Kas BESS-i saab kasutada tippkoormuse vähendamiseks linnade elektrivõrkudes?

Koormatipu vähendamise ja linnasüsteemi koormuse mõistmine

Linnasüsteemidel tekib põhiline ebavastavus tootmise ja tarbimise vahel. Elektri tarbimine tõuseb hommikul ja õhtul, kui kaubanduslikud hooned, transpordisüsteemid ja eluruumide kasutajad tarbivad elektrit samaaegselt. Põhikoorma ja nende tipptarbimiste vaheline vahe sunnib elektriettevõtteid säilitama pöörlevat varurežiimi — elektrijaamasid, mis töötavad osalise võimsusega ja põletavad kütust, ootades koormatippu, mis võib tekkida või mitte.

Tippkoormuse vähendamine kõrvaldab selle ebamajanduslikkuse, vähendades maksimaalset võrgust tarbitavat võimsust koormatsete perioodide ajal. Asemel, et suurendada tootmist, kasutavad energiakompaniisid või suured tarbijad salvestatud energiat vahe katmiseks. Tippkoormuse vähendamise majanduslik põhjendus muutub tugevamaks, kui ajasõltuv elektrihindade süsteem saab tavapäraseks suurlinnapiirkondades, kus tippkoormuse hind võib olla kolm korda või rohkem kui madala koormuse hind.

Bess — Laadimis- ja lahtilaadimissüsteemid (BESS) — on selles rakenduses domineeriv tehnoloogia. Erinevalt traditsioonilisest pumbatud hüdroenergiast, mille jaoks on vaja kindlat geograafilist paiknemist, või kiirteguritega süsteemidest, mis on piiratud lühikesteks energiaväljunditeks, ulatub akusüsteemide skaala kaubanduslike hoonete rakendustest kuni tervetele linnapiirkondadele teenindavatele riikliku taseme paigaldusteni.

Kuidas BESS teeb tippkoormuse vähendamist linnapiirkondades

Laadimis- ja lahtilaadimisloogika

A bess paigaldus, mis on ühendatud linna alajaamaga, laadib energiat madala koormuse ajal – tavaliselt keskööl kuni kell 6 hommukul, kui alakoorma tootmine ületab nõudmist. Salvestatud energiat tagastatakse võrgusse hommikuse tipukoorma ajal (7–10) ja õhtuse tipukoorma ajal (17–21), siledamaks netokoormuskõverat, mille üleülevalt ülekannevõrk peab hakkama toimetama.

Liitium-raud-fosfaat (LiFePO4) akud valitakse linnasüsteemide BESS-i paigaldustes mitmetel põhjustel. Nende soojuslik stabiilsus vähendab tuleohtu tiheasustatud piirkondades, kus soojusliku läbipõlemise juhtum oleks vastuvõetamatu tagajärg. Tsüklielu üle 6000 laadi-/lahendatsutsükli 80% sügavusel tähendab, et tänapäeval paigaldatud süsteem jääb majanduslikult tootlikuks 15–20 aastaks igapäevase tipukoorma vähendamise teostamiseks.

Linnakompaniia Lõuna-Aasias paigaldas 20 MW / 40 MWh suuruse BESS-i ülekoormatud linnapealsete alajaamasse, kus füüsiliste ruumipiirangute tõttu ei saanud kolmandat transformaatorit lisada. Akusüsteem neelas 15 MW suuruse õhukonditsioneeride päevakulutuse tipu, lükates seega umbes 12 miljoni dollari suuruse alajaama moderniseerimise kapitalikulutuse umbes seitsme aastaga edasi.

Integreerimine olemasolevasse alajaama infrastruktuuri

Linnas asuvad BESS-id ühendatakse tavaliselt keskmise pingetasandiga (10–35 kV) ülespoole muundurite kaudu, mida on integreeritud akusisust või paigaldatud selle kõrvale. Võimsuskonversioonisüsteem (PCS) haldab kahepoolset võimsusvoolu ja lülitub laadimisel täisvoolu teisendamiselt laadimisel välja vahetult pärast võrgu juhtimissignaali saamist millisekunditega.

Riistvara paigaldamiseks raamidesse mõeldud BESS-konfiguratsioonid sobivad sisealastele jaotusjaamadele, kus põrandapind on piiratud. Üksteise peale paigutatavad BESS-konstruktsioonid võimaldavad kasutajatel võimsust järk-järgult suurendada – alustades 5 MWh mahtuvusega konteineriga ja lisades üksusi nii, nagu muutuvad nõudlusmustrid. See moodulne lähenemine vähendab esialgset kapitalikohustust võrreldes eraldi BESS-rajatise ehitamisega.

Tehnilised nõuded linnasiseseks BESS-i paigaldamiseks

Ruumi- ja turvalisusküsimused

Linnasisesed jaotusjaamad ei ole tavaliselt varustatud tühjade aladega suurte akuinstallatsioonide jaoks. Konteinerite kujul olevad BESS-lahendused seda probleemi lahendavad, kuna kogu süsteem – akud, PCS, soojusjuhtimine ja tulekustutussüsteem – valmistatakse ette standardsete laevakonteinerite kujul, mida saab paigaldada olemasolevatele jaotusjaamade betoonplatsidele.

Tuleohutusprotokollid nõuavad mitmekihilist kaitset: rakutaseme jälgimine, mis tuvastab pinge anomaliiad enne soojusliku läbipõlemise algust; moodulitaseme gaasituvastus, mis käivitab ventilatsiooni enne kergelt süttivate elektrolüütide aurude kogunemist; ning konteineritaseme aerosoolpõletusüsteemid, mis aktiveeruvad automaatselt. Energiamahutussüsteemide paigaldamise standardiks on NFPA 855, mis määrab eralduskaugused ja ventilatsiooninõuded, mida linnasisesed paigaldused peavad täitma, arvestades nende lähedust elamutele ja teistele hõivatud hoonetesse.

Võrguühenduse standardid

IEEE 1547 reguleerib jaotatud energiavarude, sealhulgas akupankade (BESS), ühendamist võrguga. Linnasüsteemide puhul tuleb tõestada ületoimimisvõimet – st süsteem peab jääma võrku ühendatuks ka lühikeste pinge languste ajal, mitte lahti ühenduma, sest see teeb võrgu ebastabiilsuse halvemaks just nende tippsündmuste ajal, mille leevendamiseks süsteem üldse on loodud. Võrgusüsteemi juhtimisseadmel (PCS) peab olema võimalik sünkroonida võrgusagedus ±0,5 Hz täpsusega ja reageerida kasutajalt saadavatele juhtsignaalidele SCADA-süsteemi kaudu.

Tavaliselt esinevad küsimused

Mis suurusega akupank (BESS) on vajalik linnasüsteemide tipptarbe vähendamiseks?

Tavaliselt nõuavad kaubanduslike hoonete rakendused 500 kWh–2 MWh akupanka, et vähendada ühe objekti tipptarbet. Jaotusjaama taseme tipptarbe vähendamiseks on vajalik 10–50 MWh, sõltuvalt toitejuhtme koormusprofiliest. Riikliku taseme linnasüsteemide puhul on akupankade maht 100 MWh ja suurem. Akupanga suuruse määramisel lähtutakse tipptarbe suurusest, kestvusest ja soovitud vähendamisprotsendist, mitte mingist fikseeritud valemist.

Kui kaua saab akupank (BESS) tipptarbe vähendamiseks pidevalt energiat tarnida?

Enamik linnade tipptarbimise vähendamise süsteeme on mõeldud pidevaks väljatoomiseks 2–4 tundi nimivõimsusel. See hõlmab tavalist homset või õhtust tipptarbimisakna. Pikkemad süsteemid (6–8 tundi) eksisteerivad, kuid nende kilovatt-tunni kohta arvutatud kulud on kõrgemad ning neid ei õigustata tavaliselt lisamahtuvuse eest ainult tipptarbimise vähendamise eesmärgil, kuigi nad lisavad väärtust ka teiste teenustega, näiteks sagedusreguleerimisega.

Kas BESS-i tipptarbimise vähendamine toimib taastuvenergia integreerimisega?

Jah. BESS-i paigaldamine koos katusepäikesepaneelidega või linnas asuvate tuulikutega loob hübridse süsteemi, kus üleliialine taastuvenergia tootmine päeva keskel laeb akut õhtuse tipptarbimise jaoks. See aitab lahendada „partu“ probleemi, kus päikeseenergia tootmine langeb just siis, kui õhtul tõuseb energiatarve. Ettevõtted nagu Liaoning Sinotech Group pakuvad selle rakenduse jaoks integreeritud BESS-i ja päikeseenergia lahendusi.

Mis on erinevus riiulmontaaži ja kuhjatavate BESS-ide vahel?

Riistvara paigaldatav BESS sobib standardsetesse 19-tollistesse serverirakkudesse siseinstallatsioonide jaoks kontrollitud keskkonnas. Kuhjatav BESS kasutab ilmastikukindlaid välistekappe, mis ühenduvad elektriliselt ja suhtlevad üle keskkontrolleri. Riistvara paigaldatav lahendus sobib alajaamade juhtimisruumide jaoks; kuhjatav lahendus sobib välimiste põrandakohustega paigaldusteks, kus sise ruumi pole saadaval.

Kuidas vähendab BESS tippkoormuse lõike elektri kulutusi?

Tähtaegsete tariifide all olevad kaubanduslikud ja tööstuslikud kasutajad vältivad nõudlusmakseid, kasutades BESS-i tippkulu ajal. Nõudlusmaksed – mis põhinevad iga kuu kõige kõrgemal 15-minutilisel tarbimisintervallil – võivad moodustada 30–70 % ettevõtte kogu elektriarvest. Tippkoormuse lõikega kaotatakse või vähendatakse neid makseid ilma tegeliku energiatarbimise vähendamiseta.

Millist hooldust nõuab linnas paigaldatud BESS?

Kvartalis soojusjuhtimissüsteemi kontroll, poolaastaslik võimsustestimine ja pidev kaugseire akulaadimisjuhtsüsteemi kaudu. LiFePO4 keemia ei vaja elektrolüüti täiendamist, erinevalt plii-aku alternatiividest. Rakupõhine tasakaalustamine toimub automaatselt akulaadimisjuhtsüsteemi kaudu osalise laadimisoleku ajal, mis on tüüpiline tipptarbe tsüklitele.