28 Mikä ovat tehokkuuden viitearvot korkeatehoiselle PCS-laitteelle akkukäyttöisissä energiavarastoissa (BESS)

Kun arvioit korkean tehon PCS-järjestelmät akkuparille , tehokkuusvertailukriteerien ymmärtäminen ei ole valinnainen – se on jokaisen perustellun investointipäätöksen perusta. Korkean tehon PCS BESS-järjestelmissä määrittää suoraan, kuinka paljon energiaa säilyy jokaisen lataus- ja purkukierroksen aikana, ja pienetkin tehokkuuspuutteet kertyvät merkittäviksi taloudellisiksi tappioiksi koko akkuenergiavarastojärjestelmän elinkaaren aikana. Operaattorit, kehittäjät ja hankintainsinöörit tarvitsevat kaikki luotettavaa vertailutietoa arvioidakseen, täyttääkö korkean tehon PCS BESS-järjestelmissä todella nykyaikaisten verkkomittaisien tai kaupallisten energiavarastojärjestelmien vaatimukset.

Korkean tehon PCS (power conversion system) akkukäyttöisille energiavarastojärjestelmille toimii kriittisenä muuntosillana akkupaketin ja vaihtovirtaverkon välillä. Korkean tehon PCS:n tehokkuus akkukäyttöisille energiavarastojärjestelmille mitataan useilla eri mittareilla, mukaan lukien huippumuuntotehokkuus, painotettu keskimääräinen tehokkuus, valmiustilavirran kulutus ja kierrosympäristön tehokkuus. Jokainen näistä mittareista kertoo eri osan tarinasta, ja yhdessä ne määrittelevät, onko korkean tehon PCS akkukäyttöisille energiavarastojärjestelmille todella kilpailukykyinen ratkaisu vaativiin energiavarastoympäristöihin. Tässä artikkelissa selitetään, mitkä tehokkuusviitteet tulisi ottaa huomioon, mitä luvut käytännössä tarkoittavat ja kuinka korkean tehon PCS akkukäyttöisille energiavarastojärjestelmille tulisi arvioida nykyisten teollisuusstandardien mukaisesti.

Korkean tehon PCS:n akkukäyttöisille energiavarastojärjestelmille keskitetyt tehokkuusmittarit

Suunnittelun huipputehokkuus

Korkean tehon PCS:n (energianvarastojärjestelmille) yleisimmin mainittu luku on sen huippumuuntotehokkuus. Tämä luku kuvaa korkean tehon PCS:n (energianvarastojärjestelmille) suurinta mahdollista tulotehon ja lähtötehon suhdetta optimaalisissa kuormaolosuhteissa. Kilpailukykyiselle korkean tehon PCS:lle (energianvarastojärjestelmille), joka toimii 100 kW:n tai sitä suuremmalla tehotasolla, odotetaan yleensä saavuttavan huippumuuntotehokkuuden, joka on 98 % tai korkeampi. Korkean tehon PCS (energianvarastojärjestelmille), jonka huipputehokkuus on alle 97 %, pidetään yleensä nykyisen teollisuusstandardin alapuolella verkkomittaisissa sovelluksissa. Huipputehokkuus yksinään ei kuitenkaan kuvaa täysin, miten korkea teho PCS (energianvarastojärjestelmille) toimii koko käyttöalueellaan.

Painotettu keskimääräinen tehokkuus

Koska korkean tehon PCS-laitteisto (BESS) harvoin toimii huipputehopisteessä koko päivän ajan, painotettu keskimääräinen hyötysuhde on merkityksellisempi vertailukohde. Tämä mittari arvioi, miten korkean tehon PCS-laitteisto (BESS) toimii eri kuormitustasoilla – yleensä nimellistehon 20–100 prosentissa. Hyvin suunniteltu korkean tehon PCS-laitteisto (BESS) tulisi säilyttää hyötysuhde yli 96 % jopa 25 %:n kuormituksella. Eurooppalainen hyötysuhdestandardi ja CEC:n hyötysuhdestandardi ovat kaksi yleisesti käytettyä painotettua viitekehystä, jotka antavat realistisen kuvan siitä, miten korkean tehon PCS-laitteisto (BESS) toimii muuttuvissa kuormitustilanteissa. Korkean tehon PCS-laitteiston (BESS) määrittäminen pelkästään huipputehon perusteella ja jättämällä huomiotta painotettu keskimääräinen hyötysuhde johtaa usein odottamattomiin energiahäviöihin käytännön sovelluksissa.

Valmiustila- ja tyhjäkuorma-suorituskyvyn vertailukohdat

Valmiustilan virrankulutus

Valmiustilassa kulutettu teho on tärkeä, mutta usein vähätty arviointikriteeri, kun arvioidaan suurtehoista tehonmuuntajajärjestelmää (PCS) akkukapasiteettijärjestelmiin (BESS). Kun suurtehoinen PCS akkukapasiteettijärjestelmiin ei muunna aktiivisesti tehoa – esimerkiksi huippukuorman ulkopuolisina aikoina tai sähköverkon katkoksen aikana valmiustilassa – se kuluttaa silti tehoa säätöjärjestelmänsä, jäähdytysjärjestelmänsä ja viestintäliittimiensä ylläpitämiseen. Korkealaatuinen suurtehoinen PCS akkukapasiteettijärjestelmiin tulisi kuluttaa valmiustilassa alle 200 W 100 kW:n luokassa ja suhteellisen vähän myös korkeamman tehon luokissa. Liiallinen valmiustilan tehotappio korkean tehon PCS-järjestelmät akkuparille heikentää akkukapasiteettijärjestelmän kokonaishyötysuhdetta erityisesti sovelluksissa, joissa järjestelmä käy usein tyhjäkäynnissä.

Tyhjäkäyntitappio ja tyhjäkäyntihyötysuhde

Standby-tilan ylittämisestä voidaan puhua, kun suuritehoinen PCS (BESS-järjestelmään) on kytketty päälle, mutta ei muunna energiaa; tällöin puhutaan tyhjäkäyntihäviöistä. Huonosti suunniteltu suuritehoinen PCS (BESS-järjestelmään) aiheuttaa mitattavissa olevaa vuotuista energiahävikkiä. Nykyaikaiset suuritehoisten PCS-laitteiden (BESS-järjestelmiin) suunnittelut hyödyntävät edistyneitä porttipiirejä, optimoituja magneettisia komponentteja ja älykästä tehonhallintaa tyhjäkäyntihäviöiden vähentämiseksi. Hyvin suunniteltujen suuritehoisten PCS-laitteiden (BESS-järjestelmiin) vertailutiedot osoittavat tyhjäkäyntihäviöiden olevan alle 0,15 % nimellistehosta, mikä on tärkeä kynnysarvo laitteiden arvioinnissa.

Kierrostehtävän tehokkuus ja lämpötilan vakaus

Kierrostehtävän tehokkuus järjestelmätasoisena vertailukriteerinä

Kierrosaikatehokkuus on ehkä tärkein järjestelmätasoinen vertailuperuste korkean tehon PCS:lle (energiavarastojärjestelmille). Se kuvaa prosentuaalisesti sitä energiaa, joka saadaan takaisin akusta suhteessa alkuperäisesti akkuihin varastoituneeseen energiaan, ja ottaa huomioon korkean tehon PCS:n aiheuttamat häviöt sekä lataus- että purkukierroksella. Korkean tehon PCS, jolla on hyvä kierrosaikatehokkuus, saavuttaa yleensä järjestelmätasolla 96 % tai enemmän, kun se yhdistetään hyvin sovitettuun akkupakettiin. Projekteissa, joissa käytetään korkean tehon PCS:ää taajuussäätöön, huippukulutuksen tasaukseen tai uusiutuvan energian varastointiin, tulisi aina pyytää kierrosaikatehokkuustietoja useilla eri lataustasoilla, ei pelkästään ihanteellisissa olosuhteissa. Korkean tehon PCS:n kierrosaikatehokkuus on vertailuperuste, joka kääntyy suoraan energiavarastojen tasattuun kokonaiskustannukseen.

Tehokkuus lämpöstressin alaisena

Korkean tehon PCS:n (BESS-järjestelmiin) on säilytettävä tehokkuustavoitteensa todellisissa käyttölämpötiloissa, ei ainoastaan ohjattujen laboratoriolämmitysolojen alla. Lämpötilan aiheuttama tehon alentaminen (thermal derating), jossa korkean tehon PCS vähentää tehotaan korkeassa ympäristölämpötilassa, voi merkittävästi vaikuttaa tehokkuuteen ja saatavuuteen. Parhaat korkean tehon PCS-tuotteet (BESS-järjestelmiin) on luokiteltu toimimaan täydellä teholla ympäristölämpötiloissa jopa 45 °C tai korkeammilla lämpötiloilla, ja niissä on vähäinen tehon alentuminen alle 50 °C:ssa. On olennaista arvioida, miten korkean tehon PCS (BESS-järjestelmiin) hallitsee lämpöä jäähdytysarkkitehtuurinsa avulla – olipa se pakotettu ilmavirtaus, nestejäähdytys tai hybridiratkaisu – varmistaakseen, että tehokkuustavoitteet pysyvät voimassa kenttäolosuhteissa eikä ainoastaan tehdastestausympäristössä.

UKK

Mikä pidetään hyvänä huippuhyötysuhteena korkean tehon PCS:lle (BESS-järjestelmiin)?

Korkean tehon PCS-laitteelle, joka toimii BESS-järjestelmissä 100 kW:n ja suuremmalla teholla, tulisi saavuttaa vähintään 98 %:n huippumuuntotehokkuus. Arvot alle 97 % pidetään yleisesti ottaen nykyisen vertailukohdan alapuolella verkkoskaalan ja kaupallisissa korkean tehon PCS-laitteissa, joita käytetään BESS-järjestelmissä.

Miksi painotettu keskimääräinen tehokkuus on tärkeämpi kuin huipputehokkuus korkean tehon PCS-laitteelle, jota käytetään BESS-järjestelmissä?

Korkean tehon PCS-laitteet, joita käytetään BESS-järjestelmissä, viettävät suurimman osan toiminta-aikastaan vaihtelemalla osatehoa ja täyttä tehoa, eivätkä ne toimi jatkuvasti huipputeholla. Painotettu keskimääräinen tehokkuus antaa realistisen kuvan siitä, miten korkean tehon PCS-laitteet, joita käytetään BESS-järjestelmissä, toimivat niiden todellisella käyttöalueella, mikä tekee siitä tarkemman ennusteen todellisista energiahäviöistä ja taloudellisesta suorituskyvystä.

Miten lämpösuorituskyky vaikuttaa korkean tehon PCS-laitteiden tehokkuuden vertailukohtiin, joita käytetään BESS-järjestelmissä?

Kun ympäristön lämpötila nousee, korkean tehon PCS-laite BESS-järjestelmiin saattaa käyttäytyä tehonrajoituksen alla, mikä vähentää sen tehoa ja vaikuttaa sen hyötysuhdeprofiiliin. Korkean tehon PCS-laite BESS-järjestelmiin, joka on suunniteltu toimimaan täydellä nimellistehollaan lämpötilassa 45 °C tai korkeammassa, säilyttää hyötysuhdevaatimuksensa vaativissa kenttäolosuhteissa, kun taas laite, jonka lämmönhallinta on heikkoa, saattaa jäädä julkistettujen teknisten tietojensa alapuolelle todellisissa käyttöolosuhteissa.