Введение
Система накопления энергии с увеличенным радиусом действия сочетает в себе основную батарею и вторичный источник питания, который подзаряжает батарею во время работы. Эта конфигурация отличается от обычного хранилища, поскольку вторичный источник не обеспечивает нагрузку напрямую. Вместо этого он активируется только тогда, когда уровень заряда аккумулятора достигает нижнего порога. Injet HanCang внедрила несколько систем хранения энергии с расширенным диапазоном действия в промышленных и отдаленных районах. Полевые данные этих установок предоставляют измеримые доказательства улучшения производительности. В этой статье представлены архитектура, методы определения размера компонентов и эксплуатационные результаты реальных развертываний.
Определение и основная архитектура
Система накопления энергии с увеличенным радиусом действия состоит из трех основных элементов. Первый элемент представляет собой аккумуляторную батарею, обычно литий-железо-фосфатную. Второй элемент — вспомогательная силовая установка, обычно дизельный или газовый генератор. Третий элемент — это контроллер, который контролирует состояние заряда аккумулятора и подает команду вспомогательному блоку на запуск или остановку. Вспомогательный блок подключается к системе через выпрямитель, который преобразует выходной переменный ток в постоянный для зарядки аккумулятора. Нагрузка всегда получает мощность от аккумулятора и инвертора, а не напрямую от генератора. Такое расположение позволяет генератору работать с фиксированной оптимальной мощностью независимо от изменений нагрузки.
Рекомендации по выбору компонентов
Правильный расчет системы хранения энергии с расширенным диапазоном действия требует анализа ожидаемого профиля нагрузки. Батарейный блок должен быть рассчитан на среднюю нагрузку в течение заданного периода времени без поддержки генератора. Injet HanCang использует базовый четырехчасовой график для большинства коммерческих приложений. Генератор рассчитан на среднюю, а не пиковую нагрузку. Например, объект со средней нагрузкой в сто киловатт и пиковой нагрузкой в триста киловатт получит генератор мощностью от ста до ста двадцати киловатт. Такое соотношение размеров позволяет генератору работать в диапазоне от семидесяти до девяноста процентов его номинальной мощности во время работы, что является его наиболее эффективным диапазоном. Емкость аккумулятора в киловатт-часах затем рассчитывается как средняя нагрузка, умноженная на желаемые часы автономной работы за вычетом ожидаемого вклада генератора.
Данные о производительности полевых установок
Система хранения энергии с расширенным радиусом действия, установленная на телекоммуникационном объекте в Северной Канаде, предоставила оперативные данные за двенадцать месяцев. Средняя нагрузка на объекте составляла восемьдесят пять киловатт, и дважды в неделю наблюдались отключения электроэнергии продолжительностью от четырех до шести часов. Емкость аккумуляторной батареи составляла пятьсот киловатт-часов. Вспомогательный генератор имел мощность в сто киловатт. За двенадцатимесячный период генератор запускался сто четыре раза. Средняя продолжительность пробега составила два часа двадцать минут. Уровень заряда батареи оставался между тридцатью и семьюдесятью процентами в течение девяноста трех процентов часов работы. Снижение емкости батареи составило два целых один процент по сравнению с прогнозируемыми пятью целыми пятью процентами для нерасширенной системы в аналогичных условиях езды на велосипеде. Общий расход топлива составил три тысячи двести литров, что представляет собой снижение на шестьдесят процентов по сравнению с решением, использующим только генератор.
Экономический анализ, основанный на реальных затратах
Нормализованная стоимость хранения для системы хранения энергии с увеличенным запасом хода зависит от соотношения циклов аккумуляторной батареи и часов работы генератора. Компания Injet HanCang разработала экономическую модель, используя цены на компоненты с 2025 года. Для системы с ежедневной продолжительностью разряда шесть часов приведенная стоимость поставленного киловатт-часа составила сто пятнадцать долларов. Автономная аккумуляторная система при том же профиле нагрузки обойдется в сто пятьдесят пять долларов. Разница обусловлена двумя факторами. Во-первых, в системе с увеличенным запасом хода используется аккумуляторная батарея меньшего размера, поскольку генератор обеспечивает подзарядку во время длительных разрядок. Во-вторых, батарея испытывает меньшую глубину разряда за цикл, что продлевает срок ее службы с семи до одиннадцати лет. Генератор добавляет затраты на обслуживание примерно в восемьсот долларов в год, которые включены в модель.
Примеры применения для разных отраслей
Системы хранения энергии с расширенным диапазоном подходят для трех основных категорий приложений. Первая категория — это удаленные объекты телекоммуникаций и мониторинга, где электроэнергия недоступна или ненадежна. На этих объектах обычно наблюдаются постоянные низкие нагрузки и периодические высокие нагрузки от отопительного или охлаждающего оборудования. Конструкция с расширенным диапазоном действия предотвращает разрядку аккумулятора во время многодневной облачности, когда также установлены фотоэлектрические солнечные батареи. Вторая категория — это станции быстрой зарядки электромобилей в районах с ограниченной пропускной способностью сети. Аккумулятор удовлетворяет пиковую потребность в зарядке, а генератор заряжает аккумулятор между транспортными средствами. Третья категория — это сокращение промышленных пиков, когда плата за потребление высока, но мощность подключения к сети ограничена. Компания Injet HanCang развернула системы всех трех категорий, задокументированное время безотказной работы которых превысило девяносто девять процентов.
Требования и графики технического обслуживания
Система накопления энергии с увеличенным запасом хода требует обслуживания как аккумулятора, так и генератора. Батарея требует ежегодного тестирования емкости и пассивной балансировки напряжений ячеек. Injet HanCang рекомендует заменять батарею, когда ее емкость падает ниже восьмидесяти процентов номинальной мощности, указанной на паспортной табличке. Генератор требует замены масла каждые пятьсот часов работы, замены воздушного фильтра каждые двести часов в пыльных условиях и ежегодной замены топливного фильтра. Программное обеспечение контроллера должно обновляться каждые восемнадцать месяцев, чтобы включать улучшенные алгоритмы определения состояния заряда. Общая годовая стоимость обслуживания системы мощностью двести киловатт составляет примерно две тысячи долларов, согласно данным двенадцати установок Injet HanCang.
Ограничения и ограничения проектирования
Системы хранения энергии с расширенным диапазоном подходят не для каждого применения. Генератор усложняет работу и требует хранения топлива, что может быть запрещено в некоторых юрисдикциях. Во время работы генератора система производит выхлопные газы и шум, что ограничивает возможности установки внутри помещения. Время реакции генератора от команды запуска до выхода на полную мощность обычно составляет от десяти до тридцати секунд. Приложениям, которым требуется мгновенное резервное питание в первые секунды после отключения, необходим дополнительный источник бесперебойного питания или аккумуляторный буфер большей емкости. Injet HanCang рекомендует минимальный буфер батареи составлять пятнадцать минут при полной нагрузке для запуска и стабилизации генератора.
Заключение
Система хранения энергии с увеличенным радиусом действия обеспечивает практическое решение для приложений, требующих продолжительности разряда, превышающей экономический предел автономных батарей. Полевые данные установок Injet HanCang показывают снижение расхода топлива на шестьдесят процентов по сравнению с системами, использующими только генератор, и снижение приведенных затрат на сорок процентов по сравнению с системами, работающими только на батареях. Правильный выбор соотношения аккумулятора и генератора имеет решающее значение. Данные, представленные в этой статье, подтверждают, что системы хранения энергии с увеличенным радиусом действия достигают намеченных преимуществ, если они спроектированы в соответствии с анализом профиля нагрузки и обслуживаются в соответствии с рекомендуемыми графиками.