Мало мощности по подключению: накопитель вместо реконструкции линии

Накопитель закрывает кратковременные пики сверх лимита подключения: при лимите 15 кВт и пике 40 кВт он отдаёт недостающие 25 кВт и заряжается в промежутках, пока нагрузка ниже лимита. Расчёт определяется энергией пика и временем до следующего: пик на 10 минут требует около 5 кВт·ч, пик на 2 часа уже около 60 кВт·ч. Длинные пики накопителем закрывать невыгодно.

Ситуация знакома малому производству, мастерской, станции зарядки или фермерскому объекту: выделенной мощности хватает на фон, а на несколько минут в час нужно вдвое-втрое больше. Расширять подключение долго и дорого, а ограничение по лимиту жёсткое. Накопитель в такой схеме работает как «карман» энергии, который выдаёт разницу.

Принцип: что именно делает накопитель

Схема проста. Измерительный прибор на вводе контролирует мощность, потребляемую объектом. Пока она ниже лимита, накопитель заряжается из сети остатком лимита. Как только нагрузка поднимается выше лимита, инвертор накопителя отдаёт разницу, так что сеть видит не более заданных 15 кВт. Для этого нужны мощность инвертора не ниже превышения, энергия в батарее на всё время превышения и быстрое управление по данным измерителя на вводе.

Как посчитать: четыре величины

  1. Профиль нагрузки. Снимите график мощности хотя бы за 2–4 недели с шагом в минуту или чаще. Без него расчёт превращается в гадание. Нужны максимум, длительность и частота пиков.
  2. Превышение. Пик минус лимит: 40 − 15 = 25 кВт. Это и есть мощность, которую должен отдать инвертор накопителя (с запасом на кратковременные броски).
  3. Энергия пика. Превышение, умноженное на длительность: 25 кВт × время.
  4. Подзарядка. Запас лимита в «спокойные» периоды: 15 кВт − фоновая нагрузка. Если фон 10 кВт, запас 5 кВт, и накопитель восстановит энергию за время, равное энергии, делённой на 5 кВт, с учётом потерь.

Расчёт для трёх вариантов пика

Все числа условные и показывают метод. Фоновая нагрузка 10 кВт, лимит 15 кВт, пик 40 кВт. Полезная глубина разряда 85 %, КПД отдачи 95 %, КПД подзарядки 95 %.

Профиль пикаЭнергия сверх лимитаНоминальная ёмкость накопителяВремя подзарядки при запасе 5 кВтВывод
10 минут раз в 2 часа25 × 10/60 ≈ 4,2 кВт·ч4,2 / 0,85 / 0,95 ≈ 5,2 кВт·ч4,2 / 0,95 / 5 ≈ 0,9 часаУкладывается: до следующего пика остаётся около 1,1 часа запаса
30 минут раз в 4 часа25 × 0,5 = 12,5 кВт·ч12,5 / 0,85 / 0,95 ≈ 15,5 кВт·ч12,5 / 0,95 / 5 ≈ 2,6 часаУкладывается: интервал 3,5 часа свободен
2 часа подряд25 × 2 = 50 кВт·ч50 / 0,85 / 0,95 ≈ 62 кВт·ч50 / 0,95 / 5 ≈ 10,5 часаПодзарядка возможна только ночью; решение дорогое

Чем дольше пик, тем линейнее растёт ёмкость и тем длиннее подзарядка. Для коротких пиков накопитель маленький и окупается быстро, а для длинных он превращается в большую установку, которая работает редко.

Правило

Накопитель эффективен, когда энергия пика мала, а интервал между пиками намного больше времени подзарядки. Если подзарядка не успевает, к следующему пику накопитель окажется не заряжен, и нагрузка превысит лимит.

Чего накопитель не сделает

Для критичных нагрузок добавляют перестраховку: реле сброса второстепенных потребителей, например отключение подогрева или зарядки, когда запас накопителя падает ниже порога. Так лимит не нарушается даже при внеплановом пике.

Что нужно от измерения и управления

Качество срезания пиков определяется не только батареей, но и скоростью реакции. Измеритель на вводе должен показывать мощность каждые доли секунды, а инвертор накопителя — менять отдачу без заметного запаздывания; иначе за время отклика нагрузка успеет выйти за лимит и автомат сработает. Поэтому в проекте стоит указать точку установки трансформаторов тока, класс точности, канал связи с контроллером и поведение системы при потере этого канала. Полезно также задать запас по лимиту: если договорной предел 15 кВт, рабочую уставку лучше выставить на уровне 13,5–14 кВт, чтобы погрешность измерения и инерция управления не приводили к превышению. Проверьте и то, как система ведёт себя при пропадании сети: должна ли нагрузка оставаться на накопителе или отключаться.

Сравнение с увеличением мощности

КритерийНакопительУвеличение мощности через энергоснабжающую организацию
СрокиМесяцы на проект и монтажТехнические условия, проектирование, строительство; сроки зависят от сети
Капитальные затратыНакопитель и инверторПодключение, возможные работы на кабеле и трансформаторе
Текущие расходыПотери 10–15 % прокачиваемой энергии, обслуживаниеЧасто растёт плата за заявленную мощность
Закрывает короткие пикиДаДа
Закрывает длинные пикиНет или дорогоДа
Дополнительные функцииРезерв, использование солнечных панелейНет
Зависимость от сетиРешение на стороне объектаЗависит от запаса на подстанции

Накопитель выигрывает, когда пики короткие и редкие, увеличение мощности затянуто или невозможно, а к тому же нужна ещё и резервная функция либо планируется солнечная станция. Для постоянной высокой нагрузки подходит расширение подключения. Решения срезания пиков в Беларуси разобраны в статье «Peak shaving BESS в Беларуси: реальная окупаемость», а различие между мощностью и энергией — в материале «Мощность против выработки».

Частые вопросы

Можно ли использовать накопитель и как резерв, и для срезания пиков?

Да, но придётся держать часть ёмкости неприкосновенной. Для пиков пригоден только верхний диапазон SOC, а резервный запас остаётся внизу. Это увеличивает необходимую ёмкость.

С какого размера пик не стоит покрывать накопителем?

Однозначной границы нет: считайте стоимость кВт·ч накопителя и сопоставляйте её с ценой расширения подключения. Чем длиннее пик, тем выгоднее расширение.

Что будет, если накопитель разрядится к моменту пика?

Сеть возьмёт на себя всю нагрузку, лимит будет превышен. Поэтому в системе нужен контроль SOC и сброс второстепенной нагрузки.

Нужен ли для этого специальный инвертор?

Нужен инвертор или система хранения с режимом ограничения потребления из сети и быстрым измерением на вводе. Такой режим есть у ряда гибридных инверторов и у шкафных систем; наличие и параметры смотрите в паспорте. Подобрать решение можно в разделе про промышленные системы.

Короткий вывод

Накопитель позволяет жить на 15 кВт подключения при пике 40 кВт, если пики короткие и между ними есть время на подзарядку. Считайте профиль нагрузки, превышение над лимитом, энергию пика и время подзарядки. Для пика 10 минут хватает около 5 кВт·ч, для двух часов нужно порядка 60 кВт·ч, и тогда выгоднее расширять подключение.

Telegram