베트남 금속 가공 공장의 피크 절감을 위한 산업용 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)

이 프로젝트 리뷰는 시스템을 설계하고 시운전한 엔지니어가 작성했습니다. 이 배터리 에너지 저장 시스템이 이렇게 구축된 이유를 설명합니다. 고객의 부하 프로필은 어떤지, 기존 공급이 더 이상 적합하지 않은 이유는 무엇인지, C&I ESS의 크기는 어떻게 지정되었는지, 서비스에 들어간 후 변경된 사항은 무엇인지 설명합니다.

프로젝트 배경

고객은 베트남 빈즈엉성 산업단지 내 금속제조업체입니다. 이들은 주로 수출용으로 HVAC 및 엘리베이터 OEM을 위한 정밀 판금 부품, 레이저 절단 부품 및 용접 어셈블리를 생산합니다. 이 공장은 월요일부터 토요일까지 2교대 생산을 운영하며, 용접 라인의 야간 교대 근무 시간은 더 적습니다. 장비 베이스에는 CNC 펀칭 및 레이저 절단기, 프레스 브레이크, 로봇 용접 셀, 분말 코팅 라인 및 중앙 집중식 압축 공기 시스템이 포함됩니다.

우리는 고객이 변압기 업그레이드에 대한 유틸리티 견적을 받고 2차 소견을 원한 후 처음 방문했습니다. 이후의 감사는 스토리지 프로젝트의 기초가 되었습니다.

고객의 에너지 과제

우리는 공장의 실제 부하를 기록하는 것부터 시작했습니다. 주 변압기의 저전압 측에 있는 임시 전력 분석기는 전체 생산 2주를 포함해 3주간의 데이터를 기록했습니다.

아침 근무 시간 동안 부하는 450~650kW에 달했고, 점심 식사 후에 증가했으며, CNC 기계, 프레스 브레이크, 압축기 및 코팅 오븐이 함께 작동하는 13:30~16:30 사이에 최고조에 달했습니다. 기록된 최고 15분 평균 전력은 약 980kW였으며, 이는 평균 주간 부하 약 620kW에 비해 생산 팀이 인식한 것보다 훨씬 더 넓은 격차입니다.

그 프로필은 두 가지 결과를 가져왔습니다. 지방 요금에는 매달 가장 높은 15분의 평균 수요를 기준으로 한 수요 요금이 포함되어 있으므로 오후 피크 시간에는 청구서의 고정 부분이 부풀려집니다. 그리고 그 정점은 계속해서 커지고 있었습니다. 새로운 레이저 절단 라인이 이미 주문 중이었습니다.

기존 전력 시스템이 충분하지 않은 이유

발전소는 1,250kVA 정격의 단일 22/0.4kV 변압기로 전력을 공급받습니다. 980kW 및 약 0.92의 측정된 역률에서 정격의 85% 이상인 약 1,065kVA를 전달했습니다. 즉각적인 과부하는 아니지만 여유 공간이 없으며 유지 관리 관리자의 불만 사항 두 가지를 설명했습니다.

첫째, 전압: 오후 피크 시간 동안 공장 부스바의 맨 끝 부분이 처지고 가장 더운 달에 CNC 컨트롤러가 저전압으로 인해 작동하는 경우가 있었습니다. 둘째, 용량: 새로운 레이저 라인으로 인해 1년 이내에 변압기가 한계에 가까워질 것입니다.

이 유틸리티 회사에서는 새로운 2,000kVA 변압기와 변전소 재구성을 제안했는데, 이는 리드 타임이 길고 자본 비용이 상당했습니다. 우리는 문제를 다르게 보았습니다. 변압기는 하루에 2~3시간 동안만 스트레스를 받았고 나머지 시간에는 충분한 여유가 있었습니다. 이러한 비대칭성은 바로 스토리지가 수정하는 것입니다. 따라서 우리는 3시간 피크를 제공하도록 변압기를 업그레이드하는 대신 피크를 줄이고 기존 인프라를 그대로 유지하는 ESS를 제안했습니다.

ESS 시스템 설계

합의된 범위는 오후의 피크 절전, 요금이 낮은 야간 충전을 통한 부하 이동, 그리드 오류 시 정의된 중요 부하 목록에 대한 백업의 세 가지 기능을 갖춘 그리드 연결 배터리 에너지 저장 시스템이었습니다. 그 결과 5개의 실외 캐비닛에 1,075kWh의 공칭 LiFePO4 용량을 갖춘 500kW AC 시스템이 탄생했습니다. 표에는 매개변수가 요약되어 있습니다. 아래 섹션에서는 각 값이 선택된 이유를 설명합니다.

배터리 구성

LiFePO4는 두 가지 현장별 이유로 선택되었습니다. 따뜻한 실외 환경(주변 온도는 정기적으로 35~37°C에 도달)을 잘 견디고 고객의 전기 팀은 리튬 경험이 없었기 때문에 안전과 예측 가능한 노화가 최고 성능보다 더 중요했습니다.

1,075kWh 수치는 카탈로그에서 가져온 것이 아닙니다. 일반적인 오후까지 수요 한도를 850kW로 유지하려면 2~3시간 동안 약 130kW의 평균 방전이 필요하므로 공칭 용량은 일일 주기를 편안한 방전 깊이 내로 유지하기 위해 그보다 훨씬 높게 설정되었습니다. SOC 창은 10~90%입니다. 상한은 더운 날씨에 노화를 늦추고, 하한은 과방전으로부터 보호하며, EMS는 근무 시간 동안 구성 가능한 백업 예비를 추가하므로 피크 절전으로 인해 배터리가 바닥까지 방전되지 않습니다.

당사의 100kW/215kWh 캐비닛 5개산업용 및 상업용 ESS 캐비닛 제품군변압기 컴파운드 근처의 유일한 사용 가능한 공간은 길고 좁았기 때문에 컨테이너였을 공간을 교체했습니다. 모듈식 레이아웃은 또한 쉬운 확장 경로를 제공합니다. 새로운 레이저 라인이 최고점을 더 높이면 시스템의 나머지 부분을 건드리지 않고 하나 또는 두 개의 캐비닛을 추가할 수 있습니다.

PCS와 EMS

각 캐비닛에는 고유한100kW 양방향 PCS, 총 500kW AC, 그리드 동기화, 전류 제어 및 단독 운전 감지를 처리합니다. 분산 변환은 모듈형 배터리 블록과 일치하며 시스템을 중단하지 않고 서비스를 위해 하나의 장치를 격리할 수 있으며 AC 케이블 연결을 단순하게 유지합니다.

캐비닛 열 옆 패널에 있는 에너지 관리 시스템(EMS)은 주 저전압 인컴의 변류기에서 플랜트 부하를 읽고 실시간으로 Modbus TCP를 통해 모든 PCS 및 BMS에 지시합니다. 모든 설정값, 일정 및 SOC 예비는 원격으로 조정 가능합니다. 4G 대체 기능을 갖춘 사이트 LAN 연결을 통해 고객의 전기 기술자가 집에서 시스템을 확인하고 방문하지 않고도 작동 데이터를 검토할 수 있습니다.

냉각 및 안전 시스템

캐비닛은 의도적으로 공냉식입니다. 작동 속도는 공기 냉각 기능 내에서 0.5C 이하로 유지됩니다. 액체 냉각을 사용하면 더 엄격한 셀 온도 제어와 더 높은 연속 C-속도를 얻을 수 있지만 냉각수 루프, 펌프 및 고객의 소규모 팀이 수년 동안 짊어져야 할 유지 관리 부담이 추가됩니다.

각 캐비닛은 IP54 등급이며, 빗물이 튀거나 도로 먼지가 없는 지면 위 약 300mm 높이의 콘크리트 받침대에 옥외에 장착됩니다. 접근 가능한 흡입 필터는 고객의 월별 유지 관리 목록에 있습니다. 셀 수준의 전압 및 온도 모니터링은 각 BMS를 통해 실행되며, 연기 및 과열 센서는 제어된 종료를 트리거할 수 있습니다. DC 및 AC 측에는 독립적인 차단기가 있으며 행에는 명확하게 표시된 비상 정지가 있습니다.

설치 및 시운전

사이트에 따라 설치가 제한되었습니다. 유일하게 적합한 위치는 변압기 단지와 공원 도로 사이의 스트립(스위치룸에서 약 30m 떨어진 케이블)이었으므로 우리는 주각 하나를 붓고 그 위에 서비스 간격을 두고 5개의 캐비닛을 설치한 다음 메인 차단기 뒤에 탭된 새 배전반에서 각각 전원을 공급했습니다. 공장에서는 단 한 번의 짧은 생산 중지만 허용했기 때문에 모든 라이브 버스바 작업은 유틸리티 및 교대 계획과 조율하여 일요일에 수행되었습니다.

시운전에는 영업일 기준으로 약 10일이 걸렸습니다. 절연 및 접지 연속성 테스트, 토크 점검, 하루 종일 EMS 판독값과 유틸리티 계량기를 비교하여 CT 극성 및 위상 순서 확인을 수행했습니다. 완전 충전 후 BMS는 셀 균형을 맞추고 SOC 참조를 수정합니다. EMS가 배터리가 실제보다 더 가득 차 있다고 판단하면 모든 파견 결정이 흐트러집니다.

보호 테스트는 고객에게 가장 중요했습니다. 우리는 업스트림 유틸리티 차단기를 열고 PCS가 로컬 그리드 코드에서 요구하는 시간 내에 내보내기를 중지했는지 확인하여 단독 운전 방지를 테스트했습니다. 그런 다음 백업을 테스트했습니다. 주 차단기가 열린 상태에서 PCS는 아일랜드 모드로 전환되었으며 CNC 제어 장치, 압축기 PLC, 코팅 라인 패널 및 비상 조명과 같은 중요한 버스를 운반했습니다. 승인 기준은 간단했습니다. PLC와 CNC 컨트롤러를 다시 시작하면 안 됩니다. 그들은 그렇지 않았고, 그 테스트를 통해 사이트 관리자는 이것이 청구 도구 이상의 것임을 확신했습니다.

그런 다음 시스템은 2주 동안 관찰 모드로 실행되어 충전 없이 부하를 기록하고 결정을 시뮬레이션하여 조정할 수 있는 실제 프로필을 제공했습니다.

일반적인 근무일 동안 ESS가 작동하는 방식

평일에는 시스템이 고객의 전기 기술자가 한눈에 인식할 수 있는 리듬을 따릅니다.

충전은 밤에 이루어집니다. EMS는 용접 야간 근무가 약 22:15에 끝난 후 의도적으로 22:30에 시작하고 일반적으로 06:30 이전에 완료되며, 변압기 부하를 적당하게 유지하고 배터리를 부드럽게 처리하기 위해 충전 전력을 약 200~250kW로 제한합니다. 일반적인 밤에는 SOC가 약 15%에서 90% 상한선(대략 600~650kWh)으로 이동합니다.

아침에는 부하가 한도 아래에 머물고 ESS는 정지됩니다. 점심 식사 후 부하가 850kW 한도에 도달하면 EMS는 출력을 방전하고 조절하여 총 흡입량을 한도에 유지하고 캐비닛 간에 교대로 파견하여 충전 상태의 균형을 유지합니다. 대부분의 경우 방전은 2~3시간 지속되며 배터리는 바닥이 아닌 예비 배터리 근처에서 오후에 종료됩니다.

근무 시간 중에 그리드가 떨어지거나 장애가 발생하면 PCS 장치는 비정상적인 상태를 감지하고 연결을 끊고 배터리에서 중요한 버스를 공급하는 아일랜드를 형성합니다. 그리드가 반환되면 시스템은 일정을 재동기화하고 재개하기 전에 전압 및 주파수 안정성을 확인합니다. 이러한 상황에 대비한 여유 공간이 존재합니다. EMS는 최대 절전 기간 동안 그 이하로 방전되지 않으므로 오후 늦은 시간에도 그리드 이벤트를 위해 에너지가 항상 남아 있습니다.

운영결과

시스템은 여러 청구 주기 동안 실행되었습니다. 스토리지 성능에 대한 주장은 과장되는 경우가 많기 때문에 모니터링 데이터와 고객 기록이 보여주는 것만 보고합니다.

수요 상한선이 유지되었습니다. 활성 피크 절전이 시작된 이후 근무일 중 15분 동안 가장 높은 수요는 감사 중에 측정된 대략 980kW 피크에 비해 구성된 850kW로 유지되었습니다. 고객은 그에 따라 수요 요금이 하락할 것으로 예상했으며, 초기 운영 데이터에 따르면 예상은 현실적이었으나 확실한 절감액을 계산하기 전에 12개월 간의 전체 비교가 필요했습니다.

백업 기능도 그 자체로 입증되었습니다. 첫 달에 두 번 피더가 고장났는데, 이는 유틸리티 회사에서 외부 건설 작업으로 인한 것이라고 생각했습니다. 더 긴 이벤트에서는 그리드가 약 25분 동안 없었습니다. ESS는 중요한 버스를 전체적으로 운반하고 예비 수준 이상으로 마무리했습니다. 단 하나의 CNC 프로그램도 손실되지 않았습니다. 이전에는 폭풍우가 닥쳤을 때 매달 발생하는 위험이었다고 고객은 말했습니다.

열적으로 가장 더운 주의 가장 높은 셀 온도는 약 42°C로 설계 한계 내였으며 오후 방전 동안에만 팬이 고속으로 작동했습니다. 유지 관리 관리자는 시스템이 옆에 있는 공기 압축기보다 주의가 덜 필요하다고 지적했습니다.

프로젝트의 교훈

유사한 설치를 계획하는 사람에게 몇 가지 교훈을 전달해 줄 가치가 있습니다.

첫째, 부하 곡선이 기초입니다. 고객이 "변압기가 너무 작습니다"라고 말했습니다. 측정 결과 정상 변압기에서는 3시간 피크가 나타났습니다. 데이터 대신 설명에 따라 크기를 결정하는 것은 프로젝트가 잘못된 kW/kWh 비율을 얻는 방법입니다.

둘째, 관세가 가치를 결정한다. 이 프로젝트는 수요 요금이 피크 15분을 기준으로 하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 그렇지 않으면 동일한 시스템의 투자 회수 기간이 훨씬 더 길어질 것입니다. 우리는 감사 중에 그렇게 말했습니다.

셋째, EMS는 조정 가능한 상태를 유지해야 합니다. 고객은 교대 패턴을 두 번 변경했으며 변경할 때마다 충전 창이나 한도를 약간 조정해야 했습니다. 시운전 때 정해놓은 일정은 1년 안에 조용히 틀어진다.

넷째, 하드웨어 기능보다 로컬 기능이 더 중요합니다. 우리는 공기 냉각, 간단한 통신 토폴로지 및 문서화된 EMS를 선택했는데 그 이유 중 하나는 고객 팀이 수년 동안 이 시스템을 사용할 것이기 때문입니다.

마지막으로 유틸리티 서류 작업 예산: 그리드 연결 승인이 설치보다 오래 걸렸습니다.

이 ESS 구성을 선택한 이유

모든 주요 선택은 사이트 제약을 추적합니다. 500kW는 기록된 피크와 목표 캡 사이의 간격을 원활하게 변조할 수 있는 마진을 포함합니다. 1,075kWh는 깊은 사이클링 없이 오후 시간대를 커버하여 따뜻한 기후에서 사이클 수명을 보호합니다. LiFePO4는 열과 고객의 유지 관리 능력에 적합합니다. 공기 냉각은 적당한 C-rate에 적합합니다. 5개의 모듈식 캐비닛은 현장 레이아웃과 확장 계획에 적합합니다. 정의된 중요 버스에만 섬 운영이 필요했기 때문에 전체 마이크로그리드 대신 백업을 통한 그리드 연결 운영이 선택되었습니다. 비용 차이가 상당했습니다.

고객은 제안된 가장 큰 시스템을 구매하지 않았으며 우리도 이를 추진하지 않았습니다. 우리는 로드 데이터를 통해 사이징 로직을 제시했고, 측정된 최대치, 확장 계획 및 예산에 맞는 구성을 선택했습니다.

결론

이 프로젝트는 실제로 배터리에 관한 것이 아닙니다. 변압기가 하루 3시간 동안 너무 작고, 관세가 오후 피크를 처벌하고, 그리드가 깜박일 때마다 생산이 CNC 프로그램을 잃을 수 없는 공장에 관한 것이었습니다. 500kW/1,075kWh 배터리 에너지 저장 시스템은 하나의 인프라로 세 가지 모두를 해결했습니다.

고객은 인수 시 시스템이 실험이 아니라 공장 전기 인프라의 예측 가능한 부분처럼 작동한다고 말했습니다. 상업용 에너지 저장 장치 설치에 있어서 가능한 최상의 결과입니다. 현재 공장에서는 다음 사항에 대해 논의 중입니다.태양광 + 저장장치 추가; BESS가 지정되었으므로 PV를 추가하려면 새 인버터 용량과 EMS 업데이트만 필요합니다.

산업용 피크쉐이빙을 위한 추천 ESS 제품

이 프로젝트에서 설명하는 하드웨어는 당사의 표준 산업용 에너지 저장 범위에서 나온 것입니다. 유사한 개조를 평가하는 고객은 일반적으로 다음 세 가지 항목으로 시작합니다.

Tianon New Energy Technology Co., Ltd 소개

2018년에 설립된 Tianon New Energy Technology Co., Ltd는 이 프로젝트에 사용되는 시스템을 제작한 제조업체입니다. 제품 매트릭스에는 주거용 리튬 배터리, 실외 C&I ESS 캐비닛, 수냉식 BESS, 컨테이너형 에너지 저장 장치 및 접이식 태양광 컨테이너가 포함되며 완전한 MWh 수준의 태양광-배터리-디젤 하이브리드 솔루션을 제공합니다. 생산량의 80~90%를 수출하고 3,000명 이상의 고객에게 서비스를 제공하는 이 회사는 사내 시스템 크기 조정, 제품 통합, 선적 및 판매 후 기술 지원을 통해 모든 프로젝트를 지원합니다. 자세한 내용은 당사에서 확인할 수 있습니다.회사 프로필그리고전체 제품 카탈로그.