Введение
ESS с расширенным диапазоном включает в себя источник подзарядки, который не является основным подключением к сети. Эта конфигурация отличается от простой интеграции резервного генератора, поскольку расширитель диапазона работает в зависимости от уровня заряда аккумулятора, а не от нагрузки. ESS с расширенным диапазоном действия особенно полезна в местах, где электроэнергия доступна, но ненадежна, или где производство энергии из возобновляемых источников имеет предсказуемые ежедневные перебои. Компания Injet HanCang спроектировала и ввела в эксплуатацию шестнадцать установок ESS с расширенным диапазоном мощности для коммерческих и промышленных клиентов. В этой статье представлены рекомендации по настройке, результаты тестирования и наблюдаемые данные о производительности этих установок.
Стандартная конфигурация для ESS с расширенным диапазоном
Расширенная стандартная линейка ESS включает пять основных компонентов. Первый компонент — это литий-ионный аккумулятор, рассчитанный на четыре-шесть часов средней нагрузки. Второй компонент представляет собой дизельный или газовый генератор мощностью от одной трети до половины номинальной мощности инвертора. Третий компонент — двунаправленный инвертор, который управляет потоком мощности между батареей и нагрузкой. Четвертый компонент — выпрямитель, который преобразует выходной переменный ток генератора в постоянный для зарядки аккумулятора. Пятый компонент — это контроллер с логикой, основанной на состоянии заряда. В большинстве установок Injet HanCang использует архитектуру со связью по постоянному току. В этой архитектуре генератор подключается к шине постоянного тока через выпрямитель, а инвертор подключает шину постоянного тока к нагрузке переменного тока. Связь по постоянному току повышает эффективность за счет исключения двойного преобразования. В системе мощностью пятьсот киловатт с расширителем диапазона на двести киловатт связь по постоянному току улучшила общую эффективность системы на четыре процентных пункта по сравнению с связью по переменному току.
Методика определения размеров на основе анализа нагрузки
Правильный расчет ESS с расширенным диапазоном требует детального анализа нагрузки в течение как минимум одного года. Injet HanCang использует семиэтапную методологию. На первом этапе собираются данные о нагрузке с пятнадцатиминутными интервалами. Второй шаг определяет среднюю ежедневную потребность в энергии. Третий шаг определяет требования к пиковой мощности. На четвертом этапе требуемая емкость аккумулятора рассчитывается как среднедневная энергия, умноженная на желаемые дни автономной работы за вычетом ожидаемого вклада генератора. На пятом этапе генератор рассчитывается как средняя нагрузка во время самого длительного ожидаемого разряда. На шестом этапе выбирается номинал инвертора как больший из номиналов пиковой нагрузки или номинала генератора плюс вклад батареи. На седьмом этапе проверяется размер с использованием моделирования исторических данных о нагрузке. Для коммерческого здания со средней нагрузкой в сто пятьдесят киловатт и пиковой нагрузкой в четыреста киловатт эта методология позволила получить аккумулятор емкостью шестьсот киловатт-часов и генератор мощностью в сто пятьдесят киловатт.
Результаты тестирования приложения поддержки Grid
Система ESS с расширенным диапазоном действия, установленная в коммерческом здании в Калифорнии, прошла шестимесячную программу испытаний. Средняя нагрузка здания составляла двести киловатт, а пиковая нагрузка — четыреста пятьдесят киловатт от кондиционера. Подключение к сети было ограничено тремястами киловаттами. В расширенной дальности действия ESS использовалась батарея на четыреста киловатт-часов и генератор на сто пятьдесят киловатт-часов. Программа испытаний измеряла три категории производительности. Первой категорией была пиковая эффективность бритья. Система успешно ограничила потребление электроэнергии до двухсот восьмидесяти киловатт во время всех пиковых нагрузок, что составляет девяносто пять процентов успеха. Вторая категория — использование генератора. Генератор запускался сорок два раза, среднее время работы составляло один час пятнадцать минут. Общее время работы генератора составило пятьдесят три часа за шесть месяцев. Третьей категорией было влияние на срок службы батареи. Батарея выполнила сто два эквивалента полного цикла с измеренным снижением емкости на одну целую одну целую.
Данные о снижении платы за спрос
Плата за потребление энергии, основанная на максимальном среднем потреблении электроэнергии за пятнадцать минут, является основной статьей расходов для коммерческих клиентов. ESS с увеличенным радиусом действия может снизить эти расходы, обеспечивая питание от аккумулятора в периоды пиковой нагрузки. Однако если несколько пиков происходят быстро друг за другом, батарея может разрядиться. Расширитель диапазона подзаряжает батарею между пиковыми нагрузками, позволяя выполнять несколько операций по сглаживанию пиковых нагрузок в одном и том же интервале нагрузки. Injet HanCang проанализировала пятнадцатиминутные интервалы спроса на производственной площадке в течение двенадцати месяцев. На сайте наблюдалось в среднем три пика спроса в день. Без расширения диапазона аккумулятор мог бы сгладить только первый пик, прежде чем разрядиться ниже минимального уровня заряда. Благодаря работе расширителя диапазона между пиками система срезала все три пика в течение девяноста одного процента дней. Средняя плата за потребление до установки составляла семь тысяч двести долларов в месяц. После установки средняя плата за спрос составила две тысячи восемьсот долларов в месяц, то есть снижение на шестьдесят один процент.
Возможность устранения сбоев в сети
ESS с расширенным диапазоном обеспечивает мостовую мощность во время сбоев в сети, не полагаясь на время восстановления сети. Аккумулятор выдерживает первый период простоя. Если сбои повторяются до возобновления электропитания в сети, расширитель диапазона запускается и заряжает батарею во время кратковременного включения сети в окнах. Компания Injet HanCang протестировала этот сценарий, используя смоделированный профиль сети с десятью последовательными пятиминутными отключениями, разделенными трехминутной сеткой на окнах. В тесте использовалась батарея на триста киловатт-часов и генератор на сто киловатт. Нагрузка во время испытаний составляла постоянные сто пятьдесят киловатт. Батарея обеспечивала питание во время первого отключения, разрядив уровень заряда от восьмидесяти до шестидесяти процентов. Во время первой сетки на окне сетка зарядила батарею до семидесяти пяти процентов. Второе отключение разрядило батарею до пятидесяти пяти процентов. Генератор запустился во время второй сетки на окне и подзарядил аккумулятор до семидесяти процентов. Такая картина сохранялась для всех десяти отключений электроэнергии. Расширенный диапазон ESS поддерживал подачу нагрузки на протяжении всего времени без каких-либо перебоев. Автономная батарея такой же емкости разрядилась бы после четвертого отключения.
Данные о расходе топлива при различных профилях нагрузки
Расход топлива ESS с увеличенным запасом хода значительно варьируется в зависимости от профиля нагрузки. Injet HanCang измерил расход топлива при трех различных профилях нагрузки, используя одну и ту же аппаратную платформу. Первый профиль — постоянная нагрузка в сто киловатт. Второй профиль представлял собой переменную нагрузку с дневным характером низкой ночной нагрузки и высокой дневной нагрузки. Третий профиль представлял собой прерывистую нагрузку со случайными скачками. При постоянном профиле нагрузки генератор потреблял два целых восемь целых литра в час работы и работал три часа в день, в результате чего суточный расход составил восемь целых четыре целых литра. При переменном профиле нагрузки генератор потреблял три целых одну целую литра в час и работал два часа в день, в результате чего ежедневное потребление составляло шесть целых две целых две целых. При прерывистом профиле нагрузки генератор потреблял три целых четыре целых литра в час из-за более частых циклов пуска-останова и работал по одной целой пять целых пять целых часа в сутки, в результате чего суточный расход составил пять целых одна целая литр. Профиль постоянной нагрузки имел самое высокое абсолютное потребление, но самое низкое потребление на поставленный киловатт-час.
Требования к установке и особенности места установки
Установка ESS с расширенным диапазоном требует учета нескольких факторов, специфичных для конкретного объекта. Генератору необходима вытяжная вентиляция на улицу. Выхлопная труба должна быть рассчитана на температуру до пятисот градусов Цельсия и должна быть отделена от горючих материалов не менее чем на восемнадцать дюймов. Для генератора требуется бак для хранения топлива со вторичной защитной оболочкой. Размер бака должен обеспечивать не менее семидесяти двух часов непрерывной работы генератора при полной нагрузке. Для батареи требуется помещение с климат-контролем, в котором поддерживается температура от пятнадцати до тридцати градусов по Цельсию. Инвертор и контроллер требуют свободного пространства не менее трех футов со всех сторон для доступа для обслуживания. Injet HanCang предоставляет контрольный список перед установкой, который включает проверку этих требований. Сайты, не соответствующие каким-либо требованиям, получают измененный дизайн.
Заключение
ESS с расширенным диапазоном обеспечивает настраиваемое решение для коммерческих и промышленных объектов, требующих как снижения пиковых нагрузок, так и устранения простоев. В рекомендациях по настройке от Injet HanCang указан аккумулятор, рассчитанный на четыре-шесть часов средней нагрузки, и генератор, мощность которого составляет от одной трети до половины номинальной мощности инвертора. Результаты испытаний в коммерческом здании показали девяносто пять процентов пикового успеха бритья и деградацию батареи на один целых один процент за шесть месяцев. Данные о снижении платы за спрос показали снижение на шестьдесят один процент после установки. Испытание на устранение сбоев в сети продемонстрировало успешную работу в течение десяти последовательных пятиминутных отключений. Данные о расходе топлива показали, что профиль прерывистой нагрузки имел самый низкий ежедневный расход — пять целых одну десятую литра. Эти результаты подтверждают, что ESS с расширенным диапазоном является зрелым вариантом для коммерческих пользователей.