Операционный анализ распределенных систем хранения энергии для коммерческих и промышленных применений за счетчиком

Технология накопления энергии, являющаяся ключевым элементом в области новых источников энергии, позволяет хранить электроэнергию для регулирования пиковых и спадовых нагрузок на сети. Распределенные системы накопления энергии в коммерческом и промышленном секторах снижают затраты за счет выравнивания пиков, повышают стабильность сетей и уменьшают дисбаланс между пиками и спадами. В данной статье рассматривается применение таких систем для коммерческих и промышленных пользователей с точки зрения сценариев и возможности их реализации.

1 Анализ сценариев применения
1.1 Анализ потребностей

Затраты на электроэнергию составляют значительную часть расходов на энергию в коммерческом и промышленном секторах, особенно для производителей — от 10% до 20% общих затрат для обычных предприятий, и до 40-50% для металлургических заводов. Распределенные системы накопления позволяют сглаживать пики, обеспечивать собственное питание и реагировать на изменение спроса, оптимизируя структуру энергопотребления, снижая расходы и повышая конкурентоспособность.

1.1.1 Сглаживание пиков и заполнение спадов

На основе профиля потребления пользователя и местных тарифов развертываются системы накопления соответствующего размера. Зарядка происходит в периоды низких тарифов (спады или плоские периоды), а разрядка — в периоды высоких тарифов (пики) для снижения пиковой нагрузки, избегания покупки дорогостоящей электроэнергии и снижения затрат на электричество.

1.1.2 Самообеспечение

Экономический рост увеличивает спрос на электроэнергию в городах, создавая сезонные и периодические дефициты. Для обеспечения стабильности сетей в условиях нехватки поставок или чрезвычайных ситуаций энергетические компании используют упорядоченные схемы питания, стимулируя предприятия к сокращению пикового спроса или увеличению потребления в периоды спадов.

1.1.3 Реакция на стороне спроса (DSR)

Реакция на стороне спроса (DSR) является ключевым решением для смягчения напряженности в балансе спроса и предложения на электроэнергию, описывая активное регулирование пользователем своих нагрузок под воздействием стимулов. Это позволяет сглаживать пики и заполнять спады. С развитием распределенных систем накопления пилотные проекты DSR расширяются. Энергетические компании на уровне провинций теперь предлагают стимулирующие программы, укрепляя рыночный статус технологий накопления энергии.

1.2 Анализ нагрузок

Распределенные системы накопления энергии в коммерческом и промышленном секторах подходят для различных сценариев и типов нагрузок: односменная, трехсменная производственная деятельность и случайные колебания нагрузок.

1.2.1 Односменная нагрузка

Кривая нагрузки гладкая: после начала работы она возрастает до стабильного пика, затем снижается до спада после окончания работы. Например, торговый центр начинает работу в 8:00, достигает пика с 9:00 до 18:00 (стабильно, с небольшими колебаниями), снижается после 18:00 и достигает спада с 22:00 до 8:00. Типичные пользователи: торговые комплексы, офисы, односменные производители. Пики совпадают с дневными высокими тарифами, спады — с ночными низкими тарифами, что идеально подходит для сглаживания пиков.
Типичные пользователи: торговые комплексы, офисы, односменные производители. Пики совпадают с дневными высокими тарифами, спады — с ночными низкими тарифами, что идеально подходит для сглаживания пиков.

1.2.2 Трехсменная производственная нагрузка

Непрерывная 24/7 нагрузка с незначительными колебаниями (например, во время операций оборудования или изменения материалов). Часто встречается в горнодобывающей и металлургической промышленности, где используется оборудование, работающее круглосуточно (вентиляторы, компрессоры). Производственные предприятия, ориентированные на постоянное производство, сталкиваются с высокими затратами и строгими требованиями к надежности, что делает использование систем накопления для сглаживания пиков, самообеспечения и других целей особенно актуальным.
Оплата: двухкомпонентная промышленная (базовая + энергетическая). При проектировании систем накопления необходимо учитывать влияние зарядки и разрядки на базовые платежи.

2.1.1 Подключение к низковольтной сети (продолжение)

Метод подключения к низковольтной сети имеет преимущества, такие как простая схема подключения, низкие затраты на модернизацию и простые процедуры. Однако он предъявляет относительно высокие требования к коэффициенту загрузки трансформатора и его способности к поглощению нагрузки. Кроме того, он работает только для нагрузки конкретного трансформатора и не может обеспечивать питание нагрузок других трансформаторов.

2.1.2 Подключение к высоковольтной сети

Подключение к высоковольтной сети означает, что система накопления энергии через встроенный преобразователь напряжения подключается к шине 10 кВ пользователя на уровне 10 кВ. Этот метод подходит для случаев, когда существующий трансформатор пользователя не имеет дополнительной мощности для зарядки системы накопления, или когда у пользователя есть несколько трансформаторов с неравномерным распределением нагрузки. Конкретная схема подключения показана на рисунке 2.

Преимущества этого метода: зарядка системы накопления не зависит от коэффициента загрузки трансформатора, нет ограничений на мощность зарядки, возможность одновременного поглощения нагрузки нескольких трансформаторов, высокий коэффициент поглощения. Недостатки: более высокие затраты на систему накопления; необходимость высоковольтной модернизации системы питания пользователя (что добавляет затраты на модернизацию); более длительный и строгий процесс расширения бизнеса или увеличения мощности у энергетических компаний.

2.2 Стратегии зарядки и разрядки

Методы подключения определяют начальные затраты на строительство системы накопления; стратегии зарядки и разрядки определяют доход. Стратегии могут различаться в зависимости от сценария: например, режим самообеспечения разряжает систему в периоды ограничения или дефицита сетевого питания; реакция на стороне спроса следует политике энергетических ведомств. Сглаживание пиков и заполнение спадов, ключевой сценарий использования в коммерческом и промышленном секторах, требует проектирования стратегий на основе периодов и цен временных тарифов.

2.2.1 Временные тарифы

В качестве примера рассмотрим временные тарифы для крупных промышленных потребителей на уровне 110 кВ в одной из провинций; подробности в таблице 1.

2.2.2 Анализ стратегий зарядки и разрядки

Анализ временных тарифов на электроэнергию показывает, что в течение дня существует один период спада, два периода равномерной нагрузки и два периода пиков. Для системы накопления энергии стратегия, предусматривающая двукратную зарядку и двукратную разрядку в течение дня, обеспечивает наилучшую экономическую эффективность, включающую один цикл пик-спад и один цикл пик-равномерная нагрузка.

3 Заключение

Применение технологии распределенного накопления энергии в коммерческом и промышленном секторах помогает повысить стабильность и безопасность энергосетей, смягчает проблему разницы между пиками и спадами, а также обеспечивает более надежное энергоснабжение для пользователей. Коммерческий и промышленный секторы являются типичными сценариями применения распределенных систем накопления. На основе экономии на затратах на электроэнергию и принося пользу пользователям, они также эффективно повышают уровень потребления чистой энергии, значительно снижают потери при передаче электроэнергии и способствуют достижению "двойных углеродных" целей.

Система накопления энергии может регулировать нагрузку на стороне потребителя посредством стратегий зарядки и разрядки аккумуляторов, экономить на стоимости электроэнергии за счет арбитража разницы между пиковыми и спадовыми тарифами, а также может дополнительно увеличивать выгоду, работая в сочетании с реакцией на стороне спроса, управлением мощностью и т.д.