【古瑞瓦特】工商业储能系统效率计算分析
【古瑞瓦特】工商业储能系统效率计算分析工商业储能系统通过峰谷套利、需求管理以及自发自用等多种商业模式，为企业带来显著的经济效益。储能系统的效率直接影响到其经济性和市场竞争力。因此，对工商业储能系统的效率进行精确计算和深入分析，对于优化系统设计、提高能源利用效率具有重要意义。
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工商业储能系统组成
工商业储能系统通常由以下几个部分组成：
直流侧：主要包括电池系统及其管理系统(BMS)。电池系统是储能系统的核心，负责电能的储存和释放。BMS则负责监控电池状态、保护电池安全、优化电池性能等。
交流侧：包括交直流逆变系统(PCS)和变压器(如果接入高压电网)。PCS负责将直流电转换为交流电或反之实现电能的双向流动。变压器则用于匹配电网电压和储能系统电压。
调度管理系统：能量管理系统(EMS)负责监控储能系统的运行状态、优化充放电策略、实现与电网的互动等。
辅助系统：包括空调、消防系统、监控及报警系统等，用于保障储能系统的安全稳定运行。
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工商业储能系统示意图
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工商业储能系统效率影响因素
工商业储能系统的效率受多种因素影响，主要包括以下几个方面：
电池效率：电池本身的充放电效率是影响储能系统效率的关键因素。不同种类的电池(如锂离子电池、铅酸电池等)具有不同的充放电效率。此外，电池的老化、温度、充放电倍率等因素也会影响电池效率。
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。
电气连接和线路损失：电流通过电缆和开关设备时会产生电阻损失，这部分损失虽然相对较小，但在大规模储能系统中也不容忽视。
辅助设备能耗：空调、冷却系统、照明等辅助设备在运行过程中会消耗电能，从而降低储能系统的整体效率。特别是在高温环境下，空调系统的能耗会显著增加。
系统设计和控制策略：合理的系统设计和优化的控制策略可以最大限度地减少能量损失，提高储能系统的效率。例如，通过精确预测电价和负荷变化，优化充放电策略;通过合理的散热设计，降低电池温度，提高电池效率等。
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储能系统效率定义
综合效率
根据GBT 36549-2018《电化学储能电站运行指标及评价》，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。
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。
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)。
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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)。
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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。
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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。
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储能系统效率提升策略
优化系统设计：通过优化电池系统的充放电策略，减小电池的自放电损失;优化系统设计、选择高效的储能设备和控制策略等措施，可以提高储能系统的整体效率。
引入智能化技术：引入智能化技术，对储能设备进行实时监测和调度管理，通过精确控制储能设备的运行时间和功率输出，提高能量利用效率。同时，实现储能系统与电力系统的智能集成，提高效率和稳定性。
定期维护和检查：由于系统老化、环境条件变化(如温度)、设备故障等因素，为了提高储能系统的效率，需要定期进行系统维护和检查，确保设备运行正常。
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总结
综上所述，工商业储能系统的效率计算是一个复杂但重要的过程，它涉及多个因素和环节。通过了解系统效率计算和优化设计，可以提高储能系统的效率并降低运行成本。
原文链接：https://www.growatt.com/media/news/516
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