tres coma un litro por hora y funcionó durante dos horas por día, lo que resultó en un consumo diario de seis coma dos litros. Para el perfil de carga intermitente, el generador consumió tres punto cuatro litros por hora debido a ciclos de arranque y parada más frecuentes y funcionó durante una hora cinco horas por día, lo que resultó en un consumo diario de cinco punto uno litros. El perfil de carga constante tuvo el consumo absoluto más alto pero el consumo más bajo por kilovatio hora entregado.
Requisitos de instalación y consideraciones del sitio
La instalación de un ESS de alcance extendido requiere la consideración de varios factores específicos del sitio. El generador requiere ventilación por extracción al exterior. El tubo de escape debe estar clasificado para temperaturas de hasta quinientos grados Celsius y debe estar separado de materiales combustibles por al menos dieciocho pulgadas. El generador requiere un tanque de almacenamiento de combustible con contención secundaria. El tamaño del tanque debe permitir al menos setenta y dos horas de funcionamiento continuo del generador a plena carga. La batería requiere un espacio climatizado con una temperatura mantenida entre quince y treinta grados centígrados. El inversor y el controlador requieren un espacio libre de al menos tres pies en todos los lados para el acceso de mantenimiento. Injet HanCang proporciona una lista de verificación previa a la instalación que incluye la verificación de estos requisitos. Los sitios que no cumplen con algún requisito reciben un diseño modificado.
Conclusión
El ESS de rango extendido proporciona una solución configurable para sitios comerciales e industriales que requieren tanto reducción de picos como reducción de cortes. Las pautas de configuración de Injet HanCang especifican una batería con un tamaño de cuatro a seis horas de carga promedio y un generador con un tamaño de un tercio a la mitad de la potencia del inversor. Los resultados de las pruebas realizadas en un edificio comercial mostraron un noventa y cinco por ciento de éxito máximo en el afeitado y un uno punto uno por ciento de degradación de la batería en seis meses. Los datos de reducción del cargo por demanda mostraron una reducción del sesenta y uno por ciento después de la instalación. La prueba de puenteo de cortes de red demostró un funcionamiento exitoso durante diez cortes consecutivos de cinco minutos. Los datos de consumo de combustible mostraron que el perfil de carga intermitente tuvo el consumo diario más bajo con cinco punto un litros. Estos resultados confirman que el ESS de rango extendido es una opción madura para los usuarios comerciales.