Utility-Scale Batterilagring: Fra MW/MWh-krav til BESS-konfigurasjon

Tenk på en hypotetisk sak: en utvikler planlegger en100 MW / 400 MWh batterilagringsprosjekt i nytteskala. På papiret ser kravet klart ut. Men før du velger batteribeholdere eller dimensjonerer PCS, må flere prosjektbetingelser fortsatt defineres.

Hvor er de 400 MWh målt? Hvor mye brukbar energi må være tilgjengelig over prosjektets levetid? Hvilke nett- og stedsforhold må systemet oppfylle?

Ved å bruke dette illustrerende prosjektet viser denne artikkelen hvordan BESS-dimensjonering i nytteskala går fra et innledende MW/MWh-krav til en praktisk systemkonfigurasjon.

Start med Utility-Scale BESS Design Basis

A batterilagringsprosjekt i nytteskalastarter vanligvis med et kraft- og energibehov. I vårt illustrative tilfelle er målet 100 MW / 400 MWh, noe som gir en nominell lagringsvarighet på fire timer: 400 MWh ÷ 100 MW=4 timer

DeUS Energy Information Administration (EIA)definerer batterivarighet som forholdet mellom energikapasitet i MWh og effektkapasitet i MW. I praksis er imidlertid dette firetimerstallet kun den nominelle varigheten ved merkeeffekt.

Denne beregningen definerer det grunnleggende resultatmålet. Den forteller oss ennå ikke hvor mye batterikapasitet som skal installeres, hvordan PCS-en skal dimensjoneres, eller hvor mange BESS-blokker prosjektet vil trenge.

Før disse beslutningene kan tas, må designgrunnlaget svare på flere praktiske spørsmål:

• Er 400 MWh-behovet målt på batteriets DC-side eller på AC-leveringspunktet?
• Hvor ofte vil systemet lade og lade ut?
• Hvilken kapasitet må fortsatt være tilgjengelig mot slutten av prosjektets levetid?
• Hvilke nettspennings- og driftskrav gjelder?
• Hvilke forhold på stedet kan påvirke kjøling, reduksjon eller utforming?

Disse detaljene betyr noe fordi de endrer forskjellige deler av designet. Et strengere utløpskrav kan øke den installerte batterikapasiteten. En annen nettforbindelse kan endre PCS-, transformator- og MV-konfigurasjonen. Høye temperaturer eller begrenset plass på stedet kan også påvirke utstyrsvalg og layout.

Så selv om to prosjekter begge er vurdert til 100 MW / 400 MWh, kan det hende at deres endelige BESS-konfigurasjoner ikke er de samme.

Bestem batterikapasiteten prosjektet faktisk trenger

For enbatterilagringsprosjekt i nytteskala, den nødvendige MWh er bare utgangspunktet for batteridimensjonering. Et prosjekt på 400 MWh betyr ikke nødvendigvis at man installerer nøyaktig 400 MWh batterikapasitet.

Det faktiske behovet avhenger av tre nøkkelfaktorer:

1. Hvor måles energien?

Det første trinnet er å definere energimålingsgrensen - punktet i systemet hvor den nødvendige MWh måles.

Et krav på 400 MWh kan referere til:

• Batteri DC-side energi - energi tilgjengelig før strømkonvertering; eller
• AC levert energi - energi tilgjengelig etter konvertering og levert mot nettet.

Disse er ikke det samme dimensjoneringsgrunnlaget. Dersom prosjektet skal levere 400 MWh på AC-siden, må batteriet også ta hensyn til tap gjennom PCS-en.kraftkonverteringssystemsom konverterer DC batteristrøm til AC, transformatoren og andre deler av strømbanen.

2. Hvor mye av den installerte kapasiteten er brukbar?

Batteriets navneskiltkapasitet er ikke alltid lik brukbar prosjektenergi.

En BESS opererer normalt innenfor et definert SOC-vindu - det tillatte driftsområdet mellom minimum og maksimum ladetilstand. Den brukbare energien kan også påvirkes av:

• Utladningsdybde (DoD) - hvor mye av batterikapasiteten som brukes i løpet av en syklus;
• ladnings- og utslippsgrenser;
• driftsstrategi;
• temperatur og systemforhold.

Så det mer nyttige dimensjoneringsspørsmålet er ikke bare "Hvor mange MWh er installert?" men "Hvor mange MWh kan systemet levere pålitelig under de nødvendige driftsforholdene?"

3. Hvilke tap og tilleggsbelastninger må inkluderes?

Ikke all lagret energi når nettet. Noe går tapt under konvertering, mens noe blir konsumert av BESS selv.

Typiske bidragsytere inkluderer:

• PCS konvertering tap;
• transformator tap;
• væskekjølingeller HVAC;
• hjelpelaster - energi som forbrukes av pumper, kontroller, kjøling og annet støtteutstyr.

EPRIs veiledning om BESS brukbar energi skiller på samme måte installert batterikapasitet fra energien som til slutt leveres ved sammenkoblingspunktet, og tar hensyn til DC- og AC-tap, hjelpeforbruk, driftsmarginer og forringelse.

For dette prosjektet er dimensjoneringslogikken nærmere: Nødvendig leverbar energi → målegrense → brukbar energi → systemtap og hjelpebelastninger → installert batterikapasitet

Dette etablererstart-of-life (BOL) kapasitet som kreves ved igangkjøring. Endelig dimensjonering må også ta hensyn til hvor stor kapasitet systemet må beholde over prosjektets levetid.

Redegjør for forringelse og utgått batterikapasitet

1. Definer kravet til slutten av livet

End-of-life (EOL) kapasitet- kapasiteten batteriet forventes å beholde nær slutten av den spesifiserte prosjektlevetiden - er en viktig inndata for dimensjonering.

For eksempel kan to prosjekter begge kreve 100 MW / 400 MWh, men deres opprinnelige installerte kapasitet kan variere hvis:

• ett prosjekt trenger bare å nå målet ved igangkjøring;
• den andre må fortsatt levere nødvendig brukbar energi etter 10, 15 eller 20 år.

Det andre prosjektet kan kreve mer initial batterikapasitet eller en planlagt utvidelsesstrategi.

2. Vurder hvordan batteriet skal brukes

Batteriforringelse avhenger av mer enn prosjektalderen. Det påvirkes også av driftsprofilen, inkludert:

• syklusfrekvens - hvor ofte batteriet lades og lades ut;
• utladningsdybde (DoD) - hvor mye kapasitet som brukes i hver syklus;
• SOC-vindu - det tillatte driftsområdet mellom minimum og maksimum ladetilstand;
• lade- og utladningshastighet;
• driftstemperatur;
• kalenderaldring - kapasitetstap som oppstår over tid selv når batteriet ikke sykler tungt.

To prosjekter som bruker samme batteriteknologi kan derfor følge forskjellige degraderingsveier hvis deres syklusfrekvens, DoD, SOC-rekkevidde, temperatur eller lade-/utladningshastigheter er forskjellige.

3. Velg mellom innledende overdimensjonering og utvidelse

Det er to vanlige måter å gjøre rede for fremtidig kapasitetstap:

• Innledende overdimensjonering - installering av ekstra batterikapasitet ved starten av prosjektet;
• Utvidelse - legger til batterikapasitet senere ettersom det opprinnelige systemet forringes.

Den riktige tilnærmingen avhenger av prosjektets levetid, garantibetingelser, tilgjengelig plass, driftsprofil og prosjektøkonomi. Disse faktorene påvirker også de bredere størrelses- og teknologibeslutningene i enbatterilagringsprosjekt i nettskala.

Av denne grunn kan to leverandører foreslå forskjellige installerte MWh for samme nominelle 100 MW / 400 MWh prosjekt. Nøkkelen er ikke bare hvilket forslag som har mer batterikapasitet, men hvilke forringelsesantakelser, EOL-mål og utvidelsesstrategi som ligger bak dette tallet.

Velg BESS-arkitekturen før du teller beholdere

Ibatterilagring i nytteskala, batterikapasitet er bare én del av utstyrskonfigurasjonen. Prosjektgruppen må også bestemme hvordan batteri, PCS, transformator og utstyr på nettsiden skal integreres.

DC-side batteribeholderarkitektur

I en DC-sidearkitektur gir beholderen hovedsakelig batterienergilagring. PCS, transformator og mellomspenningsutstyr konfigureres separat. En typisk kraftbane er:Batteribeholder → Ekstern PCS → Transformator / MV-utstyr → Grid.

Denne tilnærmingen kan passe for prosjekter der EPC allerede har valgt PCS eller hvor batteri, strømkonvertering og utstyr på nettsiden må spesifiseres uavhengig.

For eksempel inkluderer ikke Polinovels batterilagringsbeholder på DC-siden en innebygd PCS og er designet for å fungere med ekstern strømkonvertering og utstyr på nettsiden i henhold til prosjektets spennings-, strøm- og sammenkoblingskrav.

Integrert containerisert BESS-arkitektur

Et integrert system kombinerer flere funksjoner innenfor hver BESS-enhet. Avhengig av design kan dette inkludere batteri, PCS, EMS, termisk styring, brannbeskyttelse og kommunikasjonssystemer. Kraftbanen blir mer integrert:Integrert BESS → Transformator / MV-grensesnitt → Grid.

Dette kan redusere antall utstyrsgrensesnitt som må koordineres på stedet og gjøre det enklere å gjenta samme systemblokk over et stort prosjekt.

Polinovels 6,25 MWh containeriserte BESSintegrerer for eksempel batteri, PCS, EMS, væskekjøling, brannvern og kommunikasjonssystemer i en 20 fots container.

Hvilken arkitektur passer til prosjektet?

Valget avhenger av hva som allerede er definert på prosjektnivå:

Det er også derfor MWh alene ikke er nok til å sammenligneBESS containere. En 5–6 MWh DC batteribeholder og en 5–6 MWh integrert BESS er ikke tilsvarende produkter. Sammenligningen må også vurdere PCS-effekt, brukbar energi, spenningsområde, integreringsomfang, effektivitet og nødvendig utstyr på nettsiden.

For dette prosjektet skal containermengden kun beregnes etter at systemarkitekturen er valgt. Batteri MWh kan deretter matches med nødvendig PCS-kapasitet og organiseres i praktiske BESS-strømblokker.

Match batteri MWh med PCS MW og BESS Power Blocks

Batteri MWh og PCS MW representerer ulike designbegrensninger og må matches på systemnivå:

• Batterienergi (MWh) - definerer hvor mye energi som lagres. Den faktiske brukbare eller leverbare energien avhenger også av SOC-vinduet, systemtap, driftsgrenser og det avtalte målepunktet.
• PCS-effekt (MW) - definerer systemets evne til aktiv kraftkonvertering. På anleggsnivå må imidlertid den endelige PCS-konfigurasjonen også ta hensyn til tilsynelatende effekt (MVA), krav til reaktiv effekt, transformatorkapasitet, sammenkoblingspunktet (POI) og eventuell stedsrelatert reduksjon.

For det illustrative 100 MW / 400 MWh-prosjektet er det ikke i seg selv noen garanti for at anlegget kan levere 100 MW ved det nødvendige nettforbindelsespunktet å ha nok batterienergi. PCS- og AC-sideutstyret må også dimensjoneres for å møte nødvendig aktiv effekt og samtidig støtte prosjektets krav til reaktiv effekt og nett.

Temperatur, høyde og andre forhold på stedet kan også redusere tilgjengelig PCS eller transformatorutgang hvis reduksjon gjelder. Av denne grunn bør den endelige kraftblokkdesignen kontrolleres mot den nødvendige ytelsen ved POI, i stedet for mot PCS MW-klassifisering alene.

Fra containere til BESS Power Blocks

I bruksskala,batteribeholdereregnes sjelden som isolerte enheter. De er vanligvis gruppert med kraftkonvertering og nettsideutstyr i repeterbare BESS-kraftblokker - modulære deler av anlegget med en definert MW- og MWh-klassifisering.

En typisk blokk kan inkludere: Batterisystem → PCS → Transformator → MV Switchgear

Størrelsen på hver blokk avhenger av flere faktorer:

• batterienergi tilgjengelig per blokk;
• PCS MW/MVA-klassifisering og DC-spenningsområde;
• krav til reaktiv effekt og POI;
• transformator kapasitet;
• kabel- og strømgrenser;
• temperatur- eller høydereduksjon;
• krav til redundans;
• områdelayout og vedlikeholdsstrategi.

På prosjektnivå skal de valgte effektblokkene samlet tilfredsstille både de nødvendige MW- og MWh-målene. Å legge til batteri-MWh kan forlenge lagringsvarigheten, men det øker ikke blokk-MW med mindre PCS-en og annet utstyr på AC-siden kan støtte den ekstra kraften. Det endelige antallet og størrelsen på blokkene avhenger derfor av både batteri- og PCS-konfigurasjonen.

100 MW / 400 MWh Eksempel: Fra prosjektmål til BESS-konfigurasjon

For illustrerende 100 MW / 400 MWhbatterilagring i nytteskalaprosjektet er den første beregningen enkel: 400 MWh ÷ 100 MW=4 timer

Men dette definerer bare det nominelle effekt- og energimålet. Selve BESS-konfigurasjonen tar form etter hvert som hver prosjekttilstand bekreftes.

Så konfigurasjonsprosessen kan oppsummeres som: 100 MW / 400 MWh mål → energibasis → brukbar og EOL-kapasitet →systemarkitektur→ PCS og power-block dimensjonering → endelig beholder mengde.

Hvis 400 MWh er et AC-levert krav, vil den installerte batterikapasiteten normalt måtte være høyere enn 400 MWh for å ta hensyn til grenser for brukbar energi, konverteringstap og hjelpeforbruk. Hvis prosjektet også må opprettholde den nødvendige energien ved slutten av levetiden, må nedbrytning håndteres gjennom ekstra initial kapasitet, fremtidig økning eller begge deler.

Hvis 400 MWh-verdien i stedet refererer til batterisidens merkeskiltkapasitet ved begynnelsen av levetiden, vil dimensjoneringsgrunnlaget være annerledes.

Dette er grunnen til at to prosjekter med samme 100 MW / 400 MWh overskriftsvurdering kan resultere i forskjellige installerte MWh, containertall og PCS-konfigurasjoner.

Hva du bør sjekke før du fullfører et BESS-forslag på nytteskala

To BESS-forslag med samme MW/MWh-vurdering kan fortsatt være avhengig av ulike designforutsetninger. Før du sammenligner utstyrsmengde eller pris, bekreft at begge forslagene er basert på samme prosjektkrav.

Et forslag med flere installerte MWh er ikke nødvendigvis overdimensjonert, og et med mindre kapasitet er ikke automatisk mer effektivt. Forskjellen kan komme fra energigrensen, brukbar kapasitet, degraderingsforutsetninger eller integreringsomfang.

Nøkkelen er å sammenligne hvert forslag med de samme ytelseskravene og prosjektforholdene.

For det hypotetiske 100 MW / 400 MWh batterilagringsprosjektet i nytteskala, definerer MW og MWh målet, ikke den endelige BESS-konfigurasjonen.

Installert kapasitet, PCS-størrelse, systemarkitektur, nettforbindelse og anleggsforhold må alle vurderes sammen.

Planlegging aBESS-prosjekt i nytteskala? Del mål MW, MWh, lagringsvarighet, nettspenning og anleggsforhold medPolinovelle. Teamet vårt kan hjelpe med å evaluere batterikapasiteten, PCS-konfigurasjonen og systemarkitekturen for prosjektet ditt.

Kontakt oss nå