Разбиране на комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия

Какво представляват системите за съхранение на енергия с батерии за C&I?

Системите за съхранение на електрическа енергия в комерсиални и индустриални приложения, често наричани BESS, работят като съхраняват електричество, така че то да може да се използва, когато е необходимо. Те стават наистина важни за бизнеса, защото помагат за компенсиране на досадните колебания на електрозахранването от мрежата, намаляват скъпите такси за високо тегло на тока и правят по-лесно използването на слънчеви панели и други екологични енергийни решения. Повечето от тези модерни инсталации разчитат на литиево-йонни батерии, свързани с интелигентни системи за управление. Тези системи определят кога да зареждат и изтощават, въз основа на промените в цените на електроенергията и колко електричество действително е необходимо на обекта във всеки един момент. Някои компании са съобщили, че са спестили хиляди само чрез по-добро планиране на енергийното си потребление с помощта на тези системи.

Основни компоненти на комерсиални и индустриални системи за съхранение на енергия

Три основни елемента определят тези системи:

• Батерийни блокове : Обикновено литиево-йонни или по-усъвършенствани редокс поточни батерии, проектирани за висока циклична ефективност
• Системи за преобразуване на мощност : Инвертори, управляващи преходите между AC/DC с ефективност 95–98%
• Софтуер за управление на енергията : Алгоритми, които автоматизират пренасянето на натоварване и отговора на търсенето

Ролята на литиево-йонните батерии в съвременните търговски и индустриални приложения

Литиево-йонната технология доминира в сферата на търговското и индустриално съхранение на енергия поради високата плътност на енергия (150–200 Wh/kg) и продължителност на живот, надхвърляща 10 000 цикъла. Тези батерии позволяват компактни инсталации, като запазват коефициент на ефективност над 90% — от съществено значение за обекти, използващи ежедневно циклиране, за да извлекат полза от тарифите според времето на употреба на електроенергия.

Принципът на намаляване на пиковото потребление в управлението на енергията

Пиковото рязане работи чрез съхранение на енергия в батерии, така че обектите да не изтеглят толкова много енергия от мрежата, когато цените скочат значително — понякога с 40 до 70 процента по-високи. Когато настъпят тези скъпи пикови натоварвания, компаниите използват запасената енергия вместо да плащат за краткотрайния връх на потреблението. Повечето сметки за електроенергия включват такси, базирани на най-лошия 15-минутен период на употреба на енергия през всеки месец. Литиево-йонните батерии реагират почти мигновено, за да поддържат потреблението на енергия под определени лимити, зададени от мениджъра на обекта. Това кратко време за реакция им дава голямо предимство в сравнение с по-стари алтернативи като дизелови генератори, които се нуждаят от повече време за стартиране или спиране.

Кейс Стъди: Пиковото рязане в производствени обекти

Малка или средна фабрика е намалила таксите за потребление с около 22 процента, което означава около 18 000 долара годишно спестени средства, след като е инсталирала батерийна система с мощност 500 kW и капацитет за съхранение от 3 MWh. След като е направен мониторингът, е установено нещо интересно: повече от две трети от тези такси за потребление всъщност са идвали от периоди с много високо потребление, които са били само с продължителност от около 150 часа през цялата година. Поради това те започнали стратегически да използват съхранената енергия по време на тези върхове, което е довело до намаляване на общото им потребление от електроенергия, така че то останало под по-скъпите цени. Според индустриални доклади от Илинойс през 2023 г., компании, прилагащи подобни практики, обикновено отбелязват намаление между 15 и 30 процента в комерсиалните си разходи за енергия просто чрез управление на върховете на потреблението.

Измерване на ефекта: Намаляване на таксите за потребление чрез батерийни системи

Основни показатели за оценка на успешното намаляване на пиковото потребление включват:

Измерване	Типичен диапазон	Финансово въздействие
Намаляване на пиковото търсене	15–35%	$0.50–$2.50/kW месечно
Ефективност на цикъла на изтощаване	92–98%	период на възвръщаемост от 2–5 години

Обекти с над 1 MW базово натоварване и променлив график на производство се възползват най-много. Наскорошен анализ на 120 индустриални и търговски обекта установи, че 78% от тях постигнаха рентабилност в рамките на четири години, въпреки първоначалните разходи за батерии. Със съвременни методи за прогнозиране, сега може да се предвижда с точност до 90% моментът за разреждане, което максимално увеличава използването.

Арбитраж по време на употреба: Намаляване на енергийните разходи чрез зареждане в неактивни часове

Как ценовата политика според времето на употреба създава възможности за икономии

Ценовата политика по време на употреба (TOU) позволява на компаниите да използват ценовата разлика между часовете извън натоварване и високото натоварване, когато цените на електроенергията могат да се променят с 30% до почти половината по-скъпо. Решенията за търговско и индустриално съхранение на енергия обикновено зареждат батериите си през по-евтините нощни часове, а след това връщат съхранената енергия обратно в мрежата, когато цените рязко нараснат през натоварените дневни периоди. Целият подход наистина се проявява добре при динамични ценови договори, които променят тарифите в зависимост от текущото състояние на мрежата. Тези интелигентни договори правят възможно автоматичното оптимизиране на моментите, в които системите зареждат и разреждат, за да спестяват средства, като в същото време отговарят на оперативните нужди.

Пример от реалния свят: Спестяване на енергия в център за разпределение

Един среден разпределителен център успя да намали годишните си разходи за енергия с почти 20%, просто като премести около 40% от дневното си потребление на електроенергия с помощта на някои литиево-йонни батерии за съхранение. Те настроиха системата си за управление на енергия така, че да освобождава съхранената електроенергия по време на пиковите часове между 14:00 и 18:00 часа, когато цените скачат, което им спести около 92 000 долара такси по сметките за търсене през цялата година. Подобни инсталации в зоните ERCOT и CAISO обикновено връщат инвестиционните средства в рамките на около пет години, благодарение на комбинирането на спестявания от купуване на ниско и продажба на високо, както и допълнителен доход от помощта при стабилизирането на мрежата, когато е необходимо.

Когато съхранението на енергия извън пиковите часове не осигурява желаната рентабилност: основни ограничения

Използването на арбитраж по време на употреба (TOU) дава най-добри резултати, когато има голяма разлика между цените. Например, нещо като 0,08 щатски долара за киловатчас през часовете с ниско натоварване в сравнение с 0,32 щатски долара през пиковите часове прави тази стратегия целесъобразна. Но това не помага много в места с фиксирани цени или където таксите за върхово потребление преобладават в сметката. А какво да кажем за живота на батериите? С времето батериите се износват и тяхната производителност намалява. Проучвания показват, че системите с литиево-йонни батерии обикновено губят около 15 до 20 процента от капацитета си след около 5000 цикъла на зареждане. Това означава, че спестяванията сериозно започват да намаляват след седмата година. Малки обекти с нередовни графици или такива с мощност под 200 kW често постигат по-добри резултати чрез основни подобрения в ефективността, вместо да влагат средства в решения за съхранение на енергия.

Интелигентно управление на енергията: Изкуствен интелект и интегрирани системи за управление

Ролята на интелигентните системи за управление в търговското и промишлено съхранение на енергия

Интелигентни системи за управление, задвижени от изкуствен интелект, могат динамично да регулират разпределението на енергията, намалявайки загубите на електричество при ниско търсене с около 18 до 22 процента според оценки на индустрията. Тези системи работят, като анализират минали модели на потребление чрез алгоритми за машинно обучение. След това те насочват съхранената енергия към основни операции, когато цените на електроенергията са най-високи, и се фокусират върху презареждане от възобновяеми източници, когато цените паднат. Проучване, публикувано миналата година в списание Energy and AI Integration Studies, сочи, че комбинирането на прогнозни инструменти със складиране на енергия в литиево-йонни батерии е помогнало на бизнеси да спестяват около 2100 долара на месец по средните си такси за търсене. Разбира се, реалните спестявания ще варират в зависимост от конкретните обстоятелства и местните цени на енергийните доставчици.

Интегрирани системи за енергиен мениджмънт за максимална ефективност

Съвременните платформи обединяват три операционни слоя:

• Мониторинг в реално време на натоварването на оборудването
• Прогнози за генерация на възобновяема енергия, коригирана за метеорологични условия
• Автоматизирана координация на отговор на търсенето с оператори на електрически мрежи

Проучване от Анализ на хибридни енергийни системи показва, че интегрирани системи съкращават сроковете за връщане на инвестициите с 14 месеца в сравнение с автономно съхранение. Споделянето на данни между функционални области – например синхронизирането на работата на климатичните системи с производството на слънчева енергия – намалява зависимостта от мрежата и подобрява общата ефективност.

Как реалното време на данните намалява енергийните разходи чрез оптимизация

Детайлно, секундно проследяване на напрежението и потреблението позволява на контролери с изкуствен интелект да правят микрокорекции, които в сумата им водят до значителни спестявания. Един производител в Средния запад на САЩ спести 74 000 долара годишно чрез внедряване на прецизни протоколи за преместване на натоварването, базирани на данни в реално време. Тези постепенни печалби осигуряват месечни спестявания от 2–3% – еквивалент на захранването на 12–18 робота на сборна линия годишно чрез възстановена енергия.

Изчисляване на връщането на инвестициите и дългосрочните финансови придобивки от съхранение на енергия в индустрията и търговията

Основни показатели за оценка на връщането на инвестициите в системи за съхранение на енергия в батерии

Когато хората разглеждат финанси, обикновено проверяват три основни неща. Първо, нетната настояща стойност (NPV) показва какви ще бъдат спестяванията във времето след като се отчете инфлацията. След това има вътрешната норма на възвръщаемост (IRR), която по същество ни казва колко печелившо е нещо на година. И накрая, периодът на връщане на инвестициите ни казва кога ще си върнем парите от първоначалната инвестиция. Нека разгледаме реален пример: представете си система, която работи около десет години с впечатляващи 15% IRR. Според данни от нови проучвания на BloombergNEF от 2023 г., такава инсталация всъщност може да спести около 450 хил. долара за обект, който използва енергия от 500 киловата.

Влияние на падащите цени на литиевите батерии върху икономиката на проектите

Цените на литиевите батерии са намалели с 80% от 2013 г., достигайки 98 щ.д. за кВч през 2023 г. (BloombergNEF). Това намаление води до спестяване на капитали в размер на 120–180 щ.д. за кВч в сравнение с нивата от 2018 г., като повишава IRR с 4–6 процентни пункта за обекти със среден размер.

Петгодишна финансова прогноза за индустриален обект със среден размер

Система с мощност 1 MW/2 MWh, монтирана днес при цена от 45 щ.д. за кВч, достига точка на безубыточност след 3,2 години и осигурява:

• годишни спестявания от 210 000 щ.д. чрез намаляване на пиковото потребление
• годишни приходи от 85 000 щ.д. от арбитраж по тарифи според времето на употреба (зареждане при 0,08 щ.д./кВч, разреждане при 0,22 щ.д./кВч)
• общо стимули в размер на 340 000 щ.д. (ITC + местни възврати)

Към петата година натрупаната нетна икономия достига 2,1 милиона щ.д. — с 37% надвишаващо прогнозите от 2020 г., предимно поради намаляващите цени на батериите.

Балансиране на високите първоначални разходи с дългосрочните оперативни спестявания

Въпреки че системите за съхранение на енергия за търговски и индустриални нужди изискват първоначално инвестиране от 180–300 щ.д. за кВч, обектите възстановяват разходите чрез:

• намаления с 60–90% на таксите за максимално тегло (основен двигател на икономията)
• 25% по-ниски енергийни разходи чрез арбитраж въз основа на времето на употреба
• 7–12% годишен възврат на инвестициите чрез допълнителни мрежови услуги като регулиране на честотата и поддържане на напрежението

С повишаването на цените на електроенергията в САЩ с 4,6% годишно (U.S. EIA 2023), повечето системи постигат положителен паричен поток в рамките на 48 месеца и осигуряват контрол върху разходите в продължение на 12–15 години.

Често задавани въпроси

Какви са основните предимства на системите за съхранение на енергия за търговски и индустриални обекти (C&I)?

Системите за съхранение на енергия за търговски и индустриални обекти помагат на предприятията да изгладят колебанията в електрозахранването, да намалят таксите при пикови натоварвания и да интегрират възобновяеми източници на енергия, като слънчеви панели. Те позволяват на обектите да оптимизират използването на енергия и да извличат ползи от тарифите според времето на употреба.

Какво принос имат литиево-йонните батерии за съхранение на енергия в бизнеса?

Литиево-йонните батерии са предпочитани поради високата си плътност на енергия и дълъг живот. Те осигуряват ефективно съхранение на енергия с ефективност над 90% при заряд и изтощване и бързо време за отклик в сравнение с алтернативи като дизелови генератори.

Какво е върхово изравняване и как спестява пари?

Върховото изравняване е стратегия, при която енергията се съхранява в батерии, за да се намали количеството електроенергия, взимана от мрежата по време на високото търсене, което ефективно намалява таксите за върхово потребление. Това позволява на предприятията да избягват високите цени за енергия, свързани с периодите на максимално потребление.

Колко значителна е арбитражът по време на употреба (TOU) за спестяване на разходи за енергия?

TOU арбитражът използва по-ниските цени на енергия по време на периоди с ниско търсене, чрез зареждане на батерии, когато електроенергията е по-евтина и изтощването им, когато цените са по-високи. Това води до значителни икономии, особено в региони с динамични ценообразуващи договори.

Каква роля играе изкуственият интелект в интелигентните системи за управление на енергията?

Интелигентни системи за управление с изкуствен интелект динамично регулират разпределението на енергията, намалявайки загубите и оптимизирайки употребата ѝ. Те анализират исторически данни, за да вземат обосновани решения кога да съхраняват и кога да отделят енергия, като имат предвид текущите цени на електроенергията и наличността на възобновяеми енергийни източници.