1. ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन प्रणाली की दक्षता परिभाषा
पावर स्टेशन की व्यापक दक्षता
जीबीटी 36549-2018 के अनुसार "ऑपरेशन संकेतक और इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशनों का मूल्यांकन", ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों की व्यापक दक्षता उत्पादन और संचालन प्रक्रिया के दौरान ऑन ग्रिड बिजली और ऑफ ग्रिड बिजली का अनुपात होना चाहिए। मूल्यांकन अवधि के दौरान ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन, यानी, मूल्यांकन अवधि के दौरान ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन और ग्रिड के बीच गेटवे मीटर द्वारा ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन से ग्रिड तक प्रेषित बिजली की कुल मात्रा/बिजली की कुल मात्रा से ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन द्वारा प्राप्त किया गया ग्रिड।
ऊर्जा भंडारण उपकरणों की दक्षता
जीबी/टी 51437-2021 के अनुसार "पवन, सौर और ऊर्जा भंडारण संयुक्त पावर स्टेशनों के लिए डिजाइन मानक":
ऊर्जा भंडारण उपकरणों की दक्षता की गणना निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके बैटरी दक्षता, बिजली रूपांतरण प्रणाली दक्षता, बिजली लाइन दक्षता और ट्रांसफार्मर दक्षता जैसे कारकों के आधार पर की जानी चाहिए:
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: बैटरी दक्षता, ऊर्जा भंडारण बैटरियों की चार्ज और डिस्चार्ज चक्र को पूरा करने की दक्षता, जो बैटरी बॉडी द्वारा डिस्चार्ज की गई बिजली की मात्रा और चार्ज की गई बिजली की मात्रा का अनुपात है। ऊर्जा भंडारण बैटरियों के तकनीकी प्रदर्शन के अनुसार, बैटरी की चार्ज डिस्चार्ज रूपांतरण दक्षता 1C दर पर 92% (द्विदिशात्मक) से कम नहीं है, और 0.5C दर पर 94% (द्विदिशात्मक) से कम नहीं है;
Φ 2: सुधार दक्षता और इन्वर्टर दक्षता सहित बिजली रूपांतरण प्रणाली की दक्षता; बाजार पीसीएस उत्पादन स्थिति के अनुसार, 98.5% (एकतरफ़ा) आम तौर पर लिया जाता है;
Φ 3:एसी/डीसी केबलों के द्विदिशीय संचरण हानि के बाद दक्षता पर विचार करते हुए, बिजली लाइनों की दक्षता;
Φ 4:ट्रांसफार्मर की दक्षता, ट्रांसफार्मर के द्विदिश परिवर्तन हानि पर विचार करने के बाद दक्षता को ध्यान में रखते हुए।
2. ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों में सहायक प्रणालियों का नुकसान
समग्र रूप से जो कुछ कार्यों का एहसास करता है, ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन संचालन के दौरान ऊर्जा भंडारण प्रणाली के सुरक्षित और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए बड़ी संख्या में सहायक उपकरणों पर निर्भर करते हैं, जैसे एकीकृत बिजली प्रणाली, प्रकाश व्यवस्था, सुरक्षा प्रणाली, फायर अलार्म सिस्टम , पर्यावरण प्रणालियाँ, एचवीएसी प्रणालियाँ, स्वचालन प्रणालियाँ, आदि। ये प्रणालियाँ अपने विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए ऊर्जा भंडारण बिजली संयंत्रों के लिए सहायक प्रणालियों के रूप में काम करती हैं, इसलिए सहायक उपकरणों की बिजली खपत भी ऊर्जा की कुल ऊर्जा खपत का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। भंडारण बिजली संयंत्र.
ऊर्जा भंडारण प्रणाली संचालन में हो या नहीं (स्टैंडबाय स्थिति में) हो सकती है। ग्रिड पीक शेविंग और वैली फिलिंग में भाग लेने वाले ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों के लिए, यदि ऑपरेशन रणनीति 0.5C की चार्ज डिस्चार्ज दर के साथ प्रति दिन एक चार्ज और एक डिस्चार्ज पूरा करना है, तो ऊर्जा भंडारण प्रणाली चालू रहेगी चार्ज डिस्चार्ज अवस्था (2h) के दौरान, और बाकी समय के दौरान संचालन में नहीं। परिचालन स्थिति के संबंध में, इसके सहायक उपकरण की परिचालन स्थिति गैर-परिचालन स्थिति से भिन्न होती है। मुख्य अंतर यह है कि एचवीएसी प्रणाली चालू अवस्था में चालू होती है और चालू नहीं होती है या कभी-कभी गैर-परिचालन अवस्था में चालू हो जाती है।
ऊर्जा भंडारण प्रणाली का मुख्य सहायक उपकरण बैटरी पूर्वनिर्मित डिब्बे में बिजली की खपत करता है, और मुख्य बिजली खपत करने वाला उपकरण औद्योगिक एयर कंडीशनिंग है। औद्योगिक एयर कंडीशनिंग, बैटरी पूर्वनिर्मित डिब्बों के लिए एक प्रमुख थर्मल प्रबंधन उपकरण के रूप में, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के संचालन के दौरान एक आवश्यक उपकरण है। इसका उपयोग मुख्य रूप से ऊर्जा भंडारण उपकरणों के ऑपरेटिंग तापमान को बनाए रखने और ऊर्जा भंडारण कोशिकाओं के इष्टतम प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है। सहायक उपकरणों की बिजली खपत मुख्य रूप से परिचालन रणनीतियों, मौसमों और अन्य कारकों से संबंधित है। जब ऊर्जा भंडारण प्रणाली चालू होती है तो बैटरी पूर्वनिर्मित डिब्बे की एयर कंडीशनिंग मुख्य रूप से पूरी तरह से चालू हो जाती है। जब यह संचालन में नहीं होता है, तो आंतरिक परिसंचरण वायु आउटलेट आमतौर पर बिना ठंडा किए चालू हो जाता है, और बिजली की खपत अधिक नहीं होती है। इसलिए, दैनिक कार्य रणनीति का एयर कंडीशनर की बिजली खपत पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। प्रतिदिन एक बार चार्ज करने और एक बार डिस्चार्ज करने पर, एयर कंडीशनर प्रतिदिन लगभग 2 घंटे तक चलता है। दो बार चार्ज और दो डिस्चार्ज के साथ, एयर कंडीशनर लगभग 4 घंटे तक चलता है।
विभिन्न मौसमों का भी एयर कंडीशनिंग की बिजली खपत पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। एयर कंडीशनर की शीतलन क्षमता बाहरी वातावरण के तापमान से भी संबंधित होती है। जब गर्मियों में परिवेश का तापमान अधिक होता है, तो शीतलन प्रभाव खराब होता है, इसलिए काम के घंटे बढ़ा दिए जाएंगे। सर्दियों में, हालांकि परिवेश का तापमान कम होता है और शीतलन प्रभाव अच्छा होता है, ऊर्जा भंडारण प्रणाली का शीतलन कार्य समय अन्य मौसमों की तुलना में कम होता है। हालाँकि, जब ऊर्जा भंडारण नहीं चल रहा हो, तब भी ऊर्जा भंडारण बैटरी कोशिकाओं के कामकाजी तापमान को सुनिश्चित करने के लिए हीटिंग फ़ंक्शन को सक्रिय करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, सर्दियों और गर्मियों में बिजली की खपत अपेक्षाकृत अधिक होती है।
3. केस विश्लेषण
सिस्टम अवलोकन और हानियाँ
एक निश्चित ऊर्जा भंडारण बैटरी डिब्बे का कॉन्फ़िगरेशन स्केल 2MW/2MWh है, और मुख्य बिजली खपत करने वाले उपकरण में एयर कंडीशनिंग, बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस), पंखे, प्रकाश व्यवस्था आदि शामिल हैं। ऊर्जा भंडारण प्रणाली के संचालन मोड में भाग लेना है पावर ग्रिड की पीक शेविंग और वैली फिलिंग, और ऑपरेटिंग स्थिति एक चक्र के साथ 1C चार्जिंग और डिस्चार्जिंग है। प्रत्येक इकाई के लिए 17.5 किलोवाट की अधिकतम शीतलन शक्ति के साथ 2 एयर कंडीशनिंग इकाइयों को कॉन्फ़िगर करें, 2 इकाइयों के लिए कुल 35 किलोवाट। प्रत्येक इकाई के लिए अधिकतम ताप शक्ति 15 किलोवाट है, 2 इकाइयों के लिए कुल 30 किलोवाट। जब एयर कंडीशनर आंतरिक परिसंचरण मोड में काम करता है, तो एक एयर कंडीशनर की बिजली खपत 2kW होती है, और दो एयर कंडीशनर की कुल बिजली खपत 4kW होती है। अन्य विद्युत उपकरणों में बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस), पंखे (प्रत्येक बैटरी मॉड्यूल में स्थापित), प्रकाश जुड़नार आदि शामिल हैं, जिनकी अधिकतम बिजली आपूर्ति क्षमता लगभग 5 किलोवाट है।
(1) सहायक प्रणाली का नुकसान
ऑन-साइट परीक्षण परिणामों के अनुसार, 1C परिचालन स्थितियों के तहत एक पूर्ण चार्ज और डिस्चार्ज चक्र निष्पादित करें। गर्मियों के परिदृश्यों के लिए, एयर कंडीशनर को 3 घंटे x 35 किलोवाट =105 kWh की बिजली खपत के साथ लगभग 3 घंटे तक कूलिंग मोड में काम करने की आवश्यकता होती है। बाकी समय आंतरिक चक्र मोड में है, जिसमें 21 घंटे x 4 किलोवाट =84 किलोवाट की बिजली खपत होती है, जो कुल 189 किलोवाट है। यह ध्यान में रखते हुए कि अन्य विद्युत उपकरण अधिकांश समय एक ही समय में पूर्ण शक्ति पर काम नहीं करेंगे, यदि एक साथ कारक को {{10}}.5 माना जाता है, तो अन्य विद्युत उपकरणों की दैनिक बिजली खपत है लगभग 5kW × 24h × 0.5=60kWh.
यह देखा जा सकता है कि ऑन-साइट परीक्षण परिणामों और अन्य विद्युत उपकरणों की बिजली खपत के अनुसार, ग्रीष्मकालीन परिदृश्य में, ऑपरेटिंग मोड और ऑपरेटिंग स्थितियों (ग्रिड पीक शेविंग, 1 सी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग, और 1 चार्जिंग और में भाग लेना) को मानते हुए डिस्चार्जिंग चक्र), ऊर्जा भंडारण बैटरी डिब्बे में एयर कंडीशनिंग और अन्य विद्युत उपकरणों की दैनिक बिजली खपत लगभग 249 kWh है।
(2) विद्युत लाइन दक्षता
जब डीसी और एसी केबल करंट प्रवाहित करते हैं, तो वे गर्मी का नुकसान उत्पन्न करते हैं। डीसी साइड की यूनिडायरेक्शनल दक्षता लगभग 99.83% है, पीसीएस एसी साइड ट्रांसफार्मर कम वोल्टेज साइड की यूनिडायरेक्शनल दक्षता लगभग 99.95% है, और उच्च वोल्टेज एसी साइड की यूनिडायरेक्शनल दक्षता लगभग 99.89% है। यूनिडायरेक्शनल हानि को ध्यान में रखते हुए, बिजली लाइन दक्षता 99.67% है; द्विदिश हानियों को ध्यान में रखते हुए, विद्युत लाइन दक्षता 99.34% है।
(3) ट्रांसफार्मर दक्षता
GB/T 10228-2015 "शुष्क प्रकार के पावर ट्रांसफार्मर के लिए तकनीकी पैरामीटर और आवश्यकताएं" के अनुसार, परियोजना में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले ड्राई-टाइप ट्रांसफार्मर में 35kV 2000kVA गैर-उत्तेजित वोल्टेज विनियमन पावर ट्रांसफार्मर के लिए निम्नलिखित हानि संकेतक हैं:
कोई भार हानि नहीं: 4.23kW;
लोड हानि: 17.2 किलोवाट (100 डिग्री);
रेटेड पावर ऑपरेशन पर, ट्रांसफार्मर की दक्षता (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93% है, इसलिए ट्रांसफार्मर की द्विदिशात्मक दक्षता 98.93% × 98.93% है। }}.87%.
दक्षता आँकड़े
ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों की दक्षता की गणना करते समय, ऊर्जा प्रवाह की दिशा पर ध्यान दिया जाना चाहिए, और सहायक प्रणाली की बिजली खपत को चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दोनों प्रक्रियाओं के दौरान लोड हानि के रूप में माना जाना चाहिए। ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की दक्षता की गणना करते समय, यह निर्धारित करने के लिए मानक परिभाषाओं को संयोजित करना आवश्यक है कि क्या गणना अनुप्रयोग द्विदिशात्मक दक्षता या यूनिडायरेक्शनल दक्षता है। उपरोक्त मॉडलों की दक्षता आँकड़े इस प्रकार हैं:
| संख्या | दक्षता रचना | द्विदिशीय दक्षता | यूनिडायरेक्शनल दक्षता | टिप्पणियाँ |
| 1 | बैटरी प्रणाली | 92% | 95.92% | यह मानते हुए कि चार्जिंग दक्षता डिस्चार्जिंग दक्षता के अनुरूप है |
| 2 | ऊर्जा भंडारण इन्वर्टर | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | विद्युत लाइन दक्षता | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | कार्यकुशलता बढ़ाना | 97.87% | 98.93% |
दक्षता विश्लेषण
(1) ऊर्जा भंडारण प्रणाली की चार्जिंग दक्षता (चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान केवल यूनिडायरेक्शनल दक्षता पर विचार करते हुए)
यह मानते हुए कि बैटरी सिस्टम का एसओसी सुसंगत है और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग गहराई 90% मानी जाती है, यदि 2MWh ऊर्जा भंडारण प्रणाली को 1 घंटे में पूरी तरह से चार्ज करने की आवश्यकता है, तो इसके एसी पक्ष पर प्रारंभिक चार्जिंग ऊर्जा होनी आवश्यक है:
संचार पक्ष पर प्रारंभिक चार्जिंग क्षमता {{0}} (सिस्टम की रेटेड क्षमता x चार्ज और डिस्चार्ज की गहराई) ÷ बैटरी सिस्टम की चार्जिंग दक्षता ÷ ऊर्जा भंडारण कनवर्टर की सुधार दक्षता ÷ ट्रांसफार्मर दक्षता ÷ पावर लाइन सहायक उपकरण की दक्षता+बिजली की खपत (चार्जिंग के 1 घंटे के भीतर सहायक प्रणाली के पूर्ण लोड संचालन पर विचार करते हुए) =2000 × 0.9 ÷ 95.92% ÷ 98.5% ÷ 98.93% ÷ 99.67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl,
ऊर्जा भंडारण प्रणाली के एसी पक्ष की चार्जिंग दक्षता (2000 × 0.9) ÷ 1972.12=91.27% है।
(2) ऊर्जा भंडारण प्रणाली की डिस्चार्ज दक्षता (डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान केवल यूनिडायरेक्शनल दक्षता पर विचार करते हुए)
संचार पक्ष पर आरंभिक डिस्चार्ज ऊर्जा{{0}}(सिस्टम की रेटेड क्षमता x चार्ज और डिस्चार्ज की गहराई) x बैटरी सिस्टम की चार्जिंग दक्षता x ऊर्जा भंडारण कनवर्टर की इन्वर्टर दक्षता x ट्रांसफार्मर दक्षता x पावर लाइन दक्षता - सहायक उपकरण की बिजली खपत (चार्जिंग के 1 घंटे के भीतर सहायक प्रणाली के पूर्ण लोड संचालन पर विचार करते हुए) =2000 × 0.9 × 95.92% × 98.5% × 98.93% 99.67% - (35+5) × 1=1636.91kWh,
ऊर्जा भंडारण प्रणाली के एसी पक्ष की डिस्चार्ज दक्षता 1636.91 ÷ (2000 × 0.9)=90.94% है।
(3) ऊर्जा भंडारण उपकरण दक्षता (उपरोक्त सूत्र के अनुसार, द्विदिश दक्षता का उपयोग किया जाना चाहिए)
ऊर्जा भंडारण उपकरण दक्षता की परिभाषा के अनुसार, ऊर्जा भंडारण उपकरण की दक्षता इस प्रकार प्राप्त की जा सकती है:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) पावर स्टेशन की व्यापक दक्षता
यह मानते हुए कि मूल्यांकन चक्र एक पूर्ण चार्ज डिस्चार्ज है, यानी, 1 घंटे के लिए चार्ज करना और 1 घंटे के लिए डिस्चार्ज करना, स्टैंडबाय स्थितियों पर विचार किए बिना, एक चक्र में पावर स्टेशन की व्यापक दक्षता {{2}एक चक्र में ऊर्जा का निर्वहन ÷ चार्जिंग एक चक्र में राशि=1636.91 ÷ 1972.12=83.00%.
मान लें कि मूल्यांकन चक्र 1 दिन है, प्रति दिन 1 चक्र के साथ, यानी 1 घंटे के लिए चार्जिंग, 1 घंटे के लिए डिस्चार्जिंग और 22 घंटे के लिए स्टैंडबाय। दैनिक डिस्चार्ज क्षमता 1 डिस्चार्ज क्षमता है, जिसकी गणना पिछले पाठ में 1972.12 kWh के रूप में की गई है। 1972.12 kWh की 1 चार्ज क्षमता के अलावा, दैनिक चार्जिंग क्षमता को स्टैंडबाय अवधि के दौरान सहायक प्रणाली की बिजली हानि पर भी विचार करने की आवश्यकता है। (पिछली गणना में, ऊर्जा भंडारण बैटरी डिब्बे में सहायक बिजली की खपत 249kWh प्रति दिन थी। हालांकि, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग पावर की गणना करने की प्रक्रिया में, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के 2 घंटे के भीतर सहायक बिजली की खपत पर पहले ही विचार किया जा चुका है। 40kWh प्रति घंटा हो। इस भाग को बार-बार नहीं गिना जा सकता।)
कुल मिलाकर, ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों की दैनिक व्यापक दक्षता की गणना निम्नानुसार की जाती है: दैनिक निर्वहन ऊर्जा ÷ दैनिक चार्ज=1636.91 ÷ (1972.12+249-40 × 2)=76.45%।