КПД туда и обратно (RTE) — одна из наиболее коммерчески важных характеристик при закупке аккумуляторных накопителей энергии, и одна из наиболее часто неверно цитируемых. Разница в один процентный пункт RTE между конкурирующими системами BESS может привести к разнице в доходах в десятки тысяч долларов за 20-летний срок реализации проекта. Тем не менее, в закупочных документах обычно принимаются указанные поставщиком значения без уточнения, измеряется ли оно в режиме переменного тока или постоянного тока, при какой температуре и на какой глубине разряда. В этой статье объясняется, что означает RTE, как читать техническое описание поставщика и что Econo Solar рекомендует EPC и застройщики требуют от поставщиков перед подписанием контракта на поставку.
Что такое эффективность туда и обратно?
КПД туда и обратно измеряет соотношение энергии, полученной от BESS во время разряда, к энергии, переданной ему во время зарядки. Формула прямая: RTE (%) = (Энергия, выделяемая при разрядке, кВтч) ÷ (Энергия, потребляемая при зарядке, кВтч) × 100. Система с номинальным коэффициентом RTE 90% теряет 10% каждого киловатт-часа, использованного в цикле, в виде тепла, распределяемого как по проходам зарядки, так и по разрядке. В течение срока реализации проекта, составляющего 6000 гарантированных циклов, эти потери складываются в очень значительное количество энергии и упущенной выгоды.
В отличие от показателей эффективности на уровне ячеек, приведенных в лабораторных таблицах, реальная эффективность туда и обратно учитывает каждый этап цепочки преобразования энергии: электрохимические потери в элементах батареи, паразитные нагрузки от системы управления батареями (BMS) и системы управления температурным режимом, а также двунаправленные потери преобразования системы преобразования энергии (PCS), которая соединяет аккумуляторный модуль с сетью переменного тока. Разница между показателями, полученными в чистой лаборатории, и показателями, измеренными в полевых условиях, может быть значимой, особенно при низкой температуре окружающей среды или высоких показателях углерода, что делает необходимым точное указание на этапе закупок.
КПД в обоих направлениях постоянного тока и КПД в обоих направлениях переменного тока
Наиболее важное различие в спецификациях эффективности BESS заключается между DC-DC RTE и AC-AC RTE. DC-DC RTE измеряет эффективность только на границе элемента батареи или модуля — он исключает потери преобразования системы преобразования энергии. AC-AC RTE отражает полное преобразование энергии из входной сети переменного тока в выходную из сети переменного тока и является показателем, который имеет значение для моделей доходности проекта, прогнозов доходов от энергии и расчетов гарантий производительности. Большинство поставщиков лидируют в маркетинговых материалах с использованием DC-DC RTE, поскольку оно численно выше. Всегда явно запрашивайте AC-AC RTE.
Типичная разбивка потерь для современного LFP BESS показывает, почему эти две цифры расходятся: электрохимические потери аккумуляторных элементов составляют примерно 1–2% за цикл; Нагрузки BMS и вспомогательных систем составляют около 0,5%; а двунаправленная PCS составляет 3–4% потерь в обоих направлениях потока энергии вместе взятых. Суммирование этих компонентов объясняет, почему система с высокой производительностью постоянного тока на уровне ячеек все равно будет иметь 90–93% на границе системы переменного и переменного тока. При запросе данных RTE у поставщиков укажите условия измерения: температура окружающей среды (стандарт 25°C), рабочее окно SOC (обычно 10–90 % для LFP) и показатель C (0,5°C для большинства коммерческих систем).
Сравнение эффективности обратного пути BESS
В таблице ниже сравниваются опубликованные показатели эффективности передачи переменного и переменного тока для ведущих коммерческих систем BESS, включая платформы Sungrow для коммунальных предприятий и платформы C&I. Производительность зависит от рабочей температуры и конфигурации; цифры следует уточнить у поставщика с учетом конкретных условий вашего проекта.
| Система | AC-AC RTE | Химия | Гарантированные циклы | Емкость |
|---|---|---|---|---|
| Sungrow ST2752UX-US | ≥93,0% | ЛФП | 6000 при 80% МО | 2,76 МВтч |
| Sungrow MBL160 (C&I) | ≥90,0% | ЛФП | 6000 при 80% МО | 160 кВтч |
| Sungrow MGL060 (C&I) | ≥90,0% | ЛФП | 6000 при 80% МО | 60 кВтч |
| CATL EnerC (коммунальное предприятие) | ~90–92% | ЛФП | 6,000 | Различные |
| Аккумуляторный блок BYD Prem. | ~90% | ЛФП | 6,000 | Различные |
Опубликованные данные; уточните у поставщика конкретную конфигурацию и температурный диапазон.
Как RTE влияет на рентабельность инвестиций в проект
Рассмотрим BESS мощностью 1 МВтч, работающий один раз в день в течение 20-летнего срока службы — стандартная конфигурация для коммунальных предприятий и крупных арбитражных приложений C&I. В 93% переменного-переменного тока RTE, на каждые заряженные 1000 кВтч поставляется 930 кВтч; ежедневные потери энергии составляют 70 кВтч, или 25,55 МВтч в год. В 90% РТЕ, ежедневные потери возрастают до 100 кВтч, или 36,5 МВтч в год. Разница в 3% RTE составляет примерно 10,95 МВтч дополнительных потерь энергии в год на МВтч установленной мощности BESS.
За 20 лет – и без учета прогрессирующей деградации RTE по мере старения – этот разрыв накапливается примерно до 219 МВтч энергии на МВтч хранилища. При стоимости электроэнергии или арбитражной цене 100 долларов США/МВтч разница в доходах за 20 лет между системой 90% и 93% составляет примерно 21 900 долларов США за МВтч установленной мощности. Для проекта коммунального предприятия мощностью 50 МВт-ч это составляет более 1 миллиона долларов дохода от электроэнергии. В конкурентных тендерах на хранение, где метрикой принятия решения является приведенная стоимость хранения (LCOS), RTE является одним из наиболее эффективных параметров спецификации, которые разработчик может оптимизировать на этапе закупок.
Факторы, снижающие реальный RTE
Четыре эксплуатационных фактора обычно приводят к тому, что RTE в полевых условиях падает ниже номинального значения производителя в стандартных условиях испытаний. Температура оказывает наибольшее влияние: химический состав LFP демонстрирует примерно на 2–3% меньший КПД туда и обратно при 0 ° C по сравнению с 25 ° C, поскольку снижение подвижности литий-ионов при низкой температуре повышает внутреннее сопротивление и увеличивает резистивные потери на нагрев. Проекты в холодном климате — Центральной Азии, Северной Европе, высокогорных пустынных районах — должны моделировать RTE с поправкой на температуру в своих прогнозах выработки энергии.
Глубина разряда (DoD) является второстепенным фактором. Циклическое использование DoD 100% вместо стандартного окна DoD 80% немного повышает среднюю скорость C и генерирует больше тепла за цикл, снижая эффективный RTE. Большинство коммерческих производителей LFP указывают RTE на уровне 80% DoD (10–90% SOC), чтобы отразить типичную рабочую практику; будьте осторожны с конкурентами, цитирующими RTE в более узких и выгодных окнах SOC.
Состояние здоровья (SoH) снижается с увеличением количества циклов и календарного старения, постепенно увеличивая внутреннее сопротивление и уменьшая RTE. В контрактах на закупки должны быть указаны как первоначальные гарантированные RTE, так и максимально разрешенные деградации RTE на ключевых этапах подсчета циклов в течение гарантийного срока. Наконец, C-ставка Имеет значение: системы, работающие при 1C или выше для быстрого регулирования частоты, будут демонстрировать более низкий эффективный RTE, чем системы с более медленными арбитражными циклами 0,5C, поскольку более высокие плотности тока увеличивают омические потери на единицу энергии в цикле.
Чего требовать от поставщиков
Econo Solar рекомендует включать четыре обязательных требования RTE в любую спецификацию закупок BESS или запрос предложений. Во-первых, потребуйте гарантированное минимальное значение RTE переменного-переменного тока при 25°C и ожидаемой средней температуре окружающей среды на объекте — обе цифры должны быть указаны в качестве гарантий исполнения в контракте на поставку, а не только в техническом описании.
Во-вторых, требовать Гарантийное положение RTE с опубликованным графиком деградации, определяющий минимальный гарантированный RTE при определенных этапах количества циклов и календарных лет в течение гарантийного срока эксплуатации. Простая первоначальная гарантия не обеспечивает защиты от преждевременного снижения RTE в 8–15 годах.
В-третьих, запрос результаты независимых испытаний аккредитованной лаборатории — TÜV Rheinland, UL Solutions или эквивалент — с использованием методологии измерения эффективности обратного прохождения IEC 62933-2. Одних только данных заводских приемочных испытаний недостаточно для проведения технической экспертизы кредитора проекта.
В-четвертых, включите неустойка за исполнение в контракте на поставку: определенное в контракте средство правовой защиты — обычно вычет из цены в размере 0,5–1 % от стоимости контракта за каждый 1 % дефицит RTE ниже гарантированного минимума — если измеренное RTE не соответствует гарантии при заводских приемочных испытаниях или вводе в эксплуатацию на месте. Эти четыре требования ничего не стоят для определения и защиты проекта от наиболее распространенной формы снижения производительности BESS, выявленной в ходе комплексной проверки финансирования проекта.