1. تعريف كفاءة نظام محطة توليد الطاقة لتخزين الطاقة
الكفاءة الشاملة لمحطة الطاقة
وفقًا لـ GBT 36549-2018 "مؤشرات التشغيل وتقييم محطات طاقة تخزين الطاقة الكهروكيميائية"، يجب أن تكون الكفاءة الشاملة لمحطات طاقة تخزين الطاقة هي نسبة الكهرباء الموجودة على الشبكة والكهرباء خارج الشبكة أثناء عملية الإنتاج والتشغيل محطة طاقة تخزين الطاقة خلال فترة التقييم، أي إجمالي كمية الكهرباء المنقولة من محطة طاقة تخزين الطاقة إلى الشبكة بواسطة عداد البوابة بين محطة طاقة تخزين الطاقة والشبكة خلال فترة التقييم / إجمالي كمية الكهرباء استقبلتها محطة توليد الطاقة لتخزين الطاقة من شبكة.
كفاءة أجهزة تخزين الطاقة
وفقًا لـ GB/T 51437-2021 "معايير التصميم لمحطات الطاقة المجمعة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية وتخزين الطاقة":
يجب حساب كفاءة أجهزة تخزين الطاقة بناءً على عوامل مثل كفاءة البطارية، وكفاءة نظام تحويل الطاقة، وكفاءة خطوط الطاقة، وكفاءة المحولات باستخدام الصيغة التالية:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: كفاءة البطارية، كفاءة بطاريات تخزين الطاقة في استكمال دورات الشحن والتفريغ، وهي نسبة كمية الكهرباء التي يفرغها جسم البطارية إلى كمية الكهرباء المشحونة. وفقًا للأداء الفني لبطاريات تخزين الطاقة، لا تقل كفاءة تحويل تفريغ الشحن للبطارية عن 92% (ثنائي الاتجاه) بمعدل 1C، ولا تقل عن 94% (ثنائي الاتجاه) بمعدل 0.5C؛
Φ 2: كفاءة نظام تحويل الطاقة، بما في ذلك كفاءة التصحيح وكفاءة العاكس؛ وفقًا لحالة إنتاج أجهزة الكمبيوتر الشخصية في السوق، يتم أخذ 98.5% (في اتجاه واحد) بشكل عام؛
Φ 3:كفاءة خطوط الكهرباء، مع الأخذ في الاعتبار الكفاءة بعد فقدان الإرسال ثنائي الاتجاه لكابلات التيار المتردد/المستمر؛
Φ 4:كفاءة المحول، مع الأخذ في الاعتبار الكفاءة بعد النظر في خسارة التحويل ثنائية الاتجاه للمحول.
2. فقدان الأنظمة المساعدة في محطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة
ككل، والتي تحقق وظائف معينة، تعتمد محطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة على عدد كبير من المعدات المساعدة لضمان التشغيل الآمن والمستقر لنظام تخزين الطاقة أثناء التشغيل، مثل أنظمة الطاقة المتكاملة، وأنظمة الإضاءة، وأنظمة الأمان، وأنظمة إنذار الحريق والأنظمة البيئية وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وأنظمة التشغيل الآلي وما إلى ذلك. تعمل هذه الأنظمة كأنظمة مساعدة لمحطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة لضمان تشغيلها الموثوق، وبالتالي فإن استهلاك الطاقة للمعدات المساعدة يمثل أيضًا نسبة كبيرة من إجمالي استهلاك الطاقة للطاقة محطة توليد الطاقة التخزينية.
قد يكون نظام تخزين الطاقة قيد التشغيل أو لا يعمل (حالة الاستعداد). بالنسبة لمحطات طاقة تخزين الطاقة المشاركة في حلاقة ذروة الشبكة وملء الوادي، إذا كانت استراتيجية التشغيل هي إكمال شحن واحد وتفريغ واحد يوميًا بمعدل تفريغ شحن يبلغ 0.5C، فسيكون نظام تخزين الطاقة قيد التشغيل أثناء حالة تفريغ الشحنة (ساعتين)، وعدم تشغيلها خلال بقية الوقت. فيما يتعلق بحالة التشغيل، تختلف حالة تشغيل المعدات المساعدة عنها في حالة عدم التشغيل. والفرق الرئيسي هو أن نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) يتم تشغيله في حالة التشغيل ولا يتم تشغيله أو يتم تشغيله أحيانًا في حالة عدم التشغيل.
تستهلك المعدات المساعدة الرئيسية لنظام تخزين الطاقة الطاقة في حجرة البطارية الجاهزة، والمعدات الرئيسية المستهلكة للطاقة هي تكييف الهواء الصناعي. يعد تكييف الهواء الصناعي، باعتباره أحد معدات الإدارة الحرارية الرئيسية لمقصورات البطاريات الجاهزة، جهازًا أساسيًا أثناء تشغيل أنظمة تخزين الطاقة. يتم استخدامه بشكل أساسي للحفاظ على درجة حرارة التشغيل لمعدات تخزين الطاقة وضمان الأداء الأمثل لخلايا تخزين الطاقة. يرتبط استهلاك الطاقة للمعدات المساعدة بشكل أساسي بالاستراتيجيات التشغيلية والمواسم وعوامل أخرى. يتم تشغيل تكييف الهواء في حجرة البطارية الجاهزة بشكل كامل بشكل أساسي عندما يكون نظام تخزين الطاقة قيد التشغيل. عندما لا يكون قيد التشغيل، عادة ما يتم تشغيل منفذ الهواء الداخلي، بدون تبريد، ولا يكون استهلاك الطاقة مرتفعًا. ولذلك فإن استراتيجية العمل اليومي لها تأثير كبير على استهلاك الطاقة لمكيف الهواء. مع الشحن مرة واحدة والتفريغ مرة واحدة يوميًا، يعمل مكيف الهواء لمدة ساعتين تقريبًا يوميًا. مع عمليتي شحن وتفريغ مرتين، يعمل مكيف الهواء لمدة 4 ساعات تقريبًا.
المواسم المختلفة لها أيضًا تأثير كبير على استهلاك الطاقة في أجهزة تكييف الهواء. ترتبط قدرة التبريد لمكيف الهواء أيضًا بدرجة حرارة البيئة الخارجية. عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة في الصيف، يكون تأثير التبريد ضعيفًا، وبالتالي سيتم تمديد ساعات العمل. في فصل الشتاء، على الرغم من أن درجة الحرارة المحيطة منخفضة وتأثير التبريد جيد، فإن وقت عمل التبريد لنظام تخزين الطاقة يكون أقصر من المواسم الأخرى. ومع ذلك، عندما لا يتم تشغيل مخزن الطاقة، لا تزال وظيفة التسخين بحاجة إلى التنشيط لضمان درجة حرارة العمل لخلايا بطارية تخزين الطاقة. ولذلك، فإن استهلاك الطاقة مرتفع نسبيا في الشتاء والصيف.
3. تحليل الحالة
نظرة عامة على النظام والخسائر
مقياس التكوين لحجرة بطارية تخزين طاقة معينة هو 2MW/2MWh، وتشمل المعدات الرئيسية المستهلكة للطاقة تكييف الهواء ونظام إدارة البطارية (BMS) والمراوح والإضاءة وما إلى ذلك. وضع تشغيل نظام تخزين الطاقة هو المشاركة في حلاقة الذروة وملء الوادي لشبكة الطاقة، وحالة التشغيل هي 1C الشحن والتفريغ، مع دورة واحدة. قم بتكوين وحدتي تكييف هواء، بقدرة تبريد قصوى تبلغ 17.5 كيلووات لكل وحدة، بإجمالي 35 كيلووات لوحدتين. الحد الأقصى لطاقة التسخين لكل وحدة هو 15 كيلو واط، بإجمالي 30 كيلو واط لوحدتين. عندما يعمل مكيف الهواء في وضع التدوير الداخلي، يكون استهلاك الطاقة لمكيف هواء واحد 2 كيلو واط، ويبلغ إجمالي استهلاك الطاقة لمكيفي هواء 4 كيلو واط. تشمل الأجهزة الكهربائية الأخرى أنظمة إدارة البطارية (BMS)، والمراوح (المثبتة في كل وحدة بطارية)، وتركيبات الإضاءة، وما إلى ذلك، مع قدرة إمداد طاقة قصوى تبلغ حوالي 5 كيلو واط.
(1) فقدان النظام المساعد
وفقًا لنتائج الاختبار في الموقع، قم بإجراء دورة شحن وتفريغ كاملة تحت ظروف التشغيل 1C. بالنسبة لسيناريوهات الصيف، يحتاج مكيف الهواء إلى التشغيل في وضع التبريد لمدة 3 ساعات تقريبًا، مع استهلاك طاقة يبلغ 3 ساعات × 35 كيلووات=105 كيلووات ساعة. بقية الوقت في وضع الدورة الداخلية، مع استهلاك طاقة يبلغ 21 ساعة × 4 كيلو واط =84 كيلو واط ساعة، بإجمالي 189 كيلو واط ساعة. مع الأخذ في الاعتبار أن المعدات الكهربائية الأخرى لن تعمل بكامل طاقتها في نفس الوقت في معظم الأوقات، إذا تم اعتبار العامل المتزامن {{10}}.5، فإن استهلاك الطاقة اليومي للمعدات الكهربائية الأخرى هو حوالي 5 كيلو واط × 24 ساعة × 0.5=60 كيلو واط ساعة.
يمكن ملاحظة أنه وفقًا لنتائج الاختبار في الموقع واستهلاك الطاقة للمعدات الكهربائية الأخرى، في سيناريو الصيف، بافتراض وضع التشغيل وظروف التشغيل (المشاركة في حلاقة ذروة الشبكة، والشحن والتفريغ 1C، و1 شحن و دورة التفريغ)، يبلغ استهلاك الطاقة اليومي لمكيف الهواء والمعدات الكهربائية الأخرى في حجرة بطارية تخزين الطاقة حوالي 249 كيلووات في الساعة.
(2) كفاءة خط الكهرباء
عندما تمر كابلات التيار المستمر والتيار المتردد بالتيار، فإنها تولد فقدانًا للحرارة. تبلغ الكفاءة أحادية الاتجاه لجانب التيار المستمر حوالي 99.83٪، وتبلغ الكفاءة أحادية الاتجاه لجانب الجهد المنخفض للمحول الجانبي PCS حوالي 99.95٪، وتبلغ الكفاءة أحادية الاتجاه لجانب التيار المتردد عالي الجهد حوالي 99.89٪. مع الأخذ في الاعتبار الخسارة أحادية الاتجاه، تبلغ كفاءة خط الطاقة 99.67%؛ وبالنظر إلى الخسائر ثنائية الاتجاه، فإن كفاءة خط الطاقة تبلغ 99.34%.
(3) كفاءة المحولات
تحتوي المحولات من النوع الجاف شائعة الاستخدام في المشروع، وفقًا لـ GB/T 10228-2015 "المعلمات والمتطلبات الفنية لمحولات الطاقة من النوع الجاف"، على مؤشرات الخسارة التالية لمحولات الطاقة غير المثارة التي تنظم الجهد بقدرة 35 كيلو فولت و2000 كيلو فولت أمبير:
عدم فقدان الحمل: 4.23 كيلو واط؛
فقدان الحمل: 17.2 كيلو واط (100 درجة)؛
عند تشغيل الطاقة المقدرة، تكون كفاءة المحول (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93%، وبالتالي فإن الكفاءة ثنائية الاتجاه للمحول هي 98.93% × 98.93%{{9 }}.87%.
إحصائيات الكفاءة
عند حساب كفاءة محطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة، ينبغي الانتباه إلى اتجاه تدفق الطاقة، وينبغي اعتبار استهلاك الكهرباء للنظام المساعد بمثابة فقدان الحمل أثناء عمليتي الشحن والتفريغ. عند حساب كفاءة أنظمة تخزين الطاقة، من الضروري الجمع بين التعريفات القياسية لتحديد ما إذا كان تطبيق الحساب هو كفاءة ثنائية الاتجاه أو كفاءة أحادية الاتجاه. إحصائيات كفاءة النماذج المذكورة أعلاه هي كما يلي:
| رقم | تكوين الكفاءة | كفاءة ثنائية الاتجاه | كفاءة أحادية الاتجاه | ملحوظات |
| 1 | نظام البطارية | 92% | 95.92% | بافتراض أن كفاءة الشحن تتوافق مع كفاءة التفريغ |
| 2 | عاكس تخزين الطاقة | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | كفاءة خط الكهرباء | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | تعزيز الكفاءة | 97.87% | 98.93% |
تحليل الكفاءة
(1) كفاءة الشحن لنظام تخزين الطاقة (مع الأخذ في الاعتبار الكفاءة أحادية الاتجاه فقط أثناء عملية الشحن)
بافتراض أن SOC لنظام البطارية متسق وأن عمق الشحن والتفريغ يعتبر 90%، إذا كان نظام تخزين الطاقة بقدرة 2 ميجاوات في الساعة يحتاج إلى الشحن بالكامل خلال ساعة واحدة، فيجب أن تكون طاقة الشحن الأولية على جانب التيار المتردد الخاص به:
سعة الشحن الأولية من جهة الاتصال{{0}}(السعة المقدرة للنظام × عمق الشحن والتفريغ) ÷ كفاءة شحن نظام البطارية ÷ كفاءة تصحيح محول تخزين الطاقة ÷ كفاءة المحول ÷ خط الكهرباء الكفاءة + استهلاك الطاقة للمعدات المساعدة (مع الأخذ في الاعتبار التشغيل الكامل للنظام المساعد خلال ساعة واحدة من الشحن) =2000 × 0.9 ÷ 95.92% ÷ 98.5% ÷ 98.93% ÷ 99.67%+(35+5) × 1=1972.12 كيلو وات ساعة،
كفاءة الشحن لجانب التيار المتردد لنظام تخزين الطاقة هي (2000 × 0.9) ÷ 1972.12=91.27%.
(2) كفاءة التفريغ لنظام تخزين الطاقة (مع الأخذ في الاعتبار فقط الكفاءة أحادية الاتجاه أثناء عملية التفريغ)
طاقة التفريغ الأولية على جانب الاتصال {{0}}(السعة المقدرة للنظام x عمق الشحن والتفريغ) x كفاءة شحن نظام البطارية x كفاءة العاكس لمحول تخزين الطاقة x كفاءة المحولات x خط الطاقة الكفاءة - استهلاك الطاقة للمعدات المساعدة (مع الأخذ في الاعتبار التشغيل الكامل للنظام المساعد خلال ساعة واحدة من الشحن)=2000 × 0.9 × 95.92% × 98.5% × 98.93% × 99.67% - (35+5) × 1=1636.91 كيلووات ساعة،
تبلغ كفاءة التفريغ لجانب التيار المتردد لنظام تخزين الطاقة 1636.91 ÷ (2000 × 0.9)=90.94%.
(3) كفاءة جهاز تخزين الطاقة (وفقًا للصيغة أعلاه، ينبغي استخدام الكفاءة ثنائية الاتجاه)
وفقا لتعريف كفاءة جهاز تخزين الطاقة يمكن الحصول على كفاءة جهاز تخزين الطاقة على النحو التالي:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) الكفاءة الشاملة لمحطة الطاقة
بافتراض أن دورة التقييم عبارة عن تفريغ شحن كامل، أي الشحن لمدة ساعة واحدة والتفريغ لمدة ساعة واحدة، دون مراعاة ظروف الاستعداد، فإن الكفاءة الشاملة لمحطة الطاقة في دورة واحدة=تفريغ الطاقة في دورة واحدة ÷ الشحن المبلغ في دورة واحدة=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
بافتراض أن دورة التقييم هي يوم واحد، مع دورة واحدة في اليوم، أي الشحن لمدة ساعة واحدة، والتفريغ لمدة ساعة واحدة، والاستعداد لمدة 22 ساعة. قدرة التفريغ اليومية هي 1 قدرة التفريغ، والتي تم حسابها على أنها 1972.12 كيلووات ساعة في النص السابق. بالإضافة إلى سعة الشحن الواحدة البالغة 1972.12 كيلووات في الساعة، تحتاج سعة الشحن اليومية أيضًا إلى مراعاة فقدان الطاقة للنظام المساعد أثناء فترة الاستعداد. (في الحساب السابق، كان استهلاك الكهرباء المساعدة في حجرة بطارية تخزين الطاقة 249 كيلووات في الساعة يوميًا. ومع ذلك، أثناء عملية حساب طاقة الشحن والتفريغ، تم بالفعل اعتبار استهلاك الكهرباء المساعدة خلال ساعتين من الشحن والتفريغ تكون 40 كيلو وات في الساعة ولا يمكن حساب هذا الجزء بشكل متكرر.)
بشكل عام، يتم حساب الكفاءة اليومية الشاملة لمحطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة على النحو التالي: طاقة التفريغ اليومي ÷ الشحن اليومي=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%.