Σε αυτή τη σελίδα
Η μείωση της μέγιστης ζήτησης είναι ένα πρόβλημα ελέγχου διαστημάτων πριν γίνει πρόβλημα επιλογής εξοπλισμού. Ξεκινήστε με το τιμολόγιο της επιχείρησης κοινής ωφέλειας και τα δεδομένα του μετρητή εσόδων, ανασυνθέστε την ποσότητα που δημιουργεί τη χρέωση ζήτησης, εντοπίστε τις διαδικασίες που ευθύνονται για τα υψηλότερα χρεώσιμα διαστήματα και, στη συνέχεια, επιλέξτε τον λιγότερο παρεμβατικό συνδυασμό προγραμματισμού, ελέγχου φορτίου και αποθήκευσης ενέργειας.
Ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας (BESS) είναι χρήσιμο μόνο όταν το σύστημα μετατροπής ισχύος του μπορεί να καλύψει την στιγμιαία μείωση και η ωφέλιμη ενέργειά του μπορεί να διατηρήσει αυτή τη μείωση για κάθε σχετικό συμβάν. Δεν είναι η προεπιλεγμένη απάντηση. Μια εγκατάσταση μπορεί να επιτύχει το απαιτούμενο όριο ζήτησης μέσω κλιμακωτών εκκινήσεων, διαχειριζόμενης φόρτισης, ελέγχου σημείου ρύθμισης ρυθμιστή στροφών (VFD), προγραμματισμού θερμικού φορτίου, προσωρινής απόρριψης φορτίου, αποθήκευσης ή ενός συντονισμένου συνδυασμού.
Όριο μηχανολογικού σχεδιασμού: Οι παρακάτω εξισώσεις υποστηρίζουν την ανάλυση σκοπιμότητας και την προκαταρκτική προδιαγραφή. Το τιμολόγιο της επιχείρησης κοινής ωφέλειας και ο μετρητής εσόδων καθορίζουν τον λογαριασμό. Ο λεπτομερής σχεδιασμός εξακολουθεί να απαιτεί τον ισχύοντα ηλεκτρολογικό κανονισμό, τους κανόνες διασύνδεσης, τη μελέτη προστασίας, τον κώδικα πυρασφάλειας, την τεκμηρίωση του εξοπλισμού και την έγκριση από την αρμόδια αρχή (AHJ).
1. Καθορίστε την ποσότητα που πρέπει να ελέγχεται
Η ενέργεια και η ζήτηση σχετίζονται μεταξύ τους, αλλά δεν είναι εναλλάξιμες:
- Ενέργεια, kWh: ισχύς ολοκληρωμένη ως προς τον χρόνο.
- Ζήτηση, kW: μια τιμή ισχύος που καθορίζεται σύμφωνα με τη μέθοδο μέτρησης και το χρονικό παράθυρο του τιμολογίου.
- Φαινόμενη ζήτηση, kVA: χρησιμοποιείται από ορισμένα τιμολόγια αντί για, ή επιπλέον της, ζήτησης σε kW.
- Ζήτηση τιμολόγησης: η τιμή που χρησιμοποιεί πραγματικά το τιμολόγιο μετά την εφαρμογή περιόδων χρέωσης βάσει χρόνου χρήσης, ρητρών, συμβατικής ζήτησης, προσαρμογών συντελεστή ισχύος ή κανόνων σύμπτωσης αιχμής.
Για ένα απλό σταθερό διάστημα διάρκειας (T), η μέση ζήτηση εισαγωγής από το δίκτυο στο διάστημα (k) είναι:
P_d,k = (1 / T) × ∫ P_grid(t) dtΕάν το διάστημα περιλαμβάνει εισαγωγή ενέργειας (E_k), η ισοδύναμη μορφή είναι:
P_d,k = E_k / TΓια ένα τιμολόγιο που χρεώνει το μέγιστο διάστημα μόνο εντός ενός επιλέξιμου χρονικού παραθύρου (W):
D_month = max(P_d,k), για κάθε διάστημα k εντός του WΑυτό είναι ένα μοντέλο, όχι ένας καθολικός ορισμός τιμολογίου. Οι εταιρείες κοινής ωφέλειας ενδέχεται να χρησιμοποιούν διαστήματα μπλοκ, κυλιόμενα διαστήματα, θερμική ζήτηση, συμπίπτουσες αιχμές συστήματος, διάφορα μητρώα ζήτησης βάσει χρόνου χρήσης ή ελάχιστη/κλιμακωτή ζήτηση χρέωσης. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) διακρίνει τη μη συμπίπτουσα ζήτηση, τη ζήτηση βάσει χρόνου χρήσης, τη ζήτηση αιχμής συστήματος και τις ρήτρες ζήτησης στο καθοδήγηση τιμολογίων κοινής ωφέλειας.
Δεδομένα τιμολογίου προς εξαγωγή πριν από την ανάλυση του εξοπλισμού
| Δεδομένο τιμολογίου | Τεχνικό ερώτημα | Γιατί αλλάζει τον σχεδιασμό ελέγχου |
|---|---|---|
| Ποσότητα ζήτησης | Η ζήτηση χρεώνεται σε kW, kVA ή και στα δύο; | Μια χρέωση kVA ενδέχεται να απαιτεί ανάλυση συντελεστή ισχύος, όχι μόνο μείωση της ενεργού ισχύος. |
| Μέθοδος διαστήματος | Μπλοκ, κυλιόμενη, θερμική ή άλλη μέθοδος; | Ο ελεγκτής πρέπει να εκτιμά την ίδια ποσότητα με επαρκή ακρίβεια ώστε να ενεργεί πριν οριστεί η τιμή χρέωσης. |
| Παράθυρο χρέωσης | Όλες οι ώρες, ώρες αιχμής ή αρκετές περίοδοι; | Μια ενέργεια ελέγχου εκτός του παραθύρου χρέωσης ενδέχεται να μην έχει αξία χρέωσης ζήτησης. |
| Καστάνια/αναδρομικός έλεγχος | Καθορίζει η προηγούμενη ζήτηση ένα κατώτατο όριο χρέωσης; | Χαμηλότερες φυσικές αιχμές ενδέχεται να μην μειώνουν άμεσα τον λογαριασμό. |
| Αιχμή ταυτόχρονης ζήτησης | Η χρέωση βασίζεται στη μέγιστη ζήτηση της εγκατάστασης ή σε συμβάντα του ηλεκτρικού συστήματος; | Η πρόβλεψη ενός εξωτερικού συμβάντος μπορεί να έχει μεγαλύτερη σημασία από τον περιορισμό της μέγιστης ζήτησης της εγκατάστασης. |
| Κανόνας εξαγωγής | Επιτρέπεται η αντίστροφη ισχύς και πώς μετράται; | Ο ελεγκτής BESS χρειάζεται έναν περιορισμό εξαγωγής και ξεχωριστή λογική εισαγωγής/εξαγωγής. |
| Συμβατική/ελάχιστη ζήτηση | Υπάρχει κατώτατο όριο ζήτησης ή συμβατική χωρητικότητα; | Η μείωση κάτω από αυτό το όριο ενδέχεται να μην προσφέρει περαιτέρω όφελος στο τιμολόγιο. |
Μην εξάγετε συμπεράσματα για καμία από αυτές τις τιμές από ένα τυπικό παράδειγμα 15 λεπτών. Διαβάστε το πρόγραμμα ενεργών χρεώσεων, τους πρόσθετους όρους, τις ειδικές συνθήκες και τους πρόσφατους λογαριασμούς. Όπου είναι δυνατόν, επιβεβαιώστε την ερμηνεία με τον πάροχο κοινής ωφέλειας.
2. Ανακατασκευάστε τη γραμμή βάσης από δεδομένα διαστημάτων
Χρησιμοποιήστε τουλάχιστον ένα πλήρες έτος λειτουργίας όταν η εποχικότητα, το μείγμα παραγωγής, οι καιρικές συνθήκες ή οι εποχές τιμολόγησης μπορούν να αλλάξουν την αιχμή. Ενδέχεται να απαιτούνται περισσότερα δεδομένα όπου το τιμολόγιο έχει μεγαλύτερη περίοδο αναδρομικού ελέγχου ή η εγκατάσταση έχει σπάνιες περιόδους λειτουργίας.
Έλεγχοι ποιότητας δεδομένων
Πριν από την κατάταξη των αιχμών, επαληθεύστε:
- Σύμβαση χρονικής σήμανσης: τοπική ώρα, UTC, μεταβάσεις θερινής ώρας και χρονικές σημάνσεις λήξης διαστήματος έναντι έναρξης διαστήματος.
- Διάρκεια διαστήματος: μην αναμιγνύετε εγγραφές 5, 15, 30 και 60 λεπτών χωρίς επαναδειγματοληψία ανά ενέργεια.
- Ελλείπουσες και διπλότυπες εγγραφές: επισημάνετέ τις· μην συμπληρώνετε σιωπηρά ένα διάστημα αιχμής με έναν μέσο όρο.
- Μονάδες και κλιμάκωση: επαληθεύστε τα Wh/kWh, W/kW, τον λόγο μετασχηματιστή ρεύματος (CT), τον λόγο μετασχηματιστή τάσης και τον πολλαπλασιαστή.
- Πρόσημο εισαγωγής και εξαγωγής: αποθηκεύστε τα ξεχωριστά όπου είναι δυνατόν. Μια καθαρή τιμή μπορεί να αποκρύψει την ταυτόχρονη συμπεριφορά φορτίου και παραγωγής.
- Όριο μετρητή: προσδιορίστε ποιες γραμμές τροφοδοσίας, γεννήτριες και συστήματα αποθήκευσης βρίσκονται ανάντη ή κατάντη του σημείου μέτρησης.
- Συμφωνία εσόδων: συγκρίνετε τις ανακατασκευασμένες μηνιαίες αιχμές και τα συνολικά ποσά ενέργειας με τους λογαριασμούς. Εξηγήστε το υπολειπόμενο ρεύμα πριν από τον καθορισμό του μεγέθους των συστημάτων ελέγχου.
Ένας εσωτερικός μετρητής είναι πολύτιμος για τον έλεγχο σε πραγματικό χρόνο, αλλά δεν αντικαθιστά τον μετρητή εσόδων. Το ρολόι του, ο κανόνας συγκέντρωσης, η ακρίβεια του CT, ο ρυθμός δειγματοληψίας και το όριο του μετρητή μπορούν να δημιουργήσουν μια συστηματική διαφορά. Για την αρχιτεκτονική μέτρησης και τις έννοιες ακρίβειας, ανατρέξτε στον οδηγό VIOX για μετρητές ενέργειας, CT και Modbus.
Δημιουργήστε έναν πίνακα συμβάντων αιχμής, όχι μόνο μια καμπύλη διάρκειας φορτίου
Μια καμπύλη διάρκειας φορτίου δείχνει πόσο συχνά η ζήτηση υπερβαίνει ένα κατώφλι, αλλά αφαιρεί τη χρονική σειρά. Ο καθορισμός μεγέθους αποθήκευσης και ο έλεγχος διεργασιών απαιτούν χρονολογία. Δημιουργήστε έναν πίνακα συμβάντων που περιλαμβάνει:
- ώρα έναρξης και λήξης;
- μέγιστη και μέση ζήτηση;
- διάρκεια πάνω από τα υποψήφια όρια;
- κατάσταση παραγωγής, παρτίδα, βάρδια και πλαίσιο καιρικών συνθηκών;
- εκκινήσεις μεγάλων φορτίων και επικαλυπτόμενοι κύκλοι λειτουργίας;
- διαθεσιμότητα ελεγχόμενου φορτίου;
- κατάσταση επιτόπιας παραγωγής και αποθήκευσης;
- προηγούμενος και επόμενος χρόνος αποκατάστασης.
Ομαδοποιήστε τις γειτονικές υπερβάσεις σε ένα συμβάν. Δύο αιχμές που χωρίζονται από πέντε λεπτά μπορεί να αποτελούν έναν κύκλο λειτουργίας αποθήκευσης εάν η μπαταρία δεν μπορεί να επαναφορτιστεί μεταξύ τους.
3. Διαχωρίστε πέντε διαφορετικές στρατηγικές ζήτησης
Η αντιμετώπιση κάθε μέτρου ως “περικοπή αιχμής” (peak shaving) αποκρύπτει σημαντικές διαφορές.
| Στρατηγική | Τι αλλάζει | Ενεργειακή συνέπεια | Επίπτωση ελέγχου |
|---|---|---|---|
| Αποδοτικότητα | Μειώνει την απαιτούμενη ισχύ για την ίδια ωφέλιμη απόδοση | Συνήθως μειώνει τις kWh και ενδέχεται να μειώσει την ισχύ αιχμής σε kW | Μόνιμο μέτρο· επαληθεύστε ότι η εξοικονόμηση πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια των χρεώσιμων διαστημάτων αιχμής. |
| Μετατόπιση φορτίου | Μεταφέρει μια εργασία κατανάλωσης ενέργειας σε άλλο χρόνο | Συχνά παρόμοια συνολική κατανάλωση σε kWh | Απαιτεί ευελιξία προγραμματισμού και ένα ασφαλές χρονικό παράθυρο εκτός αιχμής. |
| Διακοπή φορτίου | Διακόπτει προσωρινά ή περιορίζει ένα φορτίο | Ενδέχεται να μειώσει την απόδοση ή να απαιτήσει μεταγενέστερη ανάκτηση | Χρειάζεται προτεραιότητα, μέγιστο χρόνο διακοπής και λογική επανεκκίνησης. |
| Περικοπή αιχμής | Διατηρεί την εισαγωγή από το δίκτυο κάτω από ένα ανώτατο όριο | Ενδέχεται να μετατοπίσει την ενέργεια ή να προσθέσει απώλειες μετατροπής | Απαιτεί μέτρηση κλειστού βρόχου και έναν ενεργοποιητή, όπως ελεγχόμενο φορτίο, αποθήκευση ή παραγωγή. |
| Απόκριση ζήτησης | Μεταβάλλει το φορτίο σε απόκριση σε ένα συμβάν του δικτύου ή της αγοράς | Ειδικό για τη σύμβαση | Απαιτεί επικοινωνίες συμβάντων, κανόνες βάσης, επαλήθευση απόδοσης και επιχειρησιακή δέσμευση. |
Το Oak Ridge National Laboratory διακρίνει την προσωρινή απόρριψη φορτίου από τη μετακίνηση της κατανάλωσης μέσω μετατόπισης φορτίου στο οδηγό λογαριασμών ηλεκτρικής ενέργειας. τις οδηγίες του DOE για τη βιομηχανική απόκριση ζήτησης τονίζει ομοίως την κατανόηση του προφίλ φορτίου της εγκατάστασης πριν από τη δέσμευση φορτίων παραγωγής σε μια απόκριση συμβάντος.
Ιεραρχήστε πρώτα τους ελέγχους χαμηλής πολυπλοκότητας
Μια τεχνικά ορθολογική σειρά είναι η εξής:
- εξάλειψη σφαλμάτων μέτρησης και μοντέλου τιμολόγησης·;
- αποφυγή ταυτόχρονων εκκινήσεων και αιχμών αποκατάστασης που μπορούν να αποφευχθούν·;
- επαναπρογραμματισμός φορτίων που μπορούν να αναβληθούν·;
- διαμόρφωση ευέλικτων φορτίων εντός των ορίων της διεργασίας·;
- απόρριψη εγκεκριμένων φορτίων κατά τη διάρκεια εξαιρετικών συμβάντων·;
- χρήση BESS ή άλλου διαχειρίσιμου πόρου για το υπολειπόμενο ρεύμα που δεν μπορεί να διαχειριστεί λειτουργικά.
Αυτή δεν είναι μια υποχρεωτική οικονομική κατάταξη. Εμποδίζει τον διαστασιολογημένο σχεδιασμό ενός συστήματος αποθήκευσης για την κάλυψη αιχμών που θα μπορούσαν να εξαλειφθούν με μια διόρθωση προγραμματισμού.
4. Ορίστε το ανώτατο όριο ζήτησης βάσει λειτουργιών, όχι βάσει ποσοστιαίου στόχου
Έστω (D_{base,m}) η ανακατασκευασμένη ζήτηση χρέωσης για τον μήνα (m). Ένα υποψήφιο όριο (P_{cap}) είναι εφικτό μόνο εάν το σύστημα ελέγχου μπορεί να καλύψει κάθε σχετική υπέρβαση χωρίς να παραβιάζει τους περιορισμούς της διεργασίας, του εξοπλισμού, του τιμολογίου ή της διασύνδεσης.
Ορίστε το προφίλ ανεξέλεγκτης καθαρής εισαγωγής ως:
P_base(t) = P_load(t) - P_onsite_generation(t)Για μια εγκατάσταση χωρίς εξαγωγή ενέργειας, η απαιτούμενη ενέργεια ελέγχου είναι:
P_control(t) = max(0, P_base(t) - P_cap)Το εφικτό όριο (cap) προσδιορίζεται μέσω προσομοίωσης. Ελέγξτε διάφορες τιμές ορίου στα χρονολογικά δεδομένα και καταγράψτε:
- αριθμό συμβάντων ελέγχου;
- μέγιστη ισχύ ελέγχου;
- απαιτούμενη ενέργεια ανά συμβάν;
- μέγιστη διάρκεια συμβάντος;
- διαδοχικά συμβάντα και δυνατότητα επαναφόρτισης;
- περιορισμένη παραγωγή ή επίπτωση στην άνεση;
- διεκπεραιωτική ικανότητα μπαταρίας και αναμενόμενο εύρος λειτουργίας;
- υπολειπόμενη ζήτηση χρέωσης βάσει του ακριβούς μοντέλου τιμολογίου.
Ένα χαμηλότερο ανώτατο όριο δεν είναι αυτόματα καλύτερο. Μπορεί να αυξήσει τη συχνότητα των συμβάντων, τους κύκλους αποθήκευσης, τη διακοπή της διαδικασίας και τον κίνδυνο υπέρβασης του ορίου μετά από σφάλμα πρόβλεψης ή επικοινωνίας.
5. Χρησιμοποιήστε προγνωστικό έλεγχο διαστημάτων
Ένας ελεγκτής που αντιδρά μόνο αφού η μετρούμενη ζήτηση υπερβεί τον στόχο ενδέχεται να ενεργήσει πολύ αργά. Για ένα διάστημα διάρκειας (T), στον χρόνο που έχει παρέλθει (t), έστω (E_{elapsed}) η εισαγόμενη ενέργεια που συσσωρεύτηκε στο τρέχον διάστημα και (P_{now}) η εκτιμώμενη καθαρή εισαγωγή για το υπόλοιπο διάστημα. Μια απλή πρόβλεψη είναι:
P_projected = [E_elapsed + P_now × (T - t)] / TΤο εναπομένον περιθώριο ενέργειας κάτω από το όριο είναι:
E_headroom = P_cap × T - E_elapsedΧρησιμοποιήστε συνεπείς μονάδες: εάν η ισχύς είναι σε kW και η ενέργεια σε kWh, εκφράστε τα (T) και (t) σε ώρες.
Εάν η προβλεπόμενη ζήτηση υπερβαίνει το όριο, ο ελεγκτής κατανέμει τους διαθέσιμους πόρους σύμφωνα με την προτεραιότητα. Στην πράξη, ένας ισχυρός εκτιμητής θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη:
- τον συγχρονισμό διαστήματος του μετρητή εσόδων;
- την καθυστέρηση του μετρητή και των επικοινωνιών;
- τον ρυθμό ανόδου του φορτίου και το σφάλμα πρόβλεψης;
- τον χρόνο απόκρισης του ενεργοποιητή;
- Ελάχιστη ταχύτητα VFD και περιορισμοί διεργασίας·;
- κύκλος μεταγωγής επαφέα και ελάχιστος χρόνος ενεργοποίησης/απενεργοποίησης·;
- περιορισμοί επανεκκίνησης συμπιεστή, ψύκτη, κλιβάνου ή αντλίας·;
- κατάσταση φόρτισης (SOC) BESS, θερμοκρασία, όρια ισχύος και εφεδρεία·;
- υστέρηση ή νεκρή ζώνη για την αποφυγή ταλαντώσεων (chattering)·;
- συμπεριφορά εφεδρείας μετά από αστοχία αισθητήρα, δικτύου ή ελεγκτή.
Μη χρησιμοποιείτε επαφέα μεταγωγής ως στοιχείο διαμόρφωσης υψηλής συχνότητας. Χρησιμοποιήστε ένα VFD όπου μια διεργασία με κινητήρα είναι κατάλληλη για συνεχή ρύθμιση του σημείου λειτουργίας (setpoint) και διατηρήστε τη συχνότητα μεταγωγής εντός του επαληθευμένου κύκλου λειτουργίας του εξοπλισμού. Οι επεξηγήσεις VIOX σχετικά με τις αρχές λειτουργίας των VFD και λειτουργία μεταγωγής επαφέα παρέχετε το υπόβαθρο σε επίπεδο εξαρτήματος.
6. Δημιουργήστε έναν πίνακα προτεραιότητας φορτίου
Κάθε ελεγχόμενο φορτίο χρειάζεται μια τεκμηριωμένη επιχειρησιακή σύμβαση. Το “μπορεί να απενεργοποιηθεί” δεν αρκεί.
| Πεδίο | Απαιτούμενος ορισμός |
|---|---|
| ID φορτίου και σημείο μέτρησης | Ποια γραμμή τροφοδοσίας ή διαδικασία ελέγχεται και πώς επαληθεύεται η απόκρισή της |
| Τρόπος ελέγχου | Απαγόρευση εκκίνησης, μετατόπιση προγράμματος, κλιμακωτή απενεργοποίηση, μείωση σημείου ρύθμισης ή όριο ισχύος |
| Διαθέσιμη μείωση | Αναμενόμενη ισχύς σε kW ως συνάρτηση της κατάστασης λειτουργίας, όχι μόνο της ονομαστικής τιμής της πινακίδας |
| Χρόνος απόκρισης | Καθυστέρηση από την εντολή έως τη μετρήσιμη μείωση στο δίκτυο |
| Ελάχιστη/μέγιστη κατάσταση | Ασφαλής ελάχιστη ταχύτητα, θερμοκρασία, πίεση, ροή, SOC ή έξοδος |
| Μέγιστη διακοπή | Χρόνος πριν επηρεαστούν τα όρια του προϊόντος, της ασφάλειας, της άνεσης ή του εξοπλισμού |
| Συμπεριφορά επανεκκίνησης | Ρεύμα εισόδου (inrush), προθέρμανση, αλληλουχία, ζήτηση επαναφοράς και ελάχιστος χρόνος εκτός λειτουργίας |
| Προτεραιότητα | Ποτέ μην περικόπτετε, πρώτα ρυθμίστε, αναβάλετε ή διακόψτε μόνο ως έσχατη λύση |
| Κατάσταση ασφαλούς αστοχίας (fail-safe) | Αποτέλεσμα μετά από απώλεια δεδομένων μετρητή, επικοινωνιών, ελεγκτή ή τροφοδοσίας ενεργοποιητή |
Τα συστήματα ασφαλείας, οι λειτουργίες προστασίας, ο εξαερισμός έκτακτης ανάγκης, τα φορτία ασφαλείας ζωής και τα φορτία των οποίων η διακοπή δημιουργεί επικίνδυνη κατάσταση διεργασίας βρίσκονται εκτός της συνήθους λογικής περικοπής ζήτησης, εκτός εάν μια αρμόδια αρχή σχεδιασμού τα έχει ενσωματώσει ρητά.
7. Αρχιτεκτονική συστήματος ελέγχου ζήτησης
Μια τυπική αρχιτεκτονική διαθέτει πέντε λειτουργικά επίπεδα:
- Όριο χρέωσης: ο μετρητής εσόδων της επιχείρησης κοινής ωφέλειας και το ενεργό τιμολόγιο καθορίζουν τη χρέωση.
- Λειτουργική μέτρηση: ένας μετρητής εγκατάστασης, σωστά βαθμονομημένοι μετασχηματιστές έντασης (CTs), υπομέτρηση και χρονικός συγχρονισμός παρέχουν ταχύτερα δεδομένα για έλεγχο και διάγνωση.
- Εκτιμητής ζήτησης: ένα σύστημα διαχείρισης ενέργειας (EMS), προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC) ή ειδικός ελεγκτής ανασυνθέτει τη ζήτηση διαστήματος και προβλέπει το τέλος του διαστήματος.
- Λογική αποστολής: η προτεραιότητα, οι άδειες διεργασιών, τα όρια SOC, η νεκρή ζώνη, ο περιορισμός εξαγωγής και οι κανόνες ασφαλούς λειτουργίας (fail-safe) καθορίζουν την ενέργεια.
- Ενεργοποιητές: συστήματα προγραμματισμού, σημεία ρύθμισης VFD, διαχειριζόμενη φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων, ρελέ ελέγχου/επαφείς, έλεγχοι γεννήτριας όπου επιτρέπεται, και το σύστημα μετατροπής ισχύος (PCS) του BESS.
Η προστασία ισχύος παραμένει ανεξάρτητη από τον στόχο βελτιστοποίησης. Ο ελεγκτής ζήτησης δεν αντικαθιστά την προστασία από υπερένταση, την προστασία από σφάλμα γείωσης, τις λειτουργίες αντι-νησιδοποίησης, τον τερματισμό έκτακτης ανάγκης ή τους ελέγχους ασφαλείας που αφορούν συγκεκριμένο εξοπλισμό.
8. Διαστασιολόγηση ισχύος και ενέργειας BESS ξεχωριστά
Η ισχύς της μπαταρίας και η ενέργεια της μπαταρίας επιλύουν διαφορετικούς περιορισμούς. Το άρθρο kW, kWh, MW, MWh, SOC και βάθος εκφόρτισης εξηγεί αυτούς τους όρους αναλυτικά.
8.1 Ονομαστική ισχύς PCS
Για ένα μοντέλο σκοπιμότητας χρονοσειρών, η απαιτούμενη ισχύς εκφόρτισης AC είναι:
P_BESS,AC(t) = max(0, P_base(t) - P_cap - P_flexible_load(t))Εδώ, το (P_{flexible_load}(t)) ορίζεται ως μια θετική μείωση που επιτυγχάνεται μέσω προγραμματισμού, διαμόρφωσης ή εγκεκριμένης απόρριψης φορτίου σε σχέση με τη γραμμή βάσης.
Η προκαταρκτική ονομαστική τιμή εκφόρτισης του PCS πρέπει να είναι τουλάχιστον η μέγιστη απαιτούμενη τιμή:
P_PCS,discharge ≥ max[P_BESS,AC(t)]Η τελική προδιαγραφή του PCS πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη την ικανότητα υπερφόρτισης και τη διάρκειά της, την απομείωση ισχύος λόγω θερμοκρασίας και υψομέτρου, το φορτίο άεργου ισχύος, τους περιορισμούς εισαγωγής/εξαγωγής, τη χωρητικότητα μετασχηματιστή και αγωγών, τη συνεισφορά σε σφάλμα, την απόδοση αρμονικών και τη συμφωνία διασύνδεσης. Εάν το PCS πρέπει να επαναφορτίσει εντός καθορισμένου χρονικού παραθύρου, η ισχύς φόρτισης αποτελεί ξεχωριστή απαίτηση.
8.2 Ενέργεια που παραδίδεται κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος
Για το συμβάν (j), η απαιτούμενη ενέργεια AC είναι η περιοχή πάνω από το όριο μετά τον έλεγχο του ευέλικτου φορτίου:
E_AC,event,j = ∫ P_BESS,AC(t) dtΜετατρέψτε το χειρότερο αξιόπιστο συμβάν σε μια προκαταρκτική ονομαστική ενέργεια πινακίδας:
E_nameplate ≥ E_AC,event / (η_dis × f_usable × f_EOL)όπου:
- (η_{dis}) είναι η μοντελοποιημένη απόδοση της διαδρομής εκφόρτισης κατά το σχετικό εύρος λειτουργίας·;
- (f_{usable}) είναι το επιτρεπόμενο κλάσμα της ονομαστικής ενέργειας μεταξύ των ορίων λειτουργίας SOC·;
- (f_{EOL}) είναι το κλάσμα της διατηρούμενης χωρητικότητας που απαιτείται στο τέλος ζωής σχεδιασμού.
Συμπεριλάβετε τα βοηθητικά φορτία και τις επιδράσεις της θερμοκρασίας στο μοντέλο χρονοσειρών όταν είναι σημαντικά. Μην προσθέτετε έναν ανεξήγητο “συντελεστή ασφαλείας” πάνω από κρυφές συντηρητικές παραδοχές· δηλώστε κάθε περιθώριο μία φορά.
8.3 Η χρονολογία μπορεί να καθορίσει την ονομαστική τιμή ενέργειας
Ένα διάστημα ζήτησης 15 λεπτών δεν σημαίνει ότι μια μπαταρία 0,25 ώρας είναι επαρκής. Μια εγκατάσταση μπορεί να παραμείνει πάνω από το ανώτατο όριο για αρκετά διαδοχικά διαστήματα. Μπορεί επίσης να παρουσιάσει ένα δεύτερο συμβάν πριν ανακάμψει η μπαταρία. Προσομοιώστε:
- συνεχείς αιχμές πολλαπλών διαστημάτων·;
- ισχύς επαναφόρτισης και επιτρεπόμενοι χρόνοι επαναφόρτισης·;
- επαναφόρτιση που δημιουργεί μια νέα αιχμή ζήτησης·;
- ελάχιστο απόθεμα SOC·;
- σφάλμα πρόβλεψης·;
- υποβάθμιση κατά την περίοδο ανάλυσης·;
- ταυτόχρονες απαιτήσεις άεργου ισχύος, εάν ισχύει.
του NREL τεκμηρίωση μπαταρίας του System Advisor Model υποστηρίζει αποστολή χρονοσειρών, συμπεριλαμβανομένων των ελεγκτών εξομάλυνσης αιχμών (peak-shaving), και μοντελοποιεί τις επιδράσεις της θερμοκρασίας και της υποβάθμισης. Αυτό είναι το κατάλληλο επίπεδο ανάλυσης για μια επενδυτική απόφαση· ένα μεμονωμένο μηνιαίο μέγιστο δεν είναι.
9. Παράδειγμα εφαρμογής: Προσδιορισμός kW του PCS και προκαταρκτικών kWh της μπαταρίας
Υποθέστε ένα απλό τιμολόγιο ζήτησης με μπλοκ 15 λεπτών, χωρίς ρήτρα κλιμάκωσης, χωρίς εξαγωγή και με υποψήφιο όριο ζήτησης 800 kW. Μετά από όλες τις εγκεκριμένες ενέργειες ευέλικτου φορτίου, οι πέντε διαδοχικές καθαρές εισαγωγές μέσου διαστήματος είναι:
| Διάστημα | Εισαγωγή βάσης (kW) | Απαιτούμενη εκφόρτιση BESS (kW) |
|---|---|---|
| 1 | 720 | 0 |
| 2 | 860 | 60 |
| 3 | 980 | 180 |
| 4 | 910 | 110 |
| 5 | 760 | 0 |
Υποθέστε ότι κάθε διάστημα παραμένει στον αναγραφόμενο μέσο όρο για ολόκληρο το διάστημα των 0,25 h. Η ελάχιστη απαίτηση ισχύος από αυτό το συμβάν είναι:
P_PCS,discharge ≥ max(60, 180, 110) = 180 kWΗ παρεχόμενη ενέργεια AC είναι:
E_AC,event = (60 + 180 + 110) kW × 0.25 h
= 87.5 kWhΓια μια ενδεικτική απόδοση εκφόρτισης 0,94, χρησιμοποιήσιμο κλάσμα SOC 0,80 και κλάσμα διατηρούμενης χωρητικότητας στο τέλος της διάρκειας ζωής 0,80:
E_nameplate ≥ 87.5 / (0.94 × 0.80 × 0.80)
≥ 145.4 kWhΤο προκαταρκτικό αποτέλεσμα είναι επομένως τουλάχιστον 180 kW ικανότητα εκφόρτισης PCS και 145.4 kWh ονομαστική ενέργεια για αυτό το απλοποιημένο συμβάν και αυτές τις παραδοχές. Δεν αποτελεί προδιαγραφή προμήθειας. Μια χρονολογική ετήσια προσομοίωση μπορεί να παράγει ένα μεγαλύτερο συμβάν, ανεπαρκές παράθυρο επαναφόρτισης, υψηλότερη κλίση ισχύος, χαμηλότερη απόδοση ή εφεδρεία λειτουργίας που καθορίζει την πραγματική ονομαστική τιμή.
10. Μοντελοποίηση του αποτελέσματος τιμολογίου χωρίς υπόσχεση εξοικονόμησης
Για ένα τιμολόγιο με έναν απλό μηνιαίο συντελεστή ζήτησης (R_m), ένα αρχικό μοντέλο χρέωσης ζήτησης είναι:
Ετήσια μείωση χρέωσης ζήτησης = Σ [R_m × (D_base,m - D_controlled,m)]Μην χρησιμοποιείτε αυτή την έκφραση αυτούσια όταν το τιμολόγιο περιλαμβάνει ρήτρες, πολλαπλές περιόδους ζήτησης, συμπίπτουσες αιχμές, ζήτηση kVA, συμβατικό ελάχιστο όριο, χρεώσεις αναμονής ή κλιμακωτούς συντελεστές ζήτησης. Αναδομήστε τον λογαριασμό γραμμή προς γραμμή.
Το τεχνικοοικονομικό μοντέλο θα πρέπει να περιλαμβάνει:
- ελεγχόμενη ζήτηση ανά μητρώο τιμολογίου·;
- ενέργεια που μετατοπίζεται σε διαφορετικές περιόδους τιμολόγησης·;
- απώλειες κύκλου BESS και βοηθητική κατανάλωση·;
- υποθέσεις υποβάθμισης και αντικατάστασης μπαταρίας·;
- κόστη συντήρησης και επικοινωνιών·;
- επίπτωση στην παραγωγή από τον περιορισμό φορτίου·;
- έσοδα από απόκριση ζήτησης μόνο όπου ένα υπογεγραμμένο πρόγραμμα ορίζει τη γραμμή βάσης και τους κανόνες απόδοσης·;
- κίνδυνος υπολειπόμενης ζήτησης μετά από πρόβλεψη ή αστοχία εξοπλισμού.
Αναφέρετε την ευαισθησία στα τιμολόγια, τη μορφή αιχμής, το πρόγραμμα παραγωγής, την υποβάθμιση της μπαταρίας και τη συμμόρφωση με τα ανώτατα όρια. Ένα καθολικό ποσοστό εξοικονόμησης ή μια περίοδος απόσβεσης δεν είναι τεχνικά τεκμηριωμένα.
11. Ηλεκτρικά όρια, όρια διασύνδεσης και ασφάλειας
Η μείωση της ζήτησης δεν μειώνει την ανάγκη για πλήρη ηλεκτρολογική μελέτη. Τουλάχιστον, επαληθεύστε:
- το φορτίο της παροχής και του μετασχηματιστή τόσο σε κατάσταση φόρτισης όσο και εκφόρτισης;
- το ρεύμα βραχυκυκλώματος, τον συντονισμό προστασίας, τη γείωση, την απομόνωση και τον τερματισμό λειτουργίας έκτακτης ανάγκης;
- την πολικότητα, τον λόγο μετασχηματισμού, την κλάση, το φορτίο, την ακρίβεια του μετρητή και τη συμπεριφορά σε περίπτωση απώλειας σήματος των μετασχηματιστών έντασης (CT);
- την τάση, τη συχνότητα, τις αρμονικές, τη λειτουργία άεργου ισχύος, την απόκριση σε σφάλματα και τις απαιτήσεις αντι-νησιδοποίησης του PCS;
- τον περιορισμό εξαγωγής ισχύος και την έγκριση διασύνδεσης με το δίκτυο κοινής ωφέλειας;
- τη θέση του περιβλήματος, τον εξαερισμό ή τη θερμική διαχείριση, την πρόσβαση, τις αποστάσεις ασφαλείας και τις περιβαλλοντικές συνθήκες;
- όρια συστήματος διαχείρισης μπαταριών, συναγερμοί, ανίχνευση πυρκαγιάς, θέση σε λειτουργία και απόκριση έκτακτης ανάγκης·;
- κυβερνοασφάλεια και έλεγχος πρόσβασης για δικτυωμένους μετρητές, EMS, PLC, EVSE και διεπαφές PCS.
Για έργα στις ΗΠΑ, οι σχετικές αναφορές πεδίου εφαρμογής μπορούν να περιλαμβάνουν NFPA 855 για εγκατάσταση στατικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, UL 9540 για συστήματα και εξοπλισμό αποθήκευσης ενέργειας, και IEEE 1547 για διασύνδεση και διαλειτουργικότητα DER. Οι υιοθετημένες εκδόσεις και η εφαρμοσιμότητα εξαρτώνται από τη δικαιοδοσία, τη διαμόρφωση του συστήματος και την AHJ. Άλλες χώρες χρησιμοποιούν διαφορετικά νομοθετικά και κανονιστικά πλαίσια.
12. Σχέδιο θέσης σε λειτουργία και μέτρησης-και-επαλήθευσης
Η θέση σε λειτουργία θα πρέπει να αποδεικνύει την πλήρη αλυσίδα ελέγχου, όχι μόνο ότι οι μεμονωμένες συσκευές επικοινωνούν.
Αποδοχή μετρητή και μοντέλου
- Επαληθεύστε τον προσανατολισμό του CT, την κλιμάκωση, τον χρονικό συγχρονισμό και το πρόσημο εισαγωγής/εξαγωγής.
- Συγκρίνετε την ενέργεια διαστήματος και τη ζήτηση του λειτουργικού μετρητή με τα δεδομένα του παρόχου κατά τη διάρκεια αντιπροσωπευτικών περιόδων.
- Επιβεβαιώστε ότι ο ελεγκτής κάνει επαναφορά και συγκεντρώνει τα διαστήματα σύμφωνα με το προβλεπόμενο μοντέλο τιμολόγησης.
- Ελέγξτε για ελλιπή δεδομένα, παγωμένες τιμές, ενδείξεις εκτός εύρους και αστοχία ρολογιού.
Αποδοχή ελέγχου
- Επιβάλετε ένα ελεγχόμενο προφίλ δοκιμής κάτω από το πραγματικό όριο ζήτησης όπου είναι πρακτικό.
- Επιβεβαιώστε την προβλεπόμενη ζήτηση, το κατώφλι αποστολής, τη νεκρή ζώνη και το κατώφλι απελευθέρωσης.
- Μετρήστε την πραγματική μείωση kW και τον χρόνο απόκρισης για κάθε ευέλικτο φορτίο.
- Επαληθεύστε τον ελάχιστο χρόνο ενεργοποίησης/απενεργοποίησης, τη σειρά επανεκκίνησης, τη ζήτηση ανάκαμψης και τις άδειες λειτουργίας της διεργασίας.
- Επιβεβαιώστε ότι η απώλεια επικοινωνίας ή τροφοδοσίας του ελεγκτή παράγει την τεκμηριωμένη κατάσταση ασφαλούς λειτουργίας (fail-safe).
Αποδοχή BESS
- Επαληθεύστε την εντολή έναντι της μετρούμενης ισχύος και ενέργειας AC.
- Ελέγξτε τα όρια SOC, το απόθεμα, τον περιορισμό εξαγωγής, την ανάκτηση φόρτισης, τους συναγερμούς και τη στάση έκτακτης ανάγκης.
- Επιβεβαιώστε ότι ο προγραμματισμός επαναφόρτισης δεν δημιουργεί νέα χρεώσιμη αιχμή.
- Επιδείξτε το μεγαλύτερο μοντελοποιημένο συμβάν ή μια εγκεκριμένη ισοδύναμη δοκιμή.
Επαλήθευση τιμολόγησης
- Ανακατασκευάστε κάθε μηνιαίο λογαριασμό χρησιμοποιώντας ελεγχόμενα δεδομένα διαστήματος.
- Συγκρίνετε τη φυσική μείωση αιχμής με τη μείωση της τιμολογημένης ζήτησης· διερευνήστε τις επιπτώσεις της ρήτρας κλιμάκωσης ή του κατώτατου ορίου τιμολογίου.
- Παρακολουθήστε τις αστοχίες ορίων ανά αιτία: πρόβλεψη, μετρητής, επικοινωνίες, μη διαθέσιμο φορτίο, SOC, ενεργοποίηση εξοπλισμού ή παράκαμψη από τον χειριστή.
- Επανεκτελέστε το χρονολογικό μοντέλο μετά από αλλαγές στην παραγωγή υλικών, το τιμολόγιο, την παραγωγή ενέργειας ή τον εξοπλισμό.
Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας δεν είναι απλώς μια μικρότερη αιχμή σε έναν πίνακα ελέγχου. Είναι μια ανιχνεύσιμη αλυσίδα από τον καθορισμό του τιμολογίου έως το μετρούμενο διάστημα, την απόφαση ελέγχου, τη φυσική απόκριση φορτίου και το επαληθευμένο αποτέλεσμα τιμολόγησης.
Πηγές
- DOE FEMP: Αξιολόγηση των επιλογών τιμολογίου κοινής ωφέλειας
- DOE Better Plants: Απόκριση ζήτησης σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις
- ORNL: Κατανόηση των λογαριασμών κοινής ωφέλειας—Ηλεκτρική ενέργεια
- NREL System Advisor Model: Αποθήκευση σε μπαταρίες
- NFPA 855: Πρότυπο για την εγκατάσταση στατικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας
- UL 9540: Δοκιμές και πιστοποίηση συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας
- IEEE 1547-2018: Διασύνδεση και διαλειτουργικότητα κατανεμημένων ενεργειακών πόρων
