儲能電站系統(tǒng)效率計算公式
來源：rootadmin | 2024-06-14
1、儲能電站系統(tǒng)效率定義
電站綜合效率
根據(jù)GBT 36549-2018《電化學(xué)儲能電站運行指標(biāo)及評價》：儲能電站綜合效率應(yīng)為評價周期內(nèi)，儲能電站生產(chǎn)運行過程中上網(wǎng)電量與下網(wǎng)電量的比值，即評價周期內(nèi)儲能電站和電網(wǎng)之間的關(guān)口計量表儲能電站向電網(wǎng)輸送的電量總和/儲能電站從電網(wǎng)接受的電量總和。
儲能裝置效率
根據(jù)GB/T 51437-2021《風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》：
儲能裝置效率應(yīng)根據(jù)電池效率、功率變換系統(tǒng)效率、電力線路效率、變壓器效率等因素按下式計算：
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ1：電池效率，儲能電池完成充放電循環(huán)的效率，即電池本體放出電量與充入電量的比值。根據(jù)儲能電池技術(shù)性能，在1C倍率下，電池的充放電轉(zhuǎn)換效率不小于92%（雙向），在0.5C倍率下，電池的充放電轉(zhuǎn)換效率不小于94%（雙向）；
Φ2：功率變換系統(tǒng)效率，包括整流效率和逆變效率；根據(jù)市場PCS生產(chǎn)情況，一般取98.5%（單向）；
Φ3：電力線路效率，考慮交直流電纜雙向輸電損耗后的效率；
Φ4：變壓器效率，考慮變壓器雙向變壓損耗后的效率。
2、儲能電站輔助系統(tǒng)損耗
儲能電站作為一個實現(xiàn)一定功能的整體，在運行時由大量的輔助設(shè)備來保證儲能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，例如：一體化電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)作為儲能電站的輔助系統(tǒng)來保證儲能系統(tǒng)的可靠運行，因此輔助設(shè)備的耗電量也占儲能電站總能耗的較大比重。
儲能系統(tǒng)可能處于運行狀態(tài)或未運行狀態(tài)（待機狀態(tài)），對于參與電網(wǎng)削峰填谷的儲能電站，若運行策略為一天完成一充一放，充放電倍率為0.5C，則在充放電狀態(tài)（2h）時處于運行狀態(tài)，其余時間儲能系統(tǒng)為未運行狀態(tài)。針對運行狀態(tài)，其輔助設(shè)備的運行狀況和非運行狀態(tài)下的運行狀況有所不同，主要的不同點在于暖通系統(tǒng)在運行狀態(tài)時開啟，在非運行狀態(tài)時不開啟或偶爾開啟。
儲能系統(tǒng)主要的輔助設(shè)備耗電功率在電池預(yù)制艙，主要的耗電設(shè)備是工業(yè)空調(diào)。工業(yè)空調(diào)作為電池預(yù)制艙的熱管理關(guān)鍵設(shè)備，在儲能系統(tǒng)運行時是必不可少的設(shè)備，主要用來維持儲能設(shè)備的運行溫度，保證儲能電芯的最佳性能。輔助設(shè)備的耗電主要和運行策略、季節(jié)等相關(guān)度較大。電池預(yù)制艙的空調(diào)主要在儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)全力開啟，非運行狀態(tài)時通常開啟內(nèi)循環(huán)出風(fēng)，不制冷，耗電不多。因此，每天的工作策略對空調(diào)的耗電影響較大，一天一充一放，空調(diào)每天的運行時長約為2h，兩充兩放，空調(diào)的運行時長約為4h。
不同季節(jié)對空調(diào)的耗電影響也比較大?？照{(diào)的制冷量和戶外環(huán)境的溫度也有關(guān)系，當(dāng)夏季環(huán)境溫度較高時，制冷效果較差，因此工作時長會加長。在冬季雖然環(huán)境溫度低，制冷效果好，儲能系統(tǒng)工作時的制冷工作時長較別的季節(jié)短，但是在儲能不運行時，還需要啟動制熱功能，保證儲能電芯的工作溫度。因此，在冬季和夏季的耗電量相對較大。
3、案例分析
系統(tǒng)概述與損耗
某儲能電池艙配置規(guī)模為2MW/2MWh，主要耗電設(shè)備包括空調(diào)、電池管理系統(tǒng)（BMS）、風(fēng)扇、照明等，儲能系統(tǒng)運行方式為參與電網(wǎng)削峰填谷，運行工況為1C充放電，循環(huán)次數(shù)為1次。配置冷暖空調(diào)2臺，單臺空調(diào)的最大制冷功率為17.5kW，2臺共35kW，單臺空調(diào)的最大制熱功率為15kW，2臺共30kW。當(dāng)空調(diào)采用內(nèi)循環(huán)方式運行時，單臺空調(diào)的耗電量為2kW，2臺共4kW。其他用電設(shè)備包括電池管理系統(tǒng)（BMS）、風(fēng)扇（安裝于每個電池模組）、照明燈等，供電容量最大約5kW。
（1）輔助系統(tǒng)損耗
根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，按照1C運行工況執(zhí)行1次完整的充放電循環(huán)，對于夏季場景，空調(diào)需要以制冷方式運行約3h，耗電量為3h×35kW=105kWh，其余時間為內(nèi)循環(huán)方式，耗電量為21h×4kW=84kWh，總計為189kWh。其他用電設(shè)備考慮大部分時間不會同時滿功率運行，如果同時系數(shù)按0.5考慮，則其他用電設(shè)備的全天耗電量約為5kW×24h×0.5=60kWh。
可見，根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果及其他用電設(shè)備耗電情況，夏季場景中，在假定運行方式和運行工況下（參與電網(wǎng)削峰填谷、1C充放電、1次充放電循環(huán)），每天儲能電池艙內(nèi)的空調(diào)及其他用電設(shè)備耗電共約249kWh。
（2）電力線路效率
直流電纜和交流電纜在通過電流時，會產(chǎn)生熱量損失，直流側(cè)單向效率約為：99.83%，PCS交流側(cè)-變壓器-低壓側(cè)單向效率約為：99.95%，高壓交流側(cè)單向效率約為：99.89%，考慮單向損失，電力線路效率為99.67%；考慮雙向損失，電力線路效率為99.34%。
（3）變壓器效率
項目常用干式變壓器，根據(jù)GB/T 10228-2015《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》，35kV 2000kVA無勵磁調(diào)壓電力變壓器其損耗指標(biāo)如下：
空載損耗：4.23kW；
負(fù)載損耗：17.2kW（100℃）；
在額定功率運行時，變壓器效率為：（2000-4.23-17.2）÷2000=98.93%，則變壓器雙向效率=98.93%×98.93%=97.87%。
效率統(tǒng)計
在計算儲能電站各項效率的時候要注意能量潮流方向，注意輔助系統(tǒng)用電在充電和放電過程中均作為負(fù)荷損耗考慮。計算儲能系統(tǒng)各項效率時應(yīng)結(jié)合規(guī)范定義判定計算應(yīng)用雙向效率還是是單向效率。以上模型效率統(tǒng)計如下：
效率分析
（1）儲能系統(tǒng)充電效率（僅考慮充電過程應(yīng)利用單向效率）
假設(shè)電池系統(tǒng)SOC一致，充放電深度按90%考慮，若需要將2MWh儲能系統(tǒng)1小時充滿，則需要其交流側(cè)初始的充電能量為：
交流側(cè)初始充電量=（系統(tǒng)額定容量×充放電深度）÷電池系統(tǒng)充電效率÷儲能變流器整流效率÷變壓器效率÷電力線路效率+輔助設(shè)備功耗（考慮充電1小時過程內(nèi)輔助系統(tǒng)滿負(fù)載運行）=2000×0.9÷95.92%÷98.5%÷98.93%÷99.67%+（35+5）×1=1972.12kWhl，
儲能系統(tǒng)交流側(cè)充電效率=（2000×0.9）÷1972.12=91.27%。
（2）儲能系統(tǒng)放電效率（僅考慮放電過程應(yīng)利用單向效率）
交流側(cè)初始放電能量=（系統(tǒng)額定容量×充放電深度）×電池系統(tǒng)充電效率×儲能變流器逆變效率×變壓器效率×電力線路效率-輔助設(shè)備功耗（考慮充電1小時過程內(nèi)輔助系統(tǒng)滿負(fù)載運行）=2000×0.9×95.92%×98.5%×98.93%×99.67%-（35+5）×1=1636.91kWh，
儲能系統(tǒng)交流側(cè)放電效率=1636.91÷（2000×0.9）=90.94%。
（3）儲能裝置效率（根據(jù)上文公式，應(yīng)利用雙向效率）
根據(jù)儲能裝置效率定義，可得出儲能裝置效率為：
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4=92%×97.02%×99.34%×97.87%=86.78%。
（4）電站綜合效率
假設(shè)評價周期為一次滿充滿放，即充電1h，放電1h，不考慮待機情況，則一次循環(huán)的電站綜合效率=一次循環(huán)放電能量÷一次循環(huán)充電量=1636.91÷1972.12=83.00%。
假設(shè)評價周期為1天，每天循環(huán)1次，即充電1h，放電1h，待機22小時。日放電量為1次放電量，即上文計算得1972.12kWh，日充電量除1次充電量1972.12kWh外還需考慮待機期間輔助系統(tǒng)用電損耗。（上文計算每天儲能電池艙內(nèi)輔助用電249kWh，但在計算充放電電量的過程中，已經(jīng)考慮充放電2小時內(nèi)輔助用電每小時40kWh，此部分不可重復(fù)列計）
綜上：儲能電站日綜合效率=日放電能量÷日充電量=1636.91÷（1972.12+249-40×2）=76.45%。
（文章來源 ：數(shù)能儲聞）
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