Этот обзор проекта был написан инженерами, которые спроектировали и ввели систему в эксплуатацию. Это объясняет, почему эта аккумуляторная система хранения энергии была построена такой, какая она была: как выглядел профиль нагрузки клиента, почему существующее электроснабжение больше не было комфортным, каковы были размеры C&I ESS и что изменилось после того, как она была введена в эксплуатацию.
Заказчиком является компания по производству металлоконструкций в индустриальном парке в провинции Биньзыонг, Вьетнам. Они производят прецизионные детали из листового металла, компоненты лазерной резки и сварные узлы для OEM-производителей систем отопления, вентиляции и кондиционирования и лифтов, в основном на экспорт. Завод работает в две производственные смены с понедельника по субботу, включая меньшую ночную смену на сварочных линиях. База оборудования включает станки с ЧПУ для штамповки и лазерной резки, листогибочные прессы, роботизированные сварочные ячейки, линию порошковой окраски и централизованную систему подачи сжатого воздуха.
Впервые мы посетили компанию после того, как клиент получил коммерческое предложение на модернизацию трансформатора и захотел узнать второе мнение; Последующий аудит лег в основу проекта хранилища.
Мы начали с учета реальной загрузки завода. Временный анализатор мощности на стороне низкого напряжения главного трансформатора регистрировал данные за три недели, включая две полные производственные недели.
В утреннюю смену нагрузка составляла 450–650 кВт, увеличивалась после обеда и достигала максимума примерно между 13:30 и 16:30, когда станки с ЧПУ, листогибочные прессы, компрессоры и печь для нанесения покрытия работали вместе. Самый высокий зарегистрированный средний показатель за 15 минут составил около 980 кВт при средней дневной нагрузке примерно 620 кВт — гораздо больший разрыв, чем предполагала производственная группа.
Этот профиль имел два последствия. Провинциальный тариф включает плату за потребление, основанную на самом высоком среднем 15-минутном спросе каждый месяц, поэтому дневной пик увеличивает фиксированную часть счета. А пик все рос: уже была заказана новая линия лазерной резки.
Питание станции осуществляется от одного трансформатора 22/0,4 кВ мощностью 1250 кВА. При мощности 980 кВт и измеренном коэффициенте мощности около 0,92 он выдавал примерно 1065 кВА — выше 85% номинальной мощности. Это не немедленная перегрузка, но отсутствие запаса мощности, и это объясняет две жалобы менеджера по техническому обслуживанию.
Во-первых, напряжение: во время дневного пика дальний конец заводской шины провисал, и в самые жаркие месяцы контроллеры ЧПУ время от времени отключались из-за пониженного напряжения. Во-вторых, мощность: новая лазерная линия позволит трансформатору приблизиться к своему пределу в течение года.
Коммунальное предприятие предложило новый трансформатор мощностью 2000 кВА и реконфигурацию подстанции, что потребовало длительного времени и значительных капитальных затрат. Мы посмотрели на проблему по-другому: трансформатор находился под нагрузкой всего два-три часа в день, а в остальное время имел достаточный запас прочности. Именно эту асимметрию и исправляет хранилище, поэтому вместо модернизации трансформатора для обслуживания трехчасового пика мы предложили ESS, который срезает пик и оставляет существующую инфраструктуру на месте.
Согласованным объемом работ была подключенная к сети аккумуляторная система хранения энергии с тремя функциями: снижение пиковой нагрузки во второй половине дня, переключение нагрузки путем зарядки в ночное время, когда тариф ниже, и резервное копирование для определенного списка критических нагрузок во время сбоев в сети. Результатом стала система переменного тока мощностью 500 кВт с номинальной мощностью LiFePO4 1075 кВтч в пяти наружных шкафах. В таблице приведены параметры; в разделах ниже объясняется, почему было выбрано то или иное значение.
| Параметр | Ценить |
|---|---|
| Трансформаторная мощность (действующая) | 1250 кВА, 22/0,4 кВ |
| Средняя дневная нагрузка | ~620 кВт |
| Зарегистрированная пиковая нагрузка (в среднем за 15 минут) | ~980 кВт |
| Номинальная мощность ESS | 500 кВт переменного тока (5 × 100 кВт) |
| Емкость аккумулятора | Номинальная мощность 1075 кВтч, LiFePO4 |
| Рабочий диапазон СОК | 10–90 %, с настраиваемым резервным резервом |
| Окно заряда | 22:30–06:30, мощность ограничена службой скорой помощи |
| Разгрузочное окно | 13:30–16:30, ограничение нагрузки 850 кВт |
| Охлаждение | Вентиляторы с воздушным охлаждением и инверторным приводом |
| Корпус | Шкаф уличный, IP54, бетонный цоколь |
| Коммуникация | Modbus TCP к PCS/BMS, локальная сеть объекта с резервным 4G |
| Подключение к сети | Низковольтная, за счетчиком, без экспорта |
LiFePO4 был выбран по двум причинам, зависящим от конкретного объекта: он хорошо переносит теплую внешнюю среду (температура окружающей среды регулярно достигает 35–37°C), а команда электриков заказчика не имела опыта работы с литием, поэтому безопасность и предсказуемое старение имели большее значение, чем максимальная производительность.
Цифра 1075 кВтч взята не из каталога. Для поддержания ограничения спроса на уровне 850 кВт в течение обычного дня требуется средний разряд примерно 130 кВт в течение двух-трех часов, поэтому номинальная мощность была установлена значительно выше этого значения, чтобы поддерживать дневной цикл в пределах комфортной глубины разряда. Окно SOC составляет 10–90 %: верхний предел замедляет старение в жаркую погоду, нижний предел защищает от глубокого разряда, а EMS добавляет настраиваемый резервный резерв в рабочее время, поэтому пиковое бритье никогда не разряжает батарею на пол.
Пять шкафов 100 кВт/215 кВтч от нашегосерия промышленных и коммерческих шкафов ESSзаменил то, что в противном случае было бы контейнером, потому что единственное доступное пространство возле трансформаторного комплекса было длинным и узким. Модульная компоновка также обеспечивает легкий путь расширения: если новая лазерная линия поднимет пик выше, можно добавить один или два шкафа, не затрагивая остальную часть системы.
У каждого кабинета свой100 кВт двунаправленный PCS, всего 500 кВт переменного тока, обеспечивает синхронизацию сети, контроль тока и обнаружение секционирования. Распределенное преобразование соответствует модульным аккумуляторным блокам, позволяет изолировать один блок для обслуживания без остановки системы и упрощает прокладку кабелей переменного тока.
Система управления энергопотреблением (EMS), расположенная на панели рядом с рядом шкафов, считывает нагрузку установки от трансформаторов тока на главном низковольтном вводе и направляет работу всех PCS и BMS через Modbus TCP в режиме реального времени. Все настройки, графики и резерв SOC настраиваются удаленно; подключение к локальной сети объекта с резервным 4G позволяет электрикам заказчика проверять систему из дома, а нам — просматривать рабочие данные без посещения.
Шкафы намеренно имеют воздушное охлаждение. Рабочая температура остается на уровне 0,5C или ниже в пределах возможностей воздушного охлаждения. Жидкостное охлаждение потребовало бы более жесткого контроля температуры ячейки и более высокого непрерывного коэффициента C, но оно добавляет контуры охлаждающей жидкости, насосы и бремя технического обслуживания, которое небольшая команда заказчика будет нести годами.
Каждый шкаф имеет класс защиты IP54, монтируется снаружи на бетонном постаменте на высоте около 300 мм над уровнем земли, вдали от брызг дождя и дорожной пыли. Доступные впускные фильтры включены в список ежемесячного обслуживания клиента. Мониторинг напряжения и температуры на уровне ячеек осуществляется через каждую систему BMS с помощью датчиков дыма и перегрева, способных инициировать контролируемое отключение; Стороны постоянного и переменного тока имеют независимые выключатели, а ряд имеет четко обозначенную кнопку аварийной остановки.
Установка была ограничена местом установки. Единственным подходящим местом была полоса между трансформаторным комплексом и парковой дорогой, примерно в 30 метрах кабеля от распределительного помещения, поэтому мы залили один цоколь, установили на него пять шкафов с зазором для обслуживания и запитали каждый от нового распределительного щита, подключенного после главного выключателя. Завод допускал только одну короткую остановку производства, поэтому все работы с шинами под напряжением выполнялись в воскресенье в соответствии с коммунальным предприятием и планом смены.
Ввод в эксплуатацию занял около десяти рабочих дней: испытания изоляции и целостности заземления, проверка крутящего момента, а также проверка полярности трансформатора тока и последовательности фаз путем сравнения показаний EMS со счетчиком коммунальных услуг в течение полного дня. Затем последовала полная зарядка, позволяющая BMS сбалансировать ячейки и исправить эталон SOC — если EMS считает, что батарея более полная, чем она есть на самом деле, каждое решение об отправке отклоняется.
Тесты защиты имели для клиента наибольшее значение. Мы протестировали защиту от изолирования, открыв предохранитель восходящего канала и подтвердив, что PCS прекратила экспорт в течение времени, требуемого местными правилами сети. Затем мы протестировали резервное копирование: при разомкнутом главном выключателе АСУ ТП перешла в изолированный режим и включила в себя критически важную шину — элементы управления ЧПУ, ПЛК компрессора, панель линии нанесения покрытия и аварийное освещение. Критерий приемки был прост: ПЛК и контроллеры ЧПУ не должны перезапускаться. Они этого не сделали, и этот тест убедил менеджера объекта, что это больше, чем просто инструмент для выставления счетов.
Затем система работала в режиме наблюдения в течение двух недель — записывая нагрузку и моделируя решения без взимания платы, — чтобы дать нам реальный профиль для настройки.
В обычный будний день система следует ритму, который электрики клиента теперь сразу узнают.
Зарядка происходит ночью. СЭМ начинается в 22:30 — намеренно после того, как ночная смена сварщика заканчивается примерно в 22:15 — и обычно заканчивается задолго до 06:30, ограничивая мощность заряда примерно до 200–250 кВт, чтобы поддерживать умеренную нагрузку на трансформатор и бережное обращение с аккумулятором. Типичная ночь увеличивает SOC примерно с 15% до потолка 90%: примерно 600–650 кВтч.
Утром нагрузка остается ниже предела, и ESS отдыхает. После обеда, когда нагрузка приближается к пределу в 850 кВт, EMS разряжает и модулирует выходную мощность, чтобы удерживать общее потребление на максимальном уровне, чередуя распределение между шкафами, чтобы поддерживать баланс заряда. В большинстве дней разряд длится два-три часа, а батарея разряжается ближе к полудню, а не на полу.
Если сеть падает или выходит из строя в рабочее время, блоки PCS обнаруживают аномальное состояние, отключаются и образуют остров, питающий критическую шину от батареи. Когда сеть восстанавливается, система проверяет стабильность напряжения и частоты перед повторной синхронизацией и возобновлением работы по графику. На этот случай существует резерв: EMS никогда не разряжается ниже этого уровня во время пикового сглаживания, поэтому энергия всегда остается на случай сбоя в сети, даже ближе к вечеру.
Система проработала несколько циклов выставления счетов. Заявления о производительности хранилища часто завышены, поэтому мы сообщаем только то, что показывают данные мониторинга и записи клиентов.
Ограничение спроса сохранилось. С момента начала активного снижения пиковой нагрузки максимальная 15-минутная нагрузка в рабочие дни оставалась на уровне настроенных 850 кВт по сравнению с пиковым значением примерно 980 кВт, измеренным во время аудита. Заказчик ожидал, что плата за спрос соответствующим образом снизится, и первоначальные операционные данные показывают, что ожидания были реалистичными, хотя необходимо полное сравнение за двенадцать месяцев, прежде чем говорить о твердой экономии.
Функция резервного копирования тоже себя зарекомендовала. Дважды за первые месяцы фидер выходил из строя, что в коммунальном хозяйстве объяснили внешними строительными работами. В более длительном соревновании сетка отсутствовала около 25 минут; ESS пронесла критически важную шину и финишировала выше резервного уровня. Ни одна программа ЧПУ не была потеряна — ранее, по словам заказчика, это был ежемесячный риск в сезон ураганов.
В термическом отношении самая высокая температура ячейки в самую жаркую неделю составила около 42°C, что находится в пределах расчетного предела, при этом вентиляторы работали на высокой скорости только во время дневной разрядки. Менеджер по техническому обслуживанию отметил, что система требует меньше внимания, чем воздушный компрессор рядом с ней.
Несколько уроков стоит передать всем, кто планирует подобную установку.
Во-первых, кривая нагрузки является основой. Заказчик сказал: «Трансформатор слишком мал»; измерения показали трехчасовой пик на исправном трансформаторе. При подборе параметров по описанию, а не по данным, проекты получают неправильное соотношение кВт/кВтч.
Во-вторых, тариф определяет стоимость. Этот проект окупается, поскольку плата за спрос рассчитывается на основе 15-минутного пика; без этого та же система имела бы гораздо более длительную окупаемость — мы так говорили во время аудита.
В-третьих, EMS должна оставаться регулируемой. Клиент дважды менял график смен, и каждое изменение требовало небольшой корректировки окна или предела начисления. График, установленный при вводе в эксплуатацию, незаметно становится неправильным в течение года.
В-четвертых, локальные возможности имеют большее значение, чем аппаратные возможности. Мы выбрали воздушное охлаждение, простую топологию связи и документированную EMS отчасти потому, что команда заказчика будет работать с этой системой долгие годы.
Наконец, бюджет на оформление коммунальных документов: согласование подключения к сети заняло больше времени, чем монтаж.
Каждый важный выбор связан с ограничениями сайта. Мощность 500 кВт покрывает разрыв между зарегистрированным пиком и целевым пределом с запасом для плавной модуляции. 1075 кВтч покрывают дневное окно без глубокой езды на велосипеде, сохраняя срок службы в теплом климате. LiFePO4 соответствует температуре и возможностям обслуживания клиента; воздушное охлаждение подходит для умеренного C-рейта; пять модульных шкафов соответствуют планировке объекта и плану расширения; а работа с подключением к сети с резервным копированием была выбрана вместо полной микросети, поскольку только определенная критическая шина нуждалась в изолированной работе — разница в стоимости была значительной.
Заказчик не купил самую большую предложенную систему, и мы ее не продвигали. Мы представили логику определения параметров вместе с данными о нагрузке, и они выбрали конфигурацию, которая соответствовала их измеренному пику, плану расширения и бюджету.
На самом деле этот проект не был посвящен батареям. Речь шла о заводе, трансформатор которого был слишком мал для трех часов в день, чей тариф наказывал за дневной пик и чье производство не могло позволить себе терять программы ЧПУ каждый раз, когда мигала сеть. Аккумуляторная система хранения энергии мощностью 500 кВт / 1075 кВтч объединяет все три объекта в единую инфраструктуру.
При передаче заказчик заявил, что система ведет себя как предсказуемая часть заводской электроинфраструктуры, а не как эксперимент. Для установки коммерческого хранения энергии это наилучший возможный результат. Сейчас на заводе обсуждаютСолнечная батарея + хранилище; был указан BESS, поэтому для добавления фотоэлектрической энергии требуется только новая мощность инвертора и обновление EMS.
Аппаратное обеспечение, описанное в этом проекте, взято из нашей стандартной линейки промышленных накопителей энергии. Клиенты, оценивающие подобную модернизацию, обычно начинают со следующих трех пунктов.
Компания Tianon New Energy Technology Co., Ltd, основанная в 2018 году, является производителем систем, используемых в этом проекте. Ее продуктовая матрица охватывает бытовые литиевые батареи, наружные шкафы C&I ESS, BESS с жидкостным охлаждением, контейнерные накопители энергии и складные солнечные контейнеры, а также предлагает комплексные гибридные решения солнечной батареи с дизельным двигателем мощностью МВтч. Поскольку 80–90% продукции экспортируется и обслуживается более 3000 клиентов, компания поддерживает каждый проект, проводя собственную калибровку системы, интеграцию продуктов, отгрузку и послепродажную техническую поддержку. Более подробную информацию можно получить на нашемПрофиль компаниии вполный каталог продукции.
