Модульное коммерческое аккумуляторное хранилище: от штабелируемой архитектуры к интегрированным шкафным системам

Модульное коммерческое аккумуляторное хранилище построено на одной идее: увеличивать емкость за счет добавления модулей, а не за счет удаления того, что уже есть. Подбирайте систему для сегодняшней нагрузки, расширяйте ее при изменении экономического обоснования -, часто без серьезной переустановки проводки или замены оборудования.

На практике эта идея проявляется в двух форматах. Штабелируемые аккумуляторные модули - отдельные блоки LFP в диапазоне 5–10 кВтч, подключаемые через шины -, хорошо подходят для небольших коммерческих объектов, где общая потребность составляет менее пары сотен киловатт-часов. Интегрированные шкафные системы используют ту же самую дополнительную логику,-не-заменяющую ее, и объединяют ее на более высоком уровне: аккумуляторные элементы, PCS, BMS, EMS, управление температурным режимом и пожаротушение внутри одного защищенного от атмосферных воздействий корпуса, обычно начиная с 200 кВтч на единицу. Оба масштабируются путем добавления единиц. Разница в том, что такое «единица» и насколько интеграцию осуществляет производитель, прежде чем она попадет на ваш сайт.

Точка входа в стекируемые модули

Стекируемый аккумуляторный модуль практически так же близок к подключению-и-работе, как и коммерческие хранилища. Каждый блок -, обычно это блок LFP на 48 В или 51,2 В, емкостью 5–10 кВтч -, имеет собственную систему BMS, контролирующую напряжение, температуру и состояние заряда ячейки. Сложите их, соедините с помощью шин или быстродействующих-разъемов, выполните сопряжение с совместимым инвертором, и система обнаружит один аккумуляторный блок.

Причина, по которой этот формат прижился для небольших проектов C&I, практична. Один модуль весит 45–55 кг. Его могут нести два установщика. Расширение на 10 кВтч означает добавление одной коробки и 15 минут труда, а не переконфигурацию электрощитовой. А поскольку каждый модуль выполняет независимую изоляцию неисправностей BMS, слабая ячейка в одном модуле не отключает строку -, BMS отключает этот модуль, в то время как остальные продолжают работать. Это имеет значение для коммерческого объекта, где незапланированные простои в часы пик имеют денежную стоимость.

Стекируемые модули начинают нагружаться, когда вам требуется более пары сотен киловатт{0}}часов или когда интенсивность езды на велосипеде превышает один раз-в день-мягкое снижение пика до агрессивного реагирования на спрос или регулирования частоты. В этот момент количество меж-соединений, ограничения распределенного управления температурным режимом и сложность параллельного подключения десятков небольших блоков BMS начинают работать против вас. Вот тут-то и набирают популярность встроенные шкафы.

Внутри интегрированного шкафа: как подсистемы сочетаются друг с другом

Чтобы продемонстрировать, как выглядит модульный блок с более высокой-интеграцией, ниже показано, как настраиваются шесть основных подсистем в коммерческом шкафу для наружного применения - с помощью нашегоСистема 125 кВт/241 кВтчкак один из примеров того, как обычно создается этот класс продуктов.

• Система преобразования энергии (PCS) расположена между стороной постоянного тока батареи и сетью переменного тока объекта. В этом устройстве используется двунаправленный инвертор мощностью 125 кВт, - режимы работы с сетью-с привязкой к сети и с автономным режимом-, 380 В/400 В/415 В, трехфазные-, 50/60 Гц. Двунаправленная энергия означает, что одно и то же оборудование заряжается от сети или солнечной энергии в недорогие часы и передает накопленную энергию обратно на объект в часы пик.
• Система энергоменеджмента (EMS) решает, когда именно. Графики снижения пиковой нагрузки, арбитраж TOU, оптимизация собственного-потребления солнечной энергии, диспетчеризация реагирования на спрос - EMS — это то, что превращает коробку с батареями в нечто, что фактически отображается в счете за коммунальные услуги. Системы с доступом к SCADA API могут быть связаны с более широкой инфраструктурой управления зданием или промышленным контролем.
• BMS работает на уровне ячейки. В цепочке LFP серии 240- он контролирует напряжение, ток и температуру каждой ячейки, активно балансирует заряд, чтобы предотвратить дрейф слабых ячеек, и отслеживает состояние заряда с точностью ± 2 %. Мы уже писали о том, какКачество BMS определяет реальную-производительность BESS в миречаще, чем уровень ячейки - это тот уровень, на котором это происходит.
• Статический резервный переключатель (STS) обеспечивает переход от сети-к-отключению-сети менее чем за 20 миллисекунд - достаточно быстро, чтобы серверы, системы охлаждения и системы управления производством не регистрировали прерывание. Не в каждом шкафу он есть, но для объектов, где 10-секундный перерыв при запуске генератора является проблемой, он заменяет необходимость в отдельном ИБП.
• Управление температурой: версии с воздушным-охлаждением используют принудительную вентиляцию со степенью защиты IP55, достаточную для умеренной езды на велосипеде в умеренном климате. Конфигурации с жидкостным-охлаждением используют гликолевые холодные пластины, обеспечивающие однородность ячеек---ячеек - на ±2 градуса, что оправдывает затраты при использовании в условиях большого-цикла или жаркого-климата.
• Пожаротушение проходит в три этапа: обнаружение дыма/газа, быстрое реагирование на аэрозоли и затопление перфторгексаноном в случае распространения теплового неконтролируемого потока. Отсутствие остаточных-агентов, поэтому систему можно перезапустить, а не списать.

Каждый из этих шкафов представляет собой законченный блок. Расширение означает добавление еще одного. Это тот же принцип добавления-не-замены, что и для штабелируемых модулей, только в другом масштабе - и с интеграцией, уже выполненной на заводе, а не на вашем сайте.

Что каждый из форматов решает для среднего-бизнеса

Независимо от того, построены ли они из штабелируемых модулей или поставляются в виде интегрированного шкафа, коммерческая ценность одинакова: размер на сегодняшний день, расширение при необходимости.

Снижение пиковых нагрузок — это то, с чего начинается большинство проектов хранения данных C&I. Небольшое производственное предприятие, получающее пиковую мощность 150 кВт при цене потребления 15 долларов США за кВт, платит 2250 долларов в месяц только за этот всплеск -, обычно вызванный работой одной единицы тяжелого оборудования в течение двухчасового дневного окна. Модульная система мощностью 100 кВтч сокращает этот пик на 50 кВт, экономит 750 долларов в месяц и не требует от цеха прогнозирования, появится ли вторая производственная линия в следующем году. Если это так, они добавляют мощности. Если это не так, они не перестроили.

Самопотребление солнечной энергии-следует той же логике. Склад с установкой на крыше мощностью 50 кВт, экспортирующей излишек по цене 0,04–0,08 доллара США/кВтч, может перенаправить эту энергию на компенсацию вечернего потребления по цене 0,20–0,35 доллара США. Правильный размер хранилища зависит от профиля нагрузки, который меняется по мере изменения бизнеса. - модульная архитектура это учитывает.

Резервное питание дополняет это. Розничному предприятию требуется 30 кВтч для POS, охлаждения и безопасности при 4-часовом отключении электроэнергии. Небольшому помещению данных требуется 80 кВтч. Начинать с малого и масштабировать на основе фактического опыта простоев – это гораздо проще, чем угадать число и обнаружить, что вы либо слишком велики, либо незащищены.

Когда использовать какой

Стекируемые модули, как правило, имеют смысл в небольших коммерческих объектах - в магазине, небольшом складе, офисном здании -, где общий объем хранилища составляет менее пары сотен киловатт-часов-, а езда на велосипеде является умеренной. Начальная стоимость невелика, установка выполняется быстро, а добавление мощности в дальнейшем не составляет труда.

Вместо этого несколько факторов подталкивают проект к использованию встроенных шкафов:

• Необходимо увеличить объем хранилища до нескольких-сот-кВтч и выше, поскольку управление десятками отдельных модулей усложняет-точку подключения.
• Агрессивная ежедневная циклическая обработка - пикового снижения плюс реагирование на спрос или несколько циклов в день -, когда заводская-интегрированная система управления температурным режимом работает лучше, чем распределенное охлаждение по отдельным модулям.
• Ограниченная площадь объекта, где важна плотность энергии на квадратный метр
• Предпочтение при поставке «под ключ»: один корпус, один ввод в эксплуатацию, один гарантийный талон.

Между ними нет четкой границы. Осторожная езда на велосипеде мощностью 200 кВтч может работать в любом случае. Участок мощностью 200 кВтч, на котором ежедневно активно снижается пиковая нагрузка плюс реагирование на спрос, обычно работает более стабильно с интегрированной системой, гдеBMS, управление температурным режимом и преобразование энергии разработаны вместе..

Почему LFP в обоих форматах

Почти в каждой модульной коммерческой батарее -, штабелируемой или шкафной -, используются литий-железо-фосфатные элементы. Термическое разложение LFP составляет 270 градусов по сравнению с 210 градусами для NMC. Этот запас в 60- градусов делает возможным коммерческое развертывание внутри помещений без сложной инфраструктуры подавления. NMC обеспечивает больше энергии на литр, но более узкое тепловое окно приводит к увеличению затрат на корпус и шумоподавление, которые часто сводят на нет преимущество плотности.

LFP также работает дольше. Коммерческий пиковый-режим бритья при глубине разряда 80 % обычно обеспечивает 5 000–6 000 полных циклов - 13+ лет ежедневного использования -, прежде чем аккумулятор достигнет 80 % первоначальной емкости. Испытания Национальной лаборатории Сандии показали, что LFP достигает 10 000 циклов в контролируемых условиях. Сравнивая общую стоимость владения с диапазоном циклов NMC 2000–4000, трудно спорить. А поскольку в LFP используются железо и фосфат вместо кобальта и никеля, цены на сырье более стабильны -, когда вы покупаете модули расширения в 4-м году по стоимости, которую необходимо спрогнозировать сегодня.

Размер: начните с меньшего размера, чем вы думаете

Самая распространенная ошибка в коммерческих проектах модульного хранения — это покупка слишком большого количества заранее. Весь смысл этой архитектуры в том, что вам не нужно делать правильные предположения в первый же день.

Для снижения пиковых значений возьмите данные счетчика за 12 месяцев с 15-минутным интервалом. Узнайте, когда спрос достигает пика, как долго он длится и насколько бритье опускает вас на более низкий уровень. Предприятию, потребляющему 300 кВтч/день, часто требуется только 50–80 кВтч хранения, если пик сосредоточен в предсказуемом окне. Начните там. Подтвердите в течение двух платежных циклов. Затем на основе реальных данных решите, имеет ли расширение экономический смысл.

Статья охарактеристики и размеры высоковольтной батареиболее подробно описывает решение по-классу напряжения. - Высоковольтные стеки-обеспечивают примерно на 5 % большую эффективность двустороннего-соединения, чем системы на 48 В, и сокращают затраты на проводку при длинных коммерческих кабелях.

Стоит повторить одно правило: не смешивайте одновременно марки и мощности модулей. В разных реализациях BMS используются разные пороговые значения напряжения и логика ограничения-тока. По умолчанию система использует наиболее консервативный вариант, а несоответствие емкости приводит к неравномерной цикличности, что приводит к более быстрому изнашиванию меньших модулей. Тот же производитель, та же модель, та же дата производства.

Куда движется рынок

Стекируемые архитектуры высокого-напряжения от - 90В до 400 В+ на стек - становятся стандартом для коммерческих систем хранения данных. Более высокое напряжение означает меньший ток при той же выходной мощности: более тонкие кабели, меньшие прерыватели, меньшие тепловые потери. В установках с длиной кабеля 20+ метров остальная часть-экономии-системы складывается. Большинствостекируемые конфигурации высокого-напряжениятеперь поддерживают совместимость с инверторными экосистемами Deye, Growatt, Goodwe, SMA и Victron. Проводные-бесплатные шины быстрого-соединения появляются рядом с -, добавляя 10 кВтч за 15 минут без каких-либо инструментов, что меняет экономику поэтапного расширения.

Формат ячеек 314 Ач заменяет 280 Ач как в штабелируемых модулях, так и в интегрированных шкафах. Меньшее количество ячеек на модуль означает меньшее количество точек подключения, лучшее распределение тока и более простое управление BMS. Это изменение приносит пользу обеим категориям продуктов в равной степени.

Часто задаваемые вопросы