Vietnam'da Bir Metal Üretim Tesisinde Pik Kırpma İçin Endüstriyel Batarya Enerji Depolama Sistemi (BESS)

Bu proje incelemesi, sistemi tasarlayan ve devreye alan mühendisler tarafından yazılmıştır. Bu Batarya Enerji Depolama Sisteminin neden bu şekilde inşa edildiğini açıklar: müşterinin yük profili nasıldı, mevcut tedarik neden artık yeterli değildi, C&I ESS nasıl boyutlandırıldı ve hizmete girdikten sonra neler değişti.

Proje Arka Planı

Müşteri, Vietnam'ın Binh Duong Eyaleti'ndeki bir sanayi bölgesinde bulunan bir metal üretim şirketidir. Çoğunlukla ihracat için HVAC ve asansör OEM'leri için hassas sac parçaları, lazer kesim bileşenleri ve kaynaklı montajlar üretmektedirler. Tesis, Pazartesi'den Cumartesi'ye kadar iki üretim vardiyası ve kaynak hatlarında daha küçük bir gece vardiyası yürütmektedir. Ekipman tabanı CNC delme ve lazer kesim makineleri, pres frenleri, robotik kaynak hücreleri, toz boya hattı ve merkezi bir basınçlı hava sistemi içermektedir.

Müşteri bir trafo yükseltme için bir elektrik dağıtım şirketi teklifi aldıktan ve ikinci bir görüş almak istedikten sonra ilk ziyaretimizi yaptık; ardından gelen denetim, depolama projesinin temelini oluşturdu.

Müşterinin Enerji Zorluğu

Tesisin gerçek yükünü kaydederek başladık. Ana trafonun alçak gerilim tarafındaki geçici bir güç analizörü, iki tam üretim haftası dahil olmak üzere üç haftalık veriyi kaydetti.

Sabah vardiyası sırasında yük 450-650 kW civarındaydı, öğleden sonra tırmandı ve CNC makineleri, pres frenleri, kompresörler ve kaplama fırınının birlikte çalıştığı yaklaşık 13:30 ile 16:30 arasında zirveye ulaştı. Kaydedilen en yüksek 15 dakikalık ortalama, yaklaşık 620 kW'lık ortalama gündüz yüküne karşı yaklaşık 980 kW idi - üretim ekibinin fark ettiğinden çok daha geniş bir fark.

Bu profilin iki sonucu oldu. İlçe tarifesi, her ayın en yüksek 15 dakikalık ortalama talebine dayanan bir talep ücreti içerir, bu nedenle öğleden sonra zirvesi faturanın sabit kısmını şişirdi. Ve zirve büyüyordu: yeni bir lazer kesim hattı zaten sipariş edilmişti.

Mevcut Güç Sistemi Neden Yeterli Değildi

Tesis, 1.250 kVA nominal değerli tek bir 22/0,4 kV trafo tarafından beslenmektedir. 980 kW ve ölçülen yaklaşık 0,92 güç faktörü ile, yaklaşık 1.065 kVA taşıyordu - derecelendirmesinin %85'inin üzerinde. Acil bir aşırı yüklenme değil, ancak boşluk yoktu ve bakım müdüründen gelen iki şikayeti açıklıyordu.

Birincisi, voltaj: öğleden sonra zirvesi sırasında fabrikanın bara ucunda düşüş yaşandı ve en sıcak aylarda CNC kontrolörleri zaman zaman düşük voltaj nedeniyle arızalandı. İkincisi, kapasite: yeni lazer hattı, bir yıl içinde trafoı limitine yaklaştıracaktı.

Elektrik dağıtım şirketi, yeni bir 2.000 kVA trafo ve bir trafo merkezi yeniden yapılandırması önerdi - uzun teslim süresi ve önemli sermaye maliyeti. Soruna farklı baktık: trafo günde sadece iki ila üç saat zorlanıyordu ve geri kalan zamanlarda yeterli marjı vardı. Bu asimetri, depolamanın düzelttiği şeydir, bu nedenle üç saatlik bir zirveye hizmet etmek için trafoı yükseltmek yerine, zirveyi kırpan ve mevcut altyapıyı yerinde bırakan bir ESS önerdik.

ESS Sistem Tasarımı

Anlaşılan kapsam, üç işleve sahip şebekeye bağlı bir Batarya Enerji Depolama Sistemi idi: öğleden sonra pik kırpma, gece düşük tarifede şarj ederek yük kaydırma ve şebeke arızaları sırasında tanımlanmış kritik yükler için yedekleme. Sonuç, beş dış mekan kabininde 1.075 kWh nominal LiFePO4 kapasiteli 500 kW AC sistemdi. Tablo parametreleri özetlemektedir; aşağıdaki bölümler her değerin neden seçildiğini açıklamaktadır.

Batarya Yapılandırması

LiFePO4, iki yere özgü nedenden dolayı seçildi: sıcak dış ortamı iyi tolere eder (ortam sıcaklıkları düzenli olarak 35-37°C'ye ulaşır) ve müşterinin elektrik ekibinin lityum deneyimi yoktu, bu nedenle güvenlik ve öngörülebilir yaşlanma, pik performanstan daha önemliydi.

1.075 kWh rakamı bir katalogdan alınmadı. Talebi 850 kW'da tipik bir öğleden sonra tutmak, iki ila üç saat boyunca yaklaşık 130 kW ortalama deşarj gerektirir, bu nedenle nominal kapasite, günlük döngüyü rahat bir deşarj derinliği içinde tutmak için bunun oldukça üzerine ayarlandı. SOC aralığı %10-90'dır: üst sınır sıcak havada yaşlanmayı yavaşlatır, alt sınır derin deşarjı önler ve EMS, çalışma saatleri boyunca yapılandırılabilir bir yedek rezerv ekler, böylece pik kırpma bataryayı asla zemine kadar boşaltmaz.

Beş adet 100 kW / 215 kWh kabin, aksi takdirde bir konteyner olacaktı, çünkü trafo bileşiği yakınındaki tek uygun alan uzun ve dardı. Modüler düzen ayrıca kolay bir genişleme yolu sunar: yeni lazer hattı zirveyi daha da yükseltirse, sistemin geri kalanına dokunmadan bir veya iki kabin eklenebilir.PCS ve EMSHer kabin, toplamda 500 kW AC olan kendi 100 kW çift yönlü PCS'sine sahiptir, şebeke senkronizasyonu, akım kontrolü ve ada modu algılamayı yönetir. Dağıtılmış dönüşüm, modüler batarya bloklarına uyar, bir ünitenin sistemi durdurmadan servis için izole edilmesini sağlar ve AC kablolamasını basit tutar.

Enerji Yönetim Sistemi (EMS), kabin sırasının yanındaki bir panelde, ana alçak gerilim girişindeki akım trafolarından tesis yükünü okur ve her PCS ve BMS'yi gerçek zamanlı olarak Modbus TCP üzerinden yönlendirir. Tüm ayar noktaları, programlar ve SOC rezervi uzaktan ayarlanabilir; 4G yedekli bir site LAN bağlantısı, müşterinin elektrikçilerinin sistemi evden kontrol etmesine ve bizim ziyaret etmeden işletme verilerini incelememize olanak tanır.

Soğutma ve Güvenlik SistemiKabinler kasıtlı olarak hava soğutmalıdır. Çalışma oranları 0,5C'nin altında veya eşit kalır, hava soğutma kapasitesi dahilindedir. Sıvı soğutma, daha sıkı hücre sıcaklığı kontrolü ve daha yüksek sürekli C-oranı sağlardı, ancak müşterinin küçük ekibinin yıllarca taşıyacağı soğutucu döngüleri, pompalar ve bir bakım yükü ekler.Her kabin IP54'tür, yağmur sıçramasından ve yol tozundan uzak, yerden yaklaşık 300 mm yukarıda bir beton kaide üzerine dışarıya monte edilmiştir. Erişilebilir giriş filtreleri müşterinin aylık bakım listesindedir. Hücre seviyesi voltaj ve sıcaklık izleme her BMS üzerinden çalışır, duman ve aşırı sıcaklık sensörleri kontrollü bir kapanmayı tetikleyebilir; DC ve AC tarafları bağımsız kesicilere sahiptir ve sıra açıkça işaretlenmiş bir acil durdurmaya sahiptir.

Kurulum ve Devreye Alma

Kurulum, site ile kısıtlandı. Tek uygun yer, trafo bileşiği ile park yolu arasındaki, ana kesiciden sonra dokunulmuş yeni bir dağıtım panosundan her birini besleyen, servis boşluğu olan beş kabini üzerine yerleştirdiğimiz, yaklaşık 30 metre kablo mesafesindeki bir şeritti. Tesis sadece kısa bir üretim duruşuna izin verdi, bu nedenle tüm canlı bara çalışmaları Pazar günü, elektrik dağıtım şirketi ve vardiya planı ile koordine edilerek yapıldı.

Devreye alma yaklaşık on iş günü sürdü: yalıtım ve toprak sürekliliği testleri, tork kontrolleri ve EMS okumalarını tam bir gün boyunca elektrik dağıtım şirketi sayacıyla karşılaştırarak CT polaritesi ve faz sırası doğrulaması. Ardından, BMS'nin hücreleri dengelemesine ve SOC referansını düzeltmesine izin veren tam bir şarj yapıldı - EMS bataryanın olduğundan daha dolu olduğunu düşünürse, her sevk kararı kayar.

Müşteri için en önemli olan koruma testleriydi. Yerel şebeke kodunun gerektirdiği sürede PCS'nin ihracatı durdurduğunu doğrulayarak, yukarı akış elektrik dağıtım şirketi kesicisini açarak ada moduna karşı korumayı test ettik. Ardından yedeklemeyi test ettik: ana kesici açıkken, PCS ada moduna geçti ve kritik hattı - CNC kontrolleri, kompresör PLC'si, kaplama hattı paneli ve acil durum aydınlatması - besledi. Kabul kriteri basitti: PLC'ler ve CNC kontrolörleri yeniden başlamamalıydı. Yeniden başlamadılar ve bu test, saha müdürünü bunun bir faturalandırma aracından fazlası olduğuna ikna etti.

Ardından sistem, bize karşı ayarlamak için gerçek bir profil sağlamak üzere iki hafta boyunca gözlem modunda çalıştı - yükü kaydederek ve kararları simüle ederek, şarj etmeden.

ESS Tipik Bir İş Günü Boyunca Nasıl Çalışır

Normal bir hafta içi sistem, müşterinin elektrikçilerinin artık bir bakışta tanıdığı bir ritmi takip eder.

Şarj geceleri gerçekleşir. EMS, kasten kaynak gece vardiyası yaklaşık 22:15'te bittikten sonra, 22:30'da başlar ve genellikle 06:30'dan çok önce biter, trafo yükünü orta düzeyde tutmak ve bataryayı nazikçe kullanmak için şarj gücünü yaklaşık 200-250 kW ile sınırlar. Tipik bir gece, SOC'yi yaklaşık %15'ten %90 tavanına geri taşır: yaklaşık 600-650 kWh.

Sabahları yük, sınırın altında kalır ve ESS dinlenir. Öğleden sonra, yük 850 kW sınırına yaklaştığında, EMS deşarj olur ve toplam girişi sınıra sabitlemek için çıkışı modüle eder, şarj durumlarını dengelemek için kabinler arasında sevkıyatı döndürür. Çoğu gün deşarj iki ila üç saat sürer ve batarya öğleden sonrayı zeminde değil, rezervine yakın bitirir.

Çalışma saatleri sırasında şebeke düşerse veya kesilirse, PCS üniteleri anormal durumu algılar, bağlantıyı keser ve bataryadan kritik hattı besleyen bir ada oluşturur. Şebeke geri döndüğünde, sistem yeniden senkronize etmeden ve programına devam etmeden önce voltaj ve frekans kararlılığını doğrular. Rezerv bu durum için mevcuttur: EMS pik kırpma sırasında asla bunun altına deşarj olmaz, bu nedenle öğleden sonra geç saatlerde bile bir şebeke olayı için her zaman enerji kalır.

Operasyonel Sonuçlar

Sistem birkaç faturalandırma döngüsü boyunca çalıştı. Depolama performansı iddiaları genellikle abartılır, bu nedenle yalnızca izleme verilerinin ve müşterinin kayıtlarının gösterdiklerini raporluyoruz.

Talep sınırı tutuldu. Aktif pik kırpma başladıktan bu yana, çalışma günlerinde en yüksek 15 dakikalık talep, denetim sırasında ölçülen yaklaşık 980 kW'a karşı yapılandırılmış 850 kW'da kaldı. Müşteri, talep ücretinin buna göre düşmesini bekliyordu ve ilk işletme verileri bu beklentinin gerçekçi olduğunu gösteriyor, ancak kesin bir tasarruf belirtmeden önce tam bir on iki aylık karşılaştırma gereklidir.

Yedekleme işlevi de kendini kanıtladı. İlk aylarda iki kez besleyici arızalandı, bu da elektrik dağıtım şirketi tarafından dış inşaat işlerine bağlandı. Daha uzun süren olayda şebeke yaklaşık 25 dakika yoktu; ESS, kritik hattı boyunca taşıdı ve rezerv seviyesinin üzerinde bitirdi. Müşterinin dediğine göre, daha önce fırtına mevsiminde aylık bir risk olan tek bir CNC programı kaybolmadı.

Termal olarak, en sıcak haftada en yüksek hücre sıcaklığı yaklaşık 42°C idi, tasarım sınırı içinde, fanlar yalnızca öğleden sonra deşarjı sırasında yüksek hızdaydı. Bakım müdürü, sistemin yanındaki hava kompresöründen daha az ilgi gerektirdiğini belirtti.

Proje Dersleri

Benzer bir kurulum planlayan herkese aktarılmaya değer birkaç ders var.

Birincisi, yük eğrisi temeldir. Müşteri "trafonun çok küçük olduğunu" söyledi; ölçümler, aksi takdirde sağlıklı bir trafoda üç saatlik bir zirveyi gösterdi. Veri yerine bir tanıma göre boyutlandırma, projelerin yanlış kW/kWh oranına sahip olmasının yoludur.

İkincisi, tarife değeri belirler. Bu proje ödeme yapıyor çünkü talep ücreti 15 dakikalık pik'e dayanıyor; bu olmadan, aynı sistemin çok daha uzun bir geri ödeme süresi olurdu - denetim sırasında bunu söyledik.

Üçüncüsü, EMS ayarlanabilir kalmalıdır. Müşteri vardiya düzenlerini iki kez değiştirdi ve her değişiklik şarj penceresinde veya sınırda küçük bir ayarlama gerektirdi. Devreye alma sırasında sabitlenen bir program bir yıl içinde sessizce yanlış hale gelir.

Dördüncüsü, yerel yetenek donanım özelliklerinden daha önemlidir. Hava soğutmayı, basit bir iletişim topolojisini ve belgelenmiş bir EMS'yi kısmen seçtik çünkü müşterinin ekibi bu sistemle yıllarca yaşayacak.

Son olarak, elektrik dağıtım şirketi evrakları için bütçe ayırın: şebeke bağlantı onayı kurulumdan daha uzun sürdü.

Bu ESS Yapılandırması Neden Seçildi

Her büyük seçim bir site kısıtlamasına dayanır. 500 kW, kaydedilen pik ile hedef sınır arasındaki boşluğu sorunsuz modülasyon için marjla kapsar. 1.075 kWh, derin döngü yapmadan öğleden sonra penceresini kapsar, sıcak bir iklimde döngü ömrünü korur. LiFePO4 ısıya ve müşterinin bakım kapasitesine uygundur; hava soğutma orta C-oranına uygundur; beş modüler kabin site düzenine ve genişleme planına uygundur; ve yedeklemeli şebekeye bağlı çalışma, yalnızca tanımlanmış bir kritik hattın ada operasyonu gerektirmesi nedeniyle tam bir mikro şebekeye tercih edildi - maliyet farkı önemliydi.

Müşteri önerilen en büyük sistemi satın almadı ve biz de bir tane zorlamadık. Boyutlandırma mantığını yük verileriyle sunduk ve ölçülen pik, genişleme planı ve bütçeleriyle eşleşen yapılandırmayı seçtiler.

Sonuç

Bu proje aslında pillerle ilgili değildi. Trafosu günde üç saat boyunca çok küçük olan, tarifesinin öğleden sonra zirvesini cezalandırdığı ve üretiminin şebeke her göz kırptığında CNC programlarını kaybetmeyi göze alamadığı bir fabrika ile ilgiliydi. 500 kW / 1.075 kWh Batarya Enerji Depolama Sistemi, bu üçünü tek bir altyapı parçasıyla ele aldı.

Teslimatta müşteri, sistemin bir deney değil, fabrikanın elektriksel altyapısının öngörülebilir bir parçası gibi davrandığını söyledi - Ticari Enerji Depolama kurulumu için mümkün olan en iyi sonuç. Tesis şu anda bir Güneş + Depolama eklemesi tartışıyor; BESS, PV eklemenin yalnızca yeni invertör kapasitesi ve bir EMS güncellemesi gerektirmesi için belirtildi.

Endüstriyel Pik Kırpma İçin Önerilen ESS Ürünleri

Bu projede açıklanan donanım, standart endüstriyel enerji depolama ürün yelpazemizden gelmektedir. Benzer bir tadilatı değerlendiren müşteriler genellikle aşağıdaki üç öğeyle başlar.

241 kWh Endüstriyel ve Ticari LiFePO4 ESS Kabini

Fabrika pik kırpma ve yedek güç için tasarlanmış, bu projenin modüler batarya yapılandırmasında kullanılan kabin sınıfı.500 kW Ticari Enerji Depolama İnvertörü PCSBu projenin 500 kW AC derecelendirmesine uyan, hem şebeke bağlı hem de ada modunda çalışmayı destekleyen güç dönüştürme ünitesi.

İstiflenebilir Endüstriyel ESS, 241 kWh (768 V, 15'li paket)

Bir kabin sırasının mevcut alana uymadığı yerler için daha yüksek voltajlı, tek bloklu bir alternatif.