Промышленный накопитель энергии для предприятий и микросетей

Какие задачи решает накопитель

Промышленный накопитель энергии ставят не ради запаса как такового, а под конкретную задачу, и от неё зависит всё: ёмкость, мощность, напряжение и режим работы. Для предприятий, торговых и офисных зданий, объектов связи и изолированных посёлков чаще всего встречаются четыре сценария.

• Срезание пиков потребления. Батарея отдаёт энергию в часы максимальной нагрузки и заряжается ночью. Предприятие не выходит за выделенную мощность и не платит за её превышение, а иногда обходится без дорогого увеличения мощности подключения.
• Выравнивание нагрузки. Накопитель сглаживает рывки от пуска мощных двигателей, печей, компрессоров, и сеть или генератор работают в ровном режиме.
• Резервное питание. При отключении сети батарея держит ответственные потребители: серверную, насосы, системы безопасности, технологические линии, которые нельзя останавливать внезапно.
• Автономная работа и микросети. Посёлок, база или рудник вдали от линий электропередачи: солнечные панели или ветряки, дизель-генератор и накопитель, который связывает их в одну систему.

Во всех четырёх случаях накопитель должен работать годами, без сюрпризов и без постоянного присутствия персонала. Поэтому для таких проектов мы предлагаем ячейки Winston LYP.

Почему крупные ячейки упрощают систему

Чем больше ячеек в накопителе, тем сложнее его конструкция: больше шин и болтовых соединений, больше каналов в системе управления батареей (BMS), больше вероятность, что одна слабая ячейка начнёт тянуть вниз всю цепочку. Winston выпускает призматические ячейки ёмкостью до 1000 Ач, а под проект - 2000 и 10 000 Ач. Накопитель на 300 кВт·ч из ячеек 400 Ач состоит из 240 ячеек, из ячеек 100 Ач их было бы около тысячи.

Вторая причина выбрать LYP - безопасность. Катод LiFeYPO4 не выделяет кислород при нагреве, электроды изготовлены на водном связующем, а корпус ячейки пластиковый и не проводит ток. У такой ячейки нет теплового разгона, и неисправность одного элемента не превращается в пожар всего контейнера. Для накопителя, который стоит рядом с цехом, торговым залом или жилыми домами, это главный довод. Сравнение химий для стационарных систем мы привели в статье «LiFePO4, NMC и свинец: какую химию выбрать для накопителя».

Расчёт: три типовых проекта

Срезание пиков на предприятии. Выделенная мощность 300 кВт, а дважды в сутки на два часа нагрузка поднимается до 400 кВт. Батарее нужно отдать 100 кВт × 2 ч = 200 кВт·ч за пик. Цепочка из 240 ячеек WB-LYP400AHA даёт 768 В × 400 Ач = 307 кВт·ч, и за один пик она разряжается на 65 %. Ток при 100 кВт - около 130 А, это 0,33 C, ниже номинального тока ячейки. Масса ячеек - 3,2 т.

Резервное питание объекта связи. Оборудование потребляет 2 кВт, резерв нужен на 8 часов - 16 кВт·ч. Шестнадцать ячеек TS-LTHP500AHA дают 51,2 В × 500 Ач = 25,6 кВт·ч, а при глубине разряда 70 % доступно 17,9 кВт·ч. Масса ячеек - 208 кг, батарея помещается в стандартную стойку или шкаф.

Микросеть посёлка. Солнечные панели днём, дизель-генератор как резерв, ночное потребление 150 кВт·ч. Цепочка из 120 ячеек на 1000 Ач даёт 384 В × 1000 Ач = 384 кВт·ч: ночь покрывается с запасом на пасмурный день, генератор включается реже. На TS-LTHP1000AHA масса ячеек составит 3,2 т, на WB-LYP1000AHC - 4,6 т при более плоской компоновке.

Ресурс на десятилетия

Срок окупаемости промышленного накопителя считают годами, поэтому ресурс батареи определяет экономику проекта. Ячейки Winston рассчитаны на 8000 циклов при глубине разряда 70 % и 5000 циклов при 80 %. При одном цикле в сутки это больше двадцати лет - срок, сопоставимый со сроком службы солнечных панелей и инверторов. Проекту не нужна замена батареи на середине пути, а значит, и вторая закупка, и второй монтаж.

Если пики случаются дважды в сутки, счёт идёт быстрее: 730 циклов в год, и 8000 циклов при глубине разряда 70 % хватит примерно на 11 лет. Продлить срок помогает запас ёмкости - чем меньше глубина каждого разряда, тем больше циклов проходит ячейка. Поэтому в проектах с частыми циклами мы закладываем ёмкость с запасом, а не впритык к расчётной энергии. Как глубина разряда и температура влияют на ресурс, мы подробно разобрали в статье «Срок службы LiFePO4».

Размещение и обслуживание

• Климат. Ячейки Winston LYP заряжаются и разряжаются от −45 до +85 °C, но для долгого ресурса и полной ёмкости держим в помещении или контейнере 15-30 °C. Зимой контейнер отапливают, чтобы сохранить ёмкость и чтобы инвертор и автоматика работали в своём диапазоне температур.
• Деление на модули. Длинную цепочку делят на модули по 16-24 ячейки с собственными платами контроля и разъединителями: так проще монтаж, обслуживание и замена.
• Контроль. Система управления батареей следит за напряжением и температурой каждой ячейки и передаёт данные в диспетчерскую.
• Осмотр. Раз в год - проверка затяжки клемм, тепловизионный контроль соединений под нагрузкой и сверка напряжений ячеек.

Для объектов на солнечной энергии полезно прочитать и статью «Автономная солнечная станция: как подобрать батарею». Инженеры АйПи рассчитают накопитель по вашему графику нагрузки: пришлите профиль потребления за сутки и описание задачи.