Smanjenje vršne potrošnje uz skladištenje energije: industrijske baterije za upravljanje vršnim opterećenjem

Puštanje u rad proizvodne linije, istovremeno uključivanje svih hladnjačkih kompresora ili punjenje flote viljuškara može u roku od nekoliko minuta stvoriti pik potrošnje koji povećava vašu godišnju račun za struju. Iz ugla mreže nije bitna vaša ukupna potrošnja energije, već vaš najveći kvartalni opterećenje. Smanjenje vršne potrošnje usmereno je upravo na te nekoliko minuta: vrh pokrivate energijom iz baterije, a ne iz mreže.

U ovom članku ćemo objasniti šta tačno znači ublažavanje vršne potrošnje i zašto je interval merenja od 15 minuta stvarna polazna osnova za planiranje. Zatim ćemo razjasniti razliku između kW i kWh, pokazati vam kako izračunati potrebnu snagu pražnjenja i objasniti kako C-stopa i dubina pražnjenja (DoD) određuju veličinu baterije.

Na kraju ćemo pogledati kako "poravnavanje vršnih opterećenja" funkcioniše sa skladištenjem energije u različitim industrijskim profilima opterećenja, koliko zapravo košta prekoračenje snage i kada se ulaganje isplati. Koristeći FoxESS TMax i TMaxPlus sisteme, takođe ćemo vas provesti kroz konkretnu vežbu određivanja veličine u praksi.

Šta znači ublažavanje vršne potrošnje: kako funkcioniše smanjenje vršne potrošnje bazirano na baterijama

U praksi, smanjenje vršne potrošnje znači sledeće: odsecate najviše vrhove potrošnje struje iz mreže i nadoknađujete nedostatak korišćenjem baterije. Vaša ukupna potrošnja energije neće se smanjiti, ali će se smanjiti vršna snaga koju beleži brojilo.

Ovo vam štedi novac jer se računi za industrijsku električnu energiju zasnivaju na dve odvojene naknade. Plaćate naknadu za energiju za potrošene kilovat-sate, dok se naknada za snagu zasniva na najvišoj potrošenoj snazi. Mrežna tarifa za komercijalne i industrijske potrošače obično je strukturisana upravo ovako: naknada za energiju zasnovana na kWh i naknada za snagu zasnovana na kW, pri čemu je druga proporcionalna najvišem vršnom opterećenju izmerenom tokom obračunskog perioda.

Smanjenje vršne potrošnje baterijskim sistemom odvija se u tri faze. Sistem za skladištenje energije se puni tokom perioda niskog opterećenja, bilo iz mreže ili iz solarne proizvodnje. Kada se potrošnja približi zadatom pragu, sistem automatski prelazi u režim pražnjenja, a baterija pokriva deo koji prelazi prag. Ciklus se ponavlja svakodnevno, dok sistem za upravljanje energijom kontinuirano prati potrošnju, nivo punjenja i proizvodnju.

Vredi napraviti razliku između ovoga i preraspodele opterećenja, sa čim se često meša. Kod preraspodele opterećenja, jednostavno se potrošnja premešta u drugi vremenski period – na primer, tako što se punjenje vozila flote premešta na noćni period. Smanjivanje vršne potrošnje, za razliku od toga, ne ometa tehnološki proces: mašine rade kada im je potrebno; vršna potrošnja nestaje samo iz ugla mreže. Upravo zbog toga funkcioniše čak i u postrojenjima u kojima raspored proizvodnje ne može da se prilagodi.

Zašto je važno analizirati i smanjiti 15-minutne vršne opterećenja prilikom planiranja ublažavanja vršnih opterećenja?

Za industrijske korisnike koji se fakturišu na osnovu vremenske serije, operator mreže ne uzima u obzir trenutne vrednosti. Kriva opterećenja se sastoji od podataka za svakih 15 minuta, a maksimalna potrošena snaga je najviša kvartalno-časna prosečna snaga koju merilo zabeleži. Ova brojka čini osnovu za naplatu snage, a ista logika od 15 minuta primenjuje se i u evropskoj praksi naplate.

Posledica je da nije svaki skok snage skup. Razmotrite postrojenje sa osnovim opterećenjem od 400 kW. Ako dodatno opterećenje od 250 kW traje 12 minuta, kvartatno-satna prosečna vrednost iznosi 400 + 250 × (12/15) = 600 kW. Ako istih 250 kW traje samo 3 minuta, prosek iznosi svega 450 kW. Ista vršna snaga, ali razlika od 150 kW u fakturisanju.

Zato sva ozbiljna planiranja počinju preuzimanjem T-krive. Potrebni su vam podaci za najmanje 12 meseci u četvrtinskim intervalima, koje možete dobiti od operatera mreže ili vašeg dobavljača električne energije. Ovo otkriva koliko vrhova ima u mesecu, koliko dugo traju i koliko energije sadrže.

Smanjenje vršne potrošnje zavisi od ovog skupa podataka. Ako kriva pokazuje 30–40 kratkih pikova koji su široko razmaknuti, potreban je sistem sa malim kapacitetom, ali visokom snagom. Ako, sa druge strane, vidite duga platoa koja se ponavljaju svakodnevno, kapacitet će biti usko grlo. Bez podataka, svaka procena veličine je nagađanje, a loše podeljena prag-vrednost može poništiti celomesečnu uštedu zbog samo jednog propuštenog kvarta-sata.

kW ili kWh? Uloga snage i kapaciteta skladištenja energije

Ova dva pokazatelja odgovaraju na dva različita pitanja. Kilovat vam govori koliko snage sistem može da isporuči u datom trenutku, dok kilovat-sat govori koliko dugo može da održi taj nivo snage. Prilikom planiranja smanjenja vršne potrošnje, potrebni su vam oba, i nisu međusobno zamenljivi.

Industrija razlikuje sisteme orijentisane na snagu i sisteme orijentisane na energiju; odnos između ova dva naziva se odnos snage i energije. Sistem od 1 MW / 0,5 MWh radi pola sata i stoga je orijentisan na snagu. Struktura troškova je takođe podeljena na dva dela: trošak energije (po kWh) određuju ćelije, regali i DC integracija, dok trošak snage (po kW) određuju invertor, transformator i kablovi za visoku struju. Kada tražite ponudu, morate ih navesti odvojeno; u suprotnom ponude neće biti uporedive.

Najčešća greška u dizajnu jeste razmišljati samo u terminima kWh. Sistem za skladištenje od 200 kWh deluje kao puno na papiru, ali ako njegov inverter isporučuje samo 50 kW, on ne može da podnese pik od 120 kW. Suprotno je takođe tačno: izlaz od 150 kW nema nikakve koristi ako se osnovni kapacitet iscrpi za 20 minuta, dok se četvrtčasovni vrh ponavlja nekoliko puta dnevno.

Ispravan postupak je stoga sledeći: prvo odredite potrebnu snagu u kW iz krive opterećenja, zatim izračunajte potrošnju u kWh na osnovu trajanja vršnih opterećenja. Odnos ove dve vrednosti daje C-stavku, koja zauzvrat određuje nominalni kapacitet ćelija i njihov radni vek.

Kako se može izračunati potrebna snaga pražnjenja za sistem za ublažavanje pikova?

Sama formula je jednostavna: potrebna snaga pražnjenja je razlika između izmerenog četvrtčasovnog vršnja i zadate prag-vrednosti. Kapacitet možete izvesti koristeći jednačinu koja se obično koristi u ovoj industriji, gde je potrebna energija proizvod snage i trajanja pražnjenja, podeljeno dubinom pražnjenja i efikasnošću ciklusa. Nemojte obrnuti ovaj redosled: kW je ulaz, kWh je izlaz.

Pogledajmo konkretan primer. Na krivoj opterećenja, najviši kvartalni prosek iznosi 780 kW, a vaš cilj je da ostanete ispod 600 kW. Potresna snaga je stoga 780 − 600 = 180 kW. Kriva takođe pokazuje da najduži pik traje 45 minuta, odnosno 0,75 sati.

Korisna energija je stoga 180 × 0,75 = 135 kWh. Međutim, ovo još uvek nije kapacitet koji treba kupiti. Ako računate koristeći dubinu pražnjenja od 90 procenata i efikasnost ciklusa od 92 procenta, nominalni kapacitet je 135 / (0,9 × 0,92) = 163 kWh.

Postoje još dve stvari koje treba uzeti u obzir. Prvo, predvidite marginu od 10–15% za starenje ćelija, jer će sistem do kraja garantnog roka isporučivati manje energije nego u prvoj godini. Drugo, proverite da li se dva vršna događaja dešavaju toliko blizu da se sistem skladištenja ne može napuniti u međuvremenu. To dovodi do veličine od oko 180 kW i otprilike 185 kWh, što je stvarna, a ne teorijska, brojka.

C-rate i DoD: kako utiču na veličinu industrijskih sistema za skladištenje energije?

C-stopa je odnos snage i kapaciteta. Sistem 1C isprazni svoju nominalnu energiju za jedan sat, dok to sistem 0.5C uradi za dva sata. 180 kW i 185 kWh iz našeg ranijeg primera otprilike odgovaraju 1C.

Primene za ublažavanje vršnih opterećenja obično rade pri struji pražnjenja od oko 1C. Za oštre, kratke pikove može biti opravdan koeficijent 1,5C, što daje prozor za pražnjenje od približno 40 minuta. Za duže, ravnije pikove, 0,5C je bolji izbor, sa prozorom od dva sata. Ne postoji jedna ispravna vrednost; dužina i oblik događaja pika su odlučujući faktori.

Naručivanje viših C-stavaka nego što je potrebno ima dve mane: ulaganje će biti skuplje, a vek trajanja kraći. LFP ćelije mogu postići 6.000–8.000 ciklusa pri 0,5C, što, uz 80% dubine pražnjenja i jedan ciklus dnevno, odgovara veku trajanja od preko 16 godina.

DoD pokazuje koji procenat nominalnog kapaciteta zapravo koristite. Korisna energija je proizvod nominalnog kapaciteta i DoD; tako da sistem od 4.000 kWh pri DoD od 90% isporučuje 3.600 kWh. Zbog ravne krive napona karakteristične za LFP hemiju, on obično radi na dubini pražnjenja od 90–95%.

Kada određujete veličinu industrijskog sistema za skladištenje energije, stoga uvek zasnivajte svoje proračune na upotrebljivoj energiji, a ne na nominalnim vrednostima navedenim u katalogu. Dublje pražnjenje ubrzava degradaciju, zbog čega se za ublažavanje vršnih opterećenja obično koriste kratki, ciljani prozori za pražnjenje: sistem za skladištenje se uključuje samo kada opterećenje pređe prag.

Izravnavanje vršnih opterećenja sa skladištenjem energije za različite industrijske profile opterećenja

Isto rešenje nije pogodno za svako postrojenje. Oblik krive opterećenja određuje da li je potreban sistem orijentisan na snagu ili na energiju. Tri karakteristike ukazuju na dobru ekonomsku efikasnost: visok odnos vršne i prosečne vrednosti, predvidiv vremenski okvir i tehnološki proces koji se ne može pomeriti.

Nagli, kratki, ponavljajući pikovi. Pokretanje velikih motora, zavarivačke linije, prese, proizvodne linije koje počinju istovremeno. Ovde je pik visok, ali sadržaj energije nizak. U ovom slučaju, ublažavanje pikova sa skladištenjem energije zahteva sistem orijentisan na snagu: visoki kW, umereni kWh, brzina pražnjenja iznad 1C.

Ciklično hlađenje. U skladištima za hlađenje i postrojenjima za preradu hrane, kompresori i ciklusi odmrzavanja generišu vršne opterećenja, pored kontinuiranog osnovnog opterećenja. Vremensko određenje ovih vrhova je lako predvidivo, tako da EMS ima vremena da se pripremi. U ovom slučaju, sistem mora biti dimenzionisan za trajanje rada, a ne samo za vršnu vrednost, jer bi gubitak hlađenja doveo do kvarenja robe.

Punjenje električne flote. Jedan 360 kW DC brzi punjač sam po sebi generiše nagli vršni opterećenje, dok istovremena upotreba više punjačkih tačaka čini opterećenje nepredvidivim. Baterijski pufer ovde ne samo da smanjuje vršnu snagu, već može i da odloži potrebu za unapređenjem transformatora ili priključka. Na manjim lokacijama, radionicama i punjačima, kompaktni sistem – kao što je jedna od varijanti EcoFlow sistema za skladištenje energije – može biti već dovoljan.

Serijska proizvodnja. U hemijskim i farmaceutskim serijskim procesima, vršnica nije pitanje od nekoliko minuta, već duži plato. U takvim slučajevima, kWh postaje usko grlo, a sistem postaje energetski optimizovan, sa nižim C-odnosom i većim kapacitetom.

Jedini zajednički faktor: u svakom slučaju, odluku morate zasnivati na sopstvenim serijama podataka u četvrtinskim satima. Konfiguracija koja dobro funkcioniše na drugoj lokaciji mogla bi čak dovesti do nepotrebnog prekomernog trošenja kod vas. Uslovi na mestu instalacije takođe utiču na izbor, od temperature do IP rejtinga.

Koliko košta prekoračenje ugovorenog kapaciteta i kada će se ulaganje isplatiti?

Vredi razlikovati dva odvojena novčana toka. Jedan je godišnja naknada za ugovorni kapacitet, koju plaćate čak i ako ga u potpunosti ne iskoristite. Drugi je doplata za prekoračenje ugovornog kapaciteta, koja vas može iznenaditi i značajno pogoditi.

Prema važećim mađarskim propisima, u slučaju neovlašćenog prekomernog korišćenja ugovornog kapaciteta, morate platiti jednu četvrtinu godišnje naknade za ugovorni kapacitet za svaki kW prekomerne potrošnje po mesecu. Ako date prethodnu najavu i nosilac licence to odobri, naknada se smanjuje na jednu desetinu; međutim, to možete zatražiti najviše tri puta po ugovornoj godini, za po jedan kalendarski mesec. Na drugim tržištima terminologija može biti drugačija, ali logika je ista: nejavljeni pik je najskuplji kilovat koji ćete ikada kupiti.

Vredi razjasniti jednu uobičajenu zabludu. Doplata je deo naknade za korišćenje sistema, koju regulišu nadležne institucije i koja je deo ugovora o korišćenju mreže, a ne komercijalnog ugovora. Iz tog razloga nije bitno da li ste ugovorili naknadu za energiju po fiksnoj ceni, po formuli ili po spot ceni: doplata ostaje ista. Ugovor o snabdevanju utiče na uštede na strani naknade za energiju, gde ugovor zaspot-baziranom cenom takođe obezbeđuje dodatni izvor prihoda pored komponente skladištenja.

Za potrošače sa pametnim brojilima, formula je još jednostavnija: naknada operatora distributivne mreže za kapacitet pametnog brojila zasniva se na najvišoj kvartalno-satnom prosečnoj snazi izmerenoj tokom perioda vršne potrošnje u datom mesecu. Drugim rečima, na svakom mesečnom računu odmah je vidljivo da li je energetski uređaj za skladištenje smanjio vršnu potrošnju. Ne postoji godišnji period čekanja; efekat se pojavljuje na sledećem računu.

Smanjenje vršne snage se stoga može direktno izraziti u novčanim iznosima. Uzmite 12-mesečni skup podataka za četvrt-satni period, izračunajte za koliko kW možete smanjiti mesečni maksimum, pomnožite to sa cenom za snagu u vašoj tarifi i dodajte izbegnute dodatne naknade. Ako sistem skladištenja dosledno održava prag tokom dugoročnog perioda, možete takođe smanjiti svoj ugovoren kapacitet pri sledećem obnavljanju ugovora, što se prevodi u trajne uštede.

Što se tiče obima: prema međunarodnom iskustvu u projektima, dobro konfigurisani sistemi smanjuju naknade za kapacitet za 20–40 procenata, obično sa periodom povraćaja ulaganja od 3–5 godina. Prema podacima američkog NREL-a, naknade za kapacitet mogu činiti i do 30–70 procenata komercijalnih i industrijskih računa. Međutim, samo vaša sopstvena kriva opterećenja pružiće tačnu cifru, pa ne prihvatajte nijednu ponudu za smanjenje vršnih opterećenja koja se ne zasniva na tome.

FoxESS TMax i TMaxPlus industrijski sistemi za skladištenje energije za primene u smanjenju vršne potrošnje

Serije FoxESS T-MAX i T-MAX Plus karakteriše kontejnerizovani, sve-u-jednom dizajn: baterija, PCS invertor, BMS, zaštitni sistemi i upravljačka jedinica nalaze se u jednom uređaju. Ovo vam značajno olakšava dizajn sistema za projekat.

T-MAX nudi 100 kW snage invertera i 215 kWh kapaciteta, dok T-MAX Plus nudi 125 kW i 241 kWh, sa tečnom hlađenjem i ugrađenom zaštitom od požara. Odnos snage i kapaciteta za oba je oko 0,5C, što znači da su to sistemi orijentisani na energiju i dizajnirani za dva sata.

Primenimo ovo na naš raniji primer. Jedan T-MAX ne može da ispuni zahtev za ispuštanje od 180 kW, ali dva uređaja povezana paralelno pružaju 200 kW i 430 kWh. Izlazna snaga je jedva dovoljna, ali kapacitet je znatno veći od potrebnih 185 kWh. Ovo nije kvar, već pitanje svesnog izbora: višak kapaciteta pruža zaštitu od starenja i omogućava skladištenje viška solarne energije. Međutim, ako želite samo da smanjite vršnu potrošnju, vredi razmotriti alternativu dizajniranu za viši C-odnos.

U režimu ublažavanja vršnih opterećenja sistem se aktivira kada se pređe podeljeni prag; moguće je podesiti i preraspodelu opterećenja i rezervno napajanje, sa vremenom preklюčenja od oko 10 milisekundi. Jedinice T-MAX i T-MAX Plus mogu da rade paralelno, omogućavajući proširenje sistema u skladu sa povećanjem ugovorne snage ili kapaciteta proizvodnje. Dostupne konfiguracije možete pronaći u kategoriji energetskog skladištenja kompanije FoxESS.

Spoljna instalacija se ostvaruje zaštitom IP55 i tečnim hlađenjem; međutim, to ne znači da lokacija instalacije ne zahteva pažljivo razmatranje. Temperaturni opseg, servisni pristup i protivpožarne propuste utiču na izbor lokacije; o tome možete pročitati detaljno u našem članku o spoljnoj instalaciji sistema za skladištenje energije. Radni vek industrijskog sistema za skladištenje energije određuje se podjednako instalacionim uslovima i kvalitetom ćelija. Proizvođačeve tehničke specifikacije uvek imaju prednost u odnosu na generalizacije na nivou kategorije.

Često postavljana pitanja o ublažavanju vršnih opterećenja

Šta tačno znači "poravnavanje vršnih opterećenja"? 

Smanjenje vršnih opterećenja znači pokrivanje najviših vrhova u potrošnji snage iz mreže pomoću baterije, tako da merač beleži nižu maksimalnu vrednost. Količina potrošene energije se ne menja, ali se menja osnova za naplatu snage.

Koliko veliki sistem za skladištenje energije je potreban za smanjenje vršnog opterećenja od 100 kW? 

Potrebne su dve vrednosti: snaga koju treba ublažiti i trajanje najdužeg vršnog događaja. Ublažavanje vršne snage od 100 kW tokom događaja od 30 minuta zahteva 50 kWh upotrebljive energije, što, pri dubini pražnjenja (DoD) od 90 procenata i efikasnosti od 92 procenta, odgovara nominalnom kapacitetu od približno 60 kWh.

Koliko vremena je potrebno da se sistem za smanjenje vršnih opterećenja isplati? 

Prema podacima iz međunarodnih projekata, dobro konfigurisani sistemi se isplate u roku od 3–5 godina, uz smanjenje troškova za struju za 20–40 procenata. Konkretna brojka zavisi od vaše specifične tarife i oblika vaše krive opterećenja, pa se period povraćaja uvek mora izračunati na osnovu vaših sopstvenih izmerenih podataka.

Da li smanjenje vršne potrošnje funkcioniše bez solarnih panela? 

Da. Ublažavanje vršne potrošnje zasnovano na bateriji funkcioniše čak i bez solarnih panela; u tom slučaju se baterija puni iz mreže tokom perioda niske potražnje. Solarna proizvodnja jednostavno čini punjenje jeftinijim i donosi dodatne uštede na računima za energiju.

Da li su podaci o potrošnji za jedan mesec dovoljni za određivanje veličine? 

Ne. Podaci za samo jedan mesec prikrivaju sezonske vrhove, kao što su letnje potrebe za hlađenjem ili zimske potrebe za grejanjem. Potrebno je najmanje 12 meseci podataka u četvrtinskim intervalima; u suprotnom, sistem će biti nedovoljno velik u mesecu kada bi kvar bio najskuplji.