如何分析计算工商业储能系统效率
发布时间：
2024-09-13
中国储能网讯：工商业储能系统作为一种灵活、高效的能源管理手段，正逐渐受到广泛关注。然而，要准确评估工商业储能系统的性能和经济性，对其效率进行精确计算和分析至关重要。
一、工商业储能系统的构成及工作原理
工商业储能系统通常由电池组、电池管理系统（BMS）、功率转换系统（PCS）、控制系统以及相关的电气设备组成。
其工作原理是在电力低谷时段储存电能，在高峰时段释放电能，以实现电力的削峰填谷、需求响应以及提高供电可靠性等目标。
二、工商业储能系统效率影响因素
1. 电池性能：电池的类型（如锂离子电池、铅酸电池等）、质量、容量、充放电深度以及循环寿命等都会直接影响储能系统的效率。高性能的电池通常具有更高的能量转换效率和更低的自放电率。
2. 充放电策略：合理的充放电策略对于提高储能系统效率至关重要。例如，选择合适的充电电流和电压、放电截止电压等，可以减少能量损耗。
3.电力转换效率：PCS在电能转换过程中会产生一定的损失，其效率直接影响储能系统的整体效率；随着技术的发展，PCS的效率不断提高，但仍存在提升空间。
4. 温度：环境温度对电池性能和效率有显著影响。过高或过低的温度都会降低电池的充放电效率，甚至可能影响电池的寿命。
5. 能量管理系统（EMS）：高效的 EMS 能够优化电池的使用，实现能量的合理分配和调度，从而提高整个储能系统的效率。
6. 电池老化：随着使用时间的增长，电池会逐渐老化，内阻增加，容量下降，导致充放电效率降低。
7. 系统损耗：包括线路损耗、功率转换设备（如逆变器、充电器等）的损耗等。优质的设备和合理的线路设计可以减少这些损耗。
三、储能系统效率
1.综合效率
储能电站的综合效率定义为评价周期内，储能电站生产运行过程中上网电量与下网电量的比值，即：综合效率=评价周期内储能电站向电网输送的电量总和÷储能电站从电网接受的电量总和。
2.充电效率
交流侧初始充电量=（系统额定容量×充放电深度）÷电池系统充电效率÷储能变流器整流效率÷电力线路效率÷变压器效率+辅助设备功耗。
充电效率=（系统额定容量×充放电深度）÷交流侧初始充电量。
3.放电效率
交流侧初始放电量=（系统额定容量×充放电深度）×电池系统充电效率×储能变流器逆变效率×电力线路效率×变压器效率-辅助设备功耗。
放电效率=交流侧初始放电量÷（系统额定容量×充放电深度）。
四、效率计算分析
电池效率电池效率是储能系统中最关键的因素之一。根据《GB/T 36276-2018 电力储能用锂离子电池》中电池簇性能要求可知，电池簇在（25±5）℃及额定功率条件下初始能量效率不应小于92%，而根据最新《GB/T 36276-2023 电力储能用锂离子电池》中电池簇性能要求可知，电池簇在（25±5）℃及额定功率条件下初始能量效率不应小于95%；
考虑上述效率要求为初始效率，综合储能系统实际运行以及市场产品发展情况，暂按电池系统效率为93%（双向）。
功率变换系统效率功率变换系统效率包括整流效率和逆变效率。根据市场PCS生产情况，一般取98.5%（单向）。
电力线路效率
电力线路在传输电流时会产生热量损失。因工商业储能一体柜集成度较高，直流侧线路损耗可忽略不计，PCS交流侧-变压器交流侧因考虑现场实际情况不同，损耗也有所不同，具体以实际损耗计算；本次暂按单向效率约为99%，考虑双向损失，电力线路效率约为98.01%。
变压器效率
目前工商业储能一体柜主要应用低压接入方案，一体柜PCS出线接入厂区已有变压器低压母线，暂不考虑独立高压变压器损耗效率。
辅助系统耗电
储能电站在运行时需要一定的辅助设备，如安防系统、火灾报警系统、空调系统等。这些设备的耗电量占储能电站总能耗的较大比重。特别是在特定环境下，由于环境温度的变化，空调系统的耗电量也会相应增加。
五、实例分析
以某工商业储能项目为例，其配置规模为1MW/2MWh，放电深度按90%设计，主要耗电设备包括安防系统、空调系统等。储能系统利用电价差实现峰谷套利，两充两放循环，0.5C充放电，满功率两小时充放完成；单系统辅助耗电量平均运行功率约1.5kW/h。
储能系统充电效率
交流侧初始充电量=（系统额定容量×充放电深度）÷电池系统充电效率÷储能变流器整流效率÷交流线路效率+辅助设备功耗（充电2小时过程内辅助系统功耗）
=2000×0.9÷96.44%÷98.5%÷99%+（1.5×10）×2=1944.01kWh。
储能系统交流侧充电效率=（2000×0.9）÷1944.01=92.59%。
储能系统放电效率（考虑单次放电）
交流侧初始放电量=（系统额定容量×充放电深度）×电池系统充电效率×储能变流器整流效率×交流线路效率-辅助设备功耗（充电2小时过程内辅助系统功耗=2000×0.9×96.44%×98.5%×99%-(1.5×10) × 2=1662.78kWh。
储能系统交流侧充电效率=1662.78÷（2000×0.9）=92.38%。
综合效率计算在评价周期为1天，每天循环2次（充电4h，放电4h，不考虑待机）的情况下；
储能电站的日综合效率计算如下：日综合效率=日放电量\日充电量={2×(2000×0.9×96.44%×98.5%×99%-(1.5×10)×2)÷{2×(2000*0.9÷96.44%÷98.5%÷99%+(1.5×10×2)}=85.53%。
实际应用中不同应用场景及工作模式下评价周期内数据会存在部分偏差，在项目测算中需考虑不同工作环境状态以及储能装置情况进行合理分析。
【来源：亿储电气 责任编辑：孟瑾】
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