以下文章來(lái)源于陽(yáng)光工匠學(xué)社，作者陽(yáng)光工匠學(xué) 1. 背景 在儲(chǔ)能行業(yè)的起步階段，不管是投資方、業(yè)主方還是集成方，對(duì)效率的要求或者說(shuō)是實(shí)際效率都不是那么清晰；隨著儲(chǔ)能行業(yè)快速增長(zhǎng)、儲(chǔ)能知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)的大量沉淀，各方都加大了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)效率指標(biāo)的關(guān)注，且都會(huì)提到相應(yīng)的效率要求。但主要的問(wèn)題是，對(duì)于效率的界定方式，各方都存在較大的差異，比如業(yè)主招標(biāo)要求里僅寫到儲(chǔ)能效率要求不低于85%，那么業(yè)主真實(shí)意圖是指儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合效率不低于85%？還是說(shuō)儲(chǔ)能裝置效率不低于85%？作為總包方或者集成方在響應(yīng)該要求時(shí)就會(huì)存在理解偏差。 本文將結(jié)合儲(chǔ)能相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及各設(shè)備效率性能指標(biāo)，詳細(xì)講解儲(chǔ)能的各個(gè)效率釋義與對(duì)應(yīng)效率指標(biāo)。  2. 有哪些效率？ 2.1 電站綜合效率 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT 36549-2018 電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行指標(biāo)及評(píng)價(jià)》：儲(chǔ)能電站綜合效率應(yīng)為評(píng)價(jià)周期內(nèi)，儲(chǔ)能電站生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中上網(wǎng)電量與下網(wǎng)電量的比值。 釋義：
這里我們需要注意的有兩個(gè)點(diǎn)： ① 評(píng)價(jià)周期：是以一個(gè)儲(chǔ)能充放電循環(huán)時(shí)間、還是以日、月、年為周期評(píng)估？不同評(píng)價(jià)周期對(duì)應(yīng)的效率指標(biāo)是不一樣的。 ② 在計(jì)算綜合效率時(shí)，需要包含站內(nèi)輔助用電損耗，比如冷卻系統(tǒng)（空調(diào)/液冷機(jī)組）、監(jiān)控等用電。 2.2 儲(chǔ)能單元充放電能量轉(zhuǎn)換效率 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT 36549-2018 電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行指標(biāo)及評(píng)價(jià)》：對(duì)于鉛酸電池和鋰離子電池，充放電能量轉(zhuǎn)換效率應(yīng)為評(píng)價(jià)周期內(nèi)，儲(chǔ)能單元總放電量與總充電量的比值。 釋義：
這里我們需要注意的是按電化學(xué)儲(chǔ)能單元的標(biāo)準(zhǔn)釋義，可不包含隔離變壓器/升壓變壓器；目前常規(guī)集中式風(fēng)冷系統(tǒng)常采取5MWh電池艙+2.5MW 逆變升壓一體機(jī)艙組成（包含2個(gè)2.5MWh電池堆及2臺(tái)1250kW 儲(chǔ)能變流器），這里我們理解電化學(xué)儲(chǔ)能單元規(guī)格為1.25MW/2.5MWh，在計(jì)算該效率時(shí)，取PCS交流側(cè)計(jì)量表計(jì)數(shù)據(jù)。 2.3 儲(chǔ)能裝置效率 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 51437-2021 風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》： 儲(chǔ)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(jì)算：   ：電池效率，儲(chǔ)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；  ：功率變換系統(tǒng)效率，包括整流效率和逆變效率；  ：電力線路效率，考慮交直流電纜雙向輸電損耗后的效率；  ：變壓器效率，考慮變壓器雙向變壓損耗后的效率 2.4 其它效率 儲(chǔ)能系統(tǒng)充電效率、儲(chǔ)能系統(tǒng)放電效率 3. 儲(chǔ)能系統(tǒng)各組成設(shè)備效率及損耗說(shuō)明 3.1 組成說(shuō)明 整體上說(shuō)，集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)包含三大部分：
3.2 電池系統(tǒng)效率說(shuō)明 根據(jù)《GB/T 36276-2018 電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》中電池簇性能要求可知，電池簇初始能量效率不小于92%；而根據(jù)2022年《GB/T 36276電力儲(chǔ)能用鋰離子電池征求意見(jiàn)稿》中要求:電池簇在（25±5）℃及額定功率條件下初始能量效率不應(yīng)小于95%。 在30℃試驗(yàn)環(huán)境下，單電池簇能量效率是有可能做到95%的；考慮到集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)多簇并聯(lián)存在的一致性問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致充放電量不及預(yù)期從而降低直流側(cè)效率及項(xiàng)目使用時(shí)電池艙內(nèi)環(huán)境溫度一般控在25℃這兩個(gè)因素，故實(shí)際使用時(shí)，直流側(cè)效率一般做不到95%。本處電池系統(tǒng)效率仍按92%計(jì)算，  =92%。 注意：上述效率為初始效率。 3.3 功率變換系統(tǒng)效率說(shuō)明 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 34120-2017 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能變流器技術(shù)規(guī)范》：在額定運(yùn)行條件下，儲(chǔ)能變流器的整流和逆變效率均應(yīng)不低于94%。 2022年《GB/T 34120-XXX 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能變流器技術(shù)要求》征求意見(jiàn)稿將該指標(biāo)提高至97%。 目前主流儲(chǔ)能變流器企業(yè)宣傳PCS最高效率99%以上，但是儲(chǔ)能變流器的最高效率點(diǎn)不一定是額定功率下的效率點(diǎn)；一般額定功率下及額定電壓下的的整流與逆變效率可做到98.5%,  =98.5%×98.5%≈97.02%。  3.4 電力線路效率說(shuō)明 以單個(gè)2.5MW/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，系統(tǒng)內(nèi)包含1臺(tái)2.5MW 逆變及升壓艙，艙內(nèi)配置2臺(tái)1250kW 儲(chǔ)能變流器，1臺(tái)2500kVA升壓變壓器。 3.4.1 直流側(cè)電力線路效率 直流側(cè)電壓范圍按1000V~1500V考慮，根據(jù)直流側(cè)額定電流、直流線纜線徑、線纜長(zhǎng)度等參數(shù)，計(jì)算得出：直流側(cè)單向效率約為：99.83%； 則：直流側(cè)電力線路效率為：  =99.83%*99.83%≈99.66%。 3.4.2 低壓交流側(cè)電力線路效率 儲(chǔ)能變流器交流側(cè)輸出額定電壓為AC690V，根據(jù)交流側(cè)額定電流、交流線纜線徑、線纜長(zhǎng)度等參數(shù)計(jì)算得出：PCS交流側(cè)-變壓器低壓側(cè)單向效率約為：99.95%； 則：PCS交流側(cè)-變壓器低壓側(cè)電力線路效率為：  =99.95%*99.95%≈99.9%。 3.4.3 高壓交流側(cè)電力線路效率 目前集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)以35kV電壓等級(jí)并網(wǎng)居多，本次測(cè)算按35kV考慮。根據(jù)35kV交流側(cè)額定電流、35kV交流線纜線徑、線纜長(zhǎng)度等參數(shù)計(jì)算得出： 高壓交流側(cè)單向效率約為：99.89%； 則：變壓器高壓側(cè)-儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)電力線路效率為： =99.89%*99.89%≈99.78%。 3.4.4 電力線路效率 綜上，電力線路效率 = * * ≈99.66%*99.9%*99.78%≈99.34%。 3.5 變壓器效率說(shuō)明 項(xiàng)目常用干式變壓器，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 10228-2015 干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》，35kV 2500kVA無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器其損耗指標(biāo)如下：
在額定功率運(yùn)行時(shí)，變壓器效率為：(2500kW-4.86kW-20.6kW)/2500kW≈98.98% 則：變壓器雙向效率為： =98.98 %*98.98%≈97.97%。 3.6 輔助設(shè)備功耗說(shuō)明 3.6.1 電池艙內(nèi)輔助設(shè)備功耗說(shuō)明 目前主流風(fēng)冷系統(tǒng)電池艙單艙額定容量為5MWh，艙內(nèi)各設(shè)備組成及對(duì)應(yīng)功耗估算如下表： 3.6.2 逆變及升壓艙內(nèi)輔助設(shè)備功耗說(shuō)明 與5MWh風(fēng)冷電池艙匹配的逆變及升壓艙規(guī)格為2.5MW，艙內(nèi)用電設(shè)備及用電功率小，主要包含PCS控制回路、箱變測(cè)控、變壓器散熱風(fēng)機(jī)、交換機(jī)等通訊設(shè)備、艙內(nèi)照明等輔助設(shè)備，預(yù)估功耗不超過(guò)1.5kW。 3.6.3 能量管理系統(tǒng)功耗說(shuō)明 能量管理系統(tǒng)主要設(shè)備包含服務(wù)器、顯示器、交換機(jī)等通訊組網(wǎng)設(shè)備，對(duì)于2.5MW/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，預(yù)估功耗不超過(guò)3.5kW。 3.6.4 站用變/自用電變壓器效率說(shuō)明 根據(jù)上述電池艙、逆變及升壓艙、能量管理系統(tǒng)部分功耗統(tǒng)計(jì)，可得出2.5MW/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助設(shè)備功耗為58.3kW，擬按80kVA考慮自用電變壓器配置。 站用變常用干式變壓器，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 10228-2015 干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》，35kV 100kVA無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器其損耗指標(biāo)如下：
本項(xiàng)目配置80kVA自用電變壓器，且使用功率為58.3kW，預(yù)估損耗水平如下：
3.6.5 輔助設(shè)備總功耗 從上述計(jì)算可以看出，2.5MW/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)在額定功率狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)輔助設(shè)備總功耗約為60.3kW。 4. 效率分析 以2.5MW/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行效率分析。 4.1 效率統(tǒng)計(jì) 對(duì)章節(jié)【儲(chǔ)能系統(tǒng)各組成設(shè)備效率及損耗說(shuō)明】做個(gè)統(tǒng)計(jì)，如下表： 4.2 能量潮流 在分析效率之前，先看下儲(chǔ)能系統(tǒng)充電（圖1）與放電（圖2）過(guò)程的能量潮流： 4.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)充電效率 假設(shè)電池系統(tǒng)SOC一致，充放電深度按90%考慮，若需要將5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)充滿，則需要其交流側(cè)初始的充電能量為： =(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)÷電池系統(tǒng)充電效率÷儲(chǔ)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 =5000kWh×90%÷95.92%÷98.5%÷98.98%÷99.67%+60.3kW*2h≈4948.47kWh； 則儲(chǔ)能系統(tǒng)交流側(cè)充電效率為： = (5000kWh×90%)/Eoff=90.94%。 4.4 儲(chǔ)能系統(tǒng)放電效率 按2h放電小時(shí)計(jì)算，則其交流側(cè)初始放電能量為： =(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)×電池系統(tǒng)充電效率×儲(chǔ)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 =5000kWh×90%（放電深度）×95.92%×98.5%×98.98%×99.67%-60.3kW*2h≈4073.8kWh； 交流側(cè)放電效率為： = Eon1/(5000kWh×90%)=90.53%。 4.5 儲(chǔ)能單元充放電能量轉(zhuǎn)換效率 需要注意，儲(chǔ)能單元充放電能量轉(zhuǎn)換效率考核的點(diǎn)為PCS交流側(cè)，該處計(jì)算情況如下： 儲(chǔ)能單元充電量： =(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)÷電池系統(tǒng)充電效率÷儲(chǔ)能變流器整流效率÷電力線路效率（直流側(cè)）÷電力線路效率（PCS交流側(cè)-變壓器低壓側(cè)） =5000kWh×90%÷95.92%÷98.5%÷99.83%÷99.95%≈4773.35kWh 儲(chǔ)能單元放電量： =(系統(tǒng)額定容量×充放電深度)×電池系統(tǒng)充電效率×儲(chǔ)能變流器逆變效率×電力線路效率（直流側(cè)）×電力線路效率（PCS交流側(cè)-變壓器低壓側(cè)） =5000kWh×90%（放電深度）×95.92%×98.5%×99.83%×99.95%≈4242.3kWh 則儲(chǔ)能單元充放電能量轉(zhuǎn)換效率為： = / =88.87%。 4.6 儲(chǔ)能裝置效率 根據(jù)儲(chǔ)能裝置效率定義，可得出儲(chǔ)能裝置效率為： =92%×97.02%×99.34%×97.97%≈86.87% 4.7 電站綜合效率 假設(shè)評(píng)價(jià)周期為一次滿充滿放，即充電2h，放電2h，不考慮待機(jī)情況，則一次循環(huán)的電站綜合效率為： η= ÷ =4073.8kWh/4948.47kWh≈82.32%。 假設(shè)評(píng)價(jià)周期為一天，儲(chǔ)能系統(tǒng)每天僅進(jìn)行一次滿充滿放（4h），其余情況待機(jī)（20h）；那么在待機(jī)時(shí)候，PCS、變壓器都存在待機(jī)損耗、空調(diào)可能工作在制冷狀態(tài)也可能工作在送風(fēng)模式，其它輔助設(shè)備均工作在運(yùn)行模式。這部分待機(jī)功耗估計(jì)如下： ① 空調(diào)制冷模式工作1h，送風(fēng)模式工作19h；功耗估計(jì)約86kWh； ② 電池PACK風(fēng)機(jī)工作1h，停機(jī)19h；功耗估計(jì)約2.2kWh； ③ BMS、EMS工作在低功耗模式，變壓器風(fēng)機(jī)停機(jī)，其余輔助設(shè)備正常工作；功耗估計(jì)約60kWh； ④ 變壓器存在空載損耗、PCS存在待機(jī)損耗，功耗估計(jì)約113.2kWh； 綜上，2.5MW/5MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)總待機(jī)損耗為：261.4kWh。 綜上，儲(chǔ)能電站日綜合效率為： η= ÷( +411.6)= 4073.8kWh/(4948.47+261.4)kWh≈78.19%。 5. 總結(jié) 經(jīng)過(guò)上述分析可知，在不考慮輔助設(shè)備用電情況下，采用儲(chǔ)能裝置效率，行業(yè)內(nèi)儲(chǔ)能集成商做到85%沒(méi)有問(wèn)題；若要考慮輔助用電，單次充放電綜合效率是無(wú)法做到85%的，更別說(shuō)日綜合效率、月綜合效率乃至年綜合效率了。 目前許多業(yè)主招標(biāo)要求儲(chǔ)能年綜合效率不低于85%，未免有些脫離實(shí)際情況。其次，上述效率值均是初始效率計(jì)算值，隨著儲(chǔ)能電站運(yùn)行，效率是會(huì)不斷下降的。 數(shù)據(jù)來(lái)源，陽(yáng)光光伏論壇 |
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