1. 背景
储能系统最关键的两个指标,一是功率,二是容量;但关乎容量配置,又存在多种理解,如额定容量、标称容量、装机容量、放电容量、充电容量等。别看都是容量,但不同容量的配置及成本差异甚大,以下分别介绍各容量释义及配置说明:
2. 装机容量/额定容量/标称容量
锂电池充满电到放电终止电压所能输出的容量;
装机容量=额定容量=标称容量,为便于下述容量计算,本文用En
表示。
若用户没有特别说明,一般按额定容量进行配置,以2.5MW/5MWh储能系统举例来说:
电芯:电化学储能电站常用磷酸铁锂电池,电芯容量为280Ah,额定电压3.2V;
PACK:电芯串并联之后形成PACK;在两年前,PACK内部还有并联形式,目前主流使用280Ah电芯,PACK均按串联设计,不考虑PACK内部并联,如1并14串、1并15串、1并16串、1并24串、1并48串、1并52串等方案;本文按1P16S举例来说,单个PACK规格为51.2V、14.336kWh;
电池簇:多个PACK串联后形成电池簇,按1500V系统设计,则电池簇电压范围需要在800V~1500V/1000V~1500V之间(与PCS直流侧电压范围匹配)。常规方案以25个PACK串联,串联后额定电压为1280V,额定容量为358.4kWh;
电池堆:由连接在同一功率变换系统上的可整体控制功率输入、输出的电池集合;常规2.5MW/5MWh储能系统由2台1250kW PCS交流侧并联组成,则单个电池堆规格为1.25MW/2.5MWh,配置7个电池簇,7个电池簇直流侧并联后接入统一的PCS,电池堆容量为2508.8kWh;
电池系统:两个电池堆交流侧并联,额定容量为5017.6kWh。
3. 放电容量
放电容量存在多种说法,主要看考核点在什么位置,如有:直流侧放电容量、PCS交流侧放电容量、并网点放电容量。
注:下述均以2.5MW/5MWh储能系统初始状态为例开展计算分析。
3.1 储能系统各组成部分效率
注:下述数据引用自《集中式电化学储能系统电站常用容量配置说明》:
3.2 放电过程潮流图(图1)
3.3 直流侧放电容量
若用户要求直流侧放电容量为5MWh,在进行容量配置时,需要考虑电池系统的放电效率和电池系统充放电深度(按90%DOD考虑),则实际配置容量应为:
En-dc=5000kWh÷电池系统放电效率÷DOD=5000kWh÷95.92%÷90%≈5791.86kWh。
注:部分企业电池系统效率可做的更高,且初始DOD可按100%计算,若有需要,按比例计算即可。
3.4 PCS交流侧放电容量
在直流侧放电容量的基础上,将直流侧线损和PCS效率考虑进去,可得当用户要求PCS交流侧放电容量时的配置容量为:
En-ac1=En-dc÷直流侧线路效率÷PCS逆变效率=5791.86kWh÷99.83%÷98.5%≈5890kWh。
3.5 并网点放电容量
在PCS交流侧放电容量的基础上,将PCS交流侧线损、变压器效率及35kV线路损耗考虑进去,可得当用户要求并网点放电容量时的配置容量为:
En-ac2=En-ac1÷PCS交流侧线路效率÷变压器效率÷35kV线路效率=5890kWh÷99.98%÷98.98%÷99.89%≈5958.44kWh。
注:一些项目要求PCS一体机内配置辅助用电变压器,即电池舱及PCS舱内用电从该变压器取,不从站用变取。这时候,在计算并网点放电容量时需要增加辅助设备用电电量。
3.6 公共连接点放电容量
在并网点交流侧放电容量的基础上,将辅助用电电量考虑进去,可得当用户要求公共连接点放电容量时的配置容量为:
Eoff=En-ac2+辅助设备用电电量=5958.44kWh+60.3kW×2h=6079.04kWh。
4. 充电容量
充电容量亦存在多种说法,如:直流侧充电容量、PCS交流侧充电容量、并网点充电容量。
注:下述均以2.5MW/5MWh储能系统初始状态为例开展计算分析。
4.1 充电过程潮流图(图2)
4.2 直流侧充电容量
若用户要求直流侧充电容量为5MWh,即以直流侧计量表计数据达到5MWh为准,在进行容量配置时,需要考虑电池系统的充电效率和电池系统充放电深度(按90%DOD考虑),则实际配置容量应为:
En-dc=5000kWh×电池系统充电效率÷DOD=5000kWh×95.92%÷90%≈5328.89kWh。
注:部分企业电池系统效率可做的更高,且初始DOD可按100%计算,若有需要,按比例计算即可。
4.3 PCS交流侧充电容量
在直流侧充电容量的基础上,将直流侧线损和PCS效率考虑进去,可得当用户要求PCS交流侧充电容量时的配置容量为:
En-ac1=En-dc×直流侧线路效率×PCS逆变效率=5328.89kWh×99.83%×98.5%≈5240.03kWh。
4.4 并网点充电容量
在PCS交流侧充电容量的基础上,将PCS交流侧线损、变压器效率及35kV线路损耗考虑进去,可得当用户要求并网点充电容量时的配置容量为:
En-ac2=En-ac1×PCS交流侧线路效率×变压器效率×35kV线路效率=5240.03kWh×99.98%×98.98%×99.89%≈5179.84kWh。
注:一些项目要求PCS一体机内配置辅助用电变压器,即电池舱及PCS舱内用电从该变压器取,不从站用变取。这时候,在计算并网点充电电容量时需要减去辅助设备用电电量。
4.5 公共连接点充电容量
在并网点交流侧充电容量的基础上,将辅助用电电量考虑进去,可得当用户要求公共连接点充电容量时的配置容量为:
Eon=En-ac2-辅助设备用电电量=5179.84kWh-60.3kW×2h=5059.24kWh。
5. 总结
对于储能容量,目前还缺乏统一的规定;对于工商业储能项目来说,由于商业模式较为清晰,其实用户更关注的是公共连接点的放电容量;对于新能源配套储能项目来说,由于商业模式不清晰,储能配置主要受政策引导,用户配置储能是为了完成光伏并网,自然是能少配就少配,故常按额定容量配置。
另外,上述分析均是初始容量,非首年容量、更非全生命周期内容量。当考虑运行期内运行方式、充放电次数、电池衰减率、电池一致性等因素时,还需要进一步超配。