Introdução
Um ESS de alcance estendido incorpora uma fonte de recarga que não é a conexão primária à rede. Esta configuração é diferente da integração simples do gerador de backup porque o extensor de alcance opera com base no estado de carga da bateria e não na demanda de carga. O ESS de alcance estendido é particularmente útil em locais onde a energia da rede está disponível, mas não é confiável, ou onde a geração renovável tem intermitência diária previsível. A Injet HanCang projetou e comissionou dezesseis unidades ESS estendidas para clientes comerciais e industriais. Este artigo apresenta diretrizes de configuração, resultados de testes e dados de desempenho observados dessas instalações.
Configuração padrão para ESS de alcance estendido
Um ESS estendido de faixa padrão inclui cinco componentes principais. O primeiro componente é um banco de baterias de íon de lítio dimensionado para quatro a seis horas de carga média. O segundo componente é um gerador a diesel ou a gás dimensionado entre um terço e metade da potência nominal do inversor. O terceiro componente é um inversor bidirecional que gerencia o fluxo de energia entre a bateria e a carga. O quarto componente é um retificador que converte a saída CA do gerador em CC para carregamento da bateria. O quinto componente é um controlador com lógica baseada no estado de carga. O Injet HanCang usa uma arquitetura acoplada DC para a maioria das instalações. Nesta arquitetura, o gerador se conecta ao barramento CC através do retificador, e o inversor conecta o barramento CC à carga CA. O acoplamento DC melhora a eficiência evitando a dupla conversão. Em um sistema de quinhentos quilowatts com um extensor de alcance de duzentos quilowatts, o acoplamento CC melhorou a eficiência geral do sistema em quatro pontos percentuais em comparação ao acoplamento CA.
Metodologia de Dimensionamento Baseada em Análise de Carga
O dimensionamento adequado de um ESS de faixa estendida requer uma análise detalhada da carga durante um período mínimo de um ano. O Injet HanCang usa uma metodologia de sete etapas. A primeira etapa coleta dados de carga em intervalos de quinze minutos. O segundo passo identifica a necessidade média diária de energia. A etapa três identifica o requisito de potência de pico. O quarto passo calcula a capacidade necessária da bateria como a energia média diária multiplicada pelos dias de autonomia desejados menos a contribuição esperada do gerador. A etapa cinco dimensiona o gerador como a carga média durante o evento de descarga esperado mais longo. A etapa seis seleciona a classificação do inversor como a maior entre carga de pico ou classificação do gerador mais a contribuição da bateria. A etapa sete valida o dimensionamento usando simulação de dados históricos de carga. Para um edifício comercial com carga média de cento e cinquenta quilowatts e carga de pico de quatrocentos quilowatts, esta metodologia produziu uma bateria de seiscentos quilowatts-hora e um gerador de cento e cinquenta quilowatts.
Resultados de teste de um aplicativo de suporte de grade
Um ESS de maior alcance instalado em um edifício comercial na Califórnia passou por um programa de testes de seis meses. O edifício tinha uma carga média de duzentos quilowatts e uma carga de pico de quatrocentos e cinquenta quilowatts de ar condicionado. A conexão à rede foi limitada a trezentos quilowatts. O ESS de alcance estendido usava uma bateria de quatrocentos quilowatts-hora e um gerador de cento e cinquenta quilowatts. O programa de teste mediu três categorias de desempenho. A primeira categoria foi a eficácia máxima do barbear. O sistema limitou com sucesso o consumo da rede a duzentos e oitenta quilowatts durante todos os eventos de pico, representando uma taxa de sucesso de noventa e cinco por cento. A segunda categoria foi o uso do gerador. O gerador deu partida em quarenta e duas ocasiões, com autonomia média de uma hora e quinze minutos. O total de horas de operação do gerador foi de cinquenta e três horas em seis meses. A terceira categoria foi o impacto na vida útil da bateria. A bateria completou cento e dois ciclos completos equivalentes com uma degradação de capacidade medida de um vírgula um por cento.
Dados de redução de cobrança de demanda
As tarifas de demanda baseadas no maior consumo médio de energia de quinze minutos são um custo importante para os clientes comerciais. Um ESS com alcance estendido pode reduzir essas cargas fornecendo energia da bateria durante períodos de pico. No entanto, se ocorrerem vários picos em rápida sucessão, a bateria poderá esgotar-se. O extensor de alcance recarrega a bateria entre picos, permitindo vários eventos de redução de pico dentro do mesmo intervalo de demanda. A Injet HanCang analisou intervalos de demanda de quinze minutos em uma fábrica durante doze meses. O local teve em média três picos de demanda por dia. Sem extensão de alcance, a bateria poderia reduzir apenas o primeiro pico antes de esgotar abaixo do estado mínimo de carga. Com o extensor de alcance operando entre os picos, o sistema reduziu todos os três picos em noventa e um por cento dos dias. A cobrança média de demanda antes da instalação era de sete mil e duzentos dólares por mês. Após a instalação, a cobrança média de demanda foi de dois mil e oitocentos dólares por mês, uma redução de sessenta e um por cento.
Capacidade de ponte de interrupção de rede
O ESS de alcance estendido fornece energia de ponte durante interrupções na rede sem depender do tempo de restauração da rede. A bateria lida com o primeiro período de interrupção. Se as interrupções ocorrerem antes do retorno da energia da rede, o extensor de alcance inicia e recarrega a bateria durante a breve rede elétrica no Windows. A Injet HanCang testou esse cenário usando um perfil de grade simulado com dez interrupções consecutivas de cinco minutos separadas por uma grade de três minutos nas janelas. O teste utilizou uma bateria de trezentos quilowatts-hora e um gerador de cem quilowatts. A carga durante o teste foi constante de cento e cinquenta quilowatts. A bateria forneceu energia durante a primeira interrupção, esgotando de oitenta por cento para sessenta por cento do estado de carga. Durante a primeira grade na janela, a grade recarregou a bateria para setenta e cinco por cento. A segunda interrupção esgotou a bateria para cinquenta e cinco por cento. O gerador deu partida durante a segunda grade da janela e recarregou a bateria até setenta por cento. Esse padrão continuou durante todas as dez interrupções. A faixa estendida do ESS manteve o fornecimento de carga sem qualquer interrupção. Uma bateria autônoma com a mesma capacidade teria se esgotado após a quarta interrupção.
Dados de consumo de combustível em diferentes perfis de carga
O consumo de combustível de um ESS com autonomia estendida varia significativamente com o perfil de carga. A Injet HanCang mediu o consumo de combustível em três perfis de carga diferentes usando a mesma plataforma de hardware. O primeiro perfil era de carga constante de cem quilowatts. O segundo perfil foi de carga variável com padrão diário de baixa carga noturna e alta carga diurna. O terceiro perfil era de carga intermitente com picos aleatórios. Para o perfil de carga constante, o gerador consumiu dois vírgula oito litros por hora de operação e operou três horas por dia, resultando em um consumo diário de oito vírgula quatro litros. Para o perfil de carga variável, o gerador consumiu três vírgula um litros por hora e funcionou duas horas por dia, resultando em um consumo diário de seis vírgula dois litros. Para o perfil de carga intermitente, o gerador consumiu três vírgula quatro litros por hora devido aos ciclos de partida e parada mais frequentes e operou durante um vírgula cinco horas por dia, resultando em um consumo diário de cinco vírgula um litro. O perfil de carga constante teve o maior consumo absoluto, mas o menor consumo por quilowatt-hora fornecido.
Requisitos de instalação e considerações do local
A instalação de um ESS de faixa estendida requer a consideração de vários fatores específicos do local. O gerador requer ventilação de exaustão para o exterior. O tubo de escape deve ser classificado para temperaturas de até quinhentos graus Celsius e deve estar separado de materiais combustíveis por pelo menos dezoito polegadas. O gerador requer um tanque de armazenamento de combustível com contenção secundária. O tamanho do tanque deve permitir pelo menos setenta e duas horas de operação contínua do gerador em plena carga. A bateria requer um espaço climatizado com temperatura mantida entre quinze e trinta graus Celsius. O inversor e o controlador requerem espaço livre de pelo menos um metro em todos os lados para acesso para manutenção. A Injet HanCang fornece uma lista de verificação de pré-instalação que inclui a verificação desses requisitos. Os sites que não atendem a algum requisito recebem um design modificado.
Conclusão
O ESS de alcance estendido fornece uma solução configurável para locais comerciais e industriais que exigem redução de picos e pontes de interrupções. As diretrizes de configuração da Injet HanCang especificam uma bateria dimensionada para quatro a seis horas de carga média e um gerador dimensionado para um terço a metade da classificação do inversor. Os resultados dos testes de um edifício comercial mostraram noventa e cinco por cento de sucesso no corte e um vírgula um por cento de degradação da bateria ao longo de seis meses. Os dados de redução de cobrança de demanda mostraram uma redução de 61% após a instalação. O teste de ponte de interrupção da rede demonstrou operação bem-sucedida durante dez interrupções consecutivas de cinco minutos. Os dados de consumo de combustível mostraram que o perfil de carga intermitente teve o menor consumo diário de cinco vírgula um litros. Estes resultados confirmam que o ESS com alcance estendido é uma opção madura para usuários comerciais.