Komercinių ir pramoninių energijos kaupimo sistemų supratimas

Kas yra baterijų energijos kaupimo sistemos C&I?

Komerciniai ir pramoniniai baterijų kaupikliai, dažnai vadinami BESS, iš esmės veikia kaupdami elektros energiją, kad ji galėtų būti panaudota, kai to reikia. Jie tampa vis svarbesni įmonėms, nes padeda sumažinti nemalonius tinklo įtampos svyravimus, mažina brangias maksimalios apkrovos mokesčių sumas ir palengvina saulės baterijų bei kitų žaliųjų energijos šaltinių integravimą. Dauguma šių modernių sistemų remiasi litio jonų baterijomis, prijungtomis prie protingų valdymo sistemų. Šios sistemos nustato, kada įkrauti ir iškrauti energiją, atsižvelgdamos į elektros kainų pokyčius ir faktinį objekto energijos poreikį konkrečiu metu. Kai kurios įmonės pranešė sutaupius tūkstančius tik dėl to, kad geriau suplanavo energijos naudojimą naudodamos šias sistemas.

Komercinių ir pramoninių energijos kaupimo sistemų pagrindiniai komponentai

Šias sistemas apibrėžia trys pagrindiniai elementai:

• Baterijų bankai : Paprastai litio jonų ar pažangios srauto baterijos, sukurtos aukštos ciklinės efektyvumo našumui
• Elektros energijos keitimo sistemos : Kintamosios įtampos keitikliai, valdantys nuolatinės ir kintamosios įtampos perdavimą 95–98% efektyvumu
• Energijos valdymo programa : Algoritmai, automatiniai apkrovos perkėlimo ir reakcijos į paklausą valdymui

Litio jonų baterijų vaidmuo moderniose C&I (komercinėse ir pramoninėse) aplikacijose

Dėl aukštos energijos tankio (150–200 Wh/kg) ir gyvenimo trukmės viršijančios 10 000 ciklų, litio jonų technologijos dominuoja C&I energijos saugojime. Šios baterijos palaiko kompaktiškas įdiegimo formas, išlaikant daugiau nei 90% našumo – būtina įrenginiams, kurie naudojasi kasdieninio ciklo pranašumais, siekiant pasinaudoti elektros energijos tarifų skirtumais

Maksimalaus apkrovos taško mažinimo energijos valdyme principas

Viršūnės apkrovos mažinimas veikia taip: energija kaupiama baterijose, kad objektai neatitrauktų tiek daug energijos iš tinklo, kai kainos iššoka net 40–70 procentų. Kai pasirodo šie brangūs paklausos šuoliai, įmonės išleidžia anksčiau sukauptą energiją, o ne moka už trumpą maksimalios vartojimo fazę. Dauguma komunalinių sąskaitų apima mokesčius, pagrįstus vienu blogiausiu 15 minučių energijos vartojimo laikotarpiu per mėnesį. Ličio jonų baterijos beveik iš karto reaguoja, kad palaikytų energijos suvartojimą žemiau objekto vadovo nustatytų ribų. Šis greitas reakcijos laikas suteikia joms didžiulį pranašumą lyginant su senesniais sprendimais, tokiais kaip dyzeliniai generatoriai, kuriems prireikia ilgesnio laiko paleisti ar sulėtinti darbą.

Atvejo tyrimas: Viršūnės apkrovos mažinimas gamybos įrenginiuose

Maža ar vidutinio dydžio gamykla sumažino paklausos mokesčius maždaug 22 procentais, kas kiekvienais metais sutaupo apie 18 tūkst. JAV dolerių, įrengus 500 kW baterijų sistemą su 3 MWh talpos kaupikliu. Stebėjimai parodė kažką įdomaus: daugiau nei du trečdaliai tų paklausos mokesčių iš tikrųjų kilo dėl vos ne 150 valandų labai aukšto vartojimo per visus metus. Todėl jie pradėjo strategiškai naudoti sukauptą energiją šiais aukštos apkrovos laikotarpiais, efektyviai sumažindami bendrą elektros sunaudojimą taip, kad jis išliktų žemiau brangių kainų tarifų. Remiantis 2023 m. Illinoiso valstijos pramonės ataskaitomis, įmonės, darančios panašius dalykus, paprastai pastebi nuo 15 iki 30 procentų sumažėjimą komercinėse energijos sąnaudose tiesiog kontroliuodamos šiuos aukštus vartojimo šuolius.

Poveikio matavimas: paklausos mokesčių sumažinimas naudojant baterijų sistemas

Pagrindiniai rodikliai, vertinant sėkmę mažinant viršūnes:

Matavimas	Tipiškas diapazonas	Finansiniai padariniai
Maksimalaus poreikio mažinimas	15–35%	0,50–2,50 JAV dolerio/kW per mėnesį
Iškrovos ciklo veiksmingumas	92–98%	2–5 metų grąžinamumo laikotarpiai

Daugiausiai naudos gauna įrenginiai, turintys daugiau nei 1 MW bazinę apkrovą ir kintančius gamybos grafikus. Naujausias 120 C&I objektų analizė parodė, kad 78% pasiekė grąžinimo investicijoms per ketverius metus nepaisant išlaidų akumuliatorių įsigijimui. Naudojant šiuolaikinius prognozavimo metodus, iškrovos langai gali būti numatomi su 90% tikslumu, maksimaliai padidinant jų panaudojimą.

Vartojimo laiko arbitražas: mažinami energijos kaštai įkraunant nepertraukiamai

Kaip vartojimo laiko kainodara sukuria sutaupymo galimybes

Naudojimo laiko (TOU) kainodara leidžia įmonėms pasinaudoti kainų skirtumu tarp neperkrovos ir perkrovos valandų, kai elektros energijos kaina gali skirtis nuo 30 % iki beveik pusės brangiau. Komercinės ir pramoninės energijos kaupimo sistemos paprastai įkrauna savo baterijas pigesnėmis naktinėmis valandomis, o vėliau grąžina sukauptą energiją atgal į sistemą, kai dienos metu kainos šuoliuoja dėl didelio poreikio. Šis požiūris ypač efektyvus dinaminės kainodaros sutartyse, kai tarifai keičiami priklausomai nuo dabartinės elektros tinklo būklės. Tokios išmaniosios sutartys leidžia įmonėms automatiškai optimizuoti savo sistemų įkrovimo ir iškrovimo laiką, taupyti lėšas ir kartu tenkinti operacinius poreikius.

Praktinis pavyzdys: energijos sutaupymas platinimo centre

Viena vidutinio dydžio platinimo centras pavyko sumažinti metines energijos išlaidas beveik 20%, paprasčiausiai perkėlus apie 40% dienos metu naudojamos energijos naudojimą naudojant kai kurias litio jonų baterijų kaupiamąsias sistemas. Jie nustatė savo energijos valdymo sistemą taip, kad ji paleistų sukauptą elektrinę energiją per pikinius valandų laikotarpį nuo 14 iki 18 valandų, kai kyla kainos, todėl per metus sutaupė maždaug 92 tūkstančius dolerių už paklausos mokestį. Panašūs sprendimai tiek ERCOT, tiek CAISO regionuose paprastai grąžina investicijas per penkerius metus arba maždaug tiek, derinant sutaupymus nuo pigaus pirkimo ir brangaus pardavimo su papildomais pajamomis, gaunamomis padedant stabilizuoti tinklą, kai tai būtina.

Kai Off-Peak Storage neįgyvendina grąžinimo investicijoms: pagrindiniai apribojimai

Naudojimo laiko (TOU) arbitražas veikia geriausiai, kai kainų skirtumas yra didelis. Pavyzdžiui, kai poilsio metu kilovatvalandė kainuoja maždaug 0,08 dolerio, o aukštojoje paklausos valandos – 0,32 dolerio, tokia strategija tampa pelninga. Tačiau ji nededa daug naudos vietose, kur taikoma pastovi kaina arba kur didžiąją dalį sąskaitos sudaro paklausos mokesčiai. O kaip yra su baterijų gyvavimo laiku? Na, laikui bėgant baterijos sensta ir jų našumas mažėja. Tyrimai rodo, kad litio jonų sistemos praranda apie 15–20 procentų talpos, praeidamos per 5000 įkrovimo ciklų. Tai reiškia, kad sutaupymai rimtai sumažėja praėjus septyneriems metams. Smulkios įstaigos, dirbančios neįprastais laikais arba veikiančios su galia mažesne nei 200 kW, dažnai gauna geresnių rezultatų modernizuodamos energijos vartojimo efektyvumą, o ne investuodamos į energijos kaupimo sprendimus.

Išmanusis energijos valdymas: dirbtinis intelektas ir integruotos valdymo sistemos

Išmaniųjų valdymo sistemų vaidmuo komercinėje ir pramoninėje energijos saugojimo srityse

Dirbtinio intelekto valdomos protingos valdymo sistemos gali dinamiškai reguliuoti energijos paskirstymą, sumažindamos elektros energijos švaistymą maždaug 18–22 procentais, kai paklausa yra žema, pagal pramonės įvertinimus. Šių sistemų veikimo būdas apima praeities naudojimo modelių analizę naudojant mašininio mokymosi algoritmus. Tada jos nukreipia sukauptą energiją į esmines operacijas, kai elektros kainos yra aukščiausios, ir koncentruojasi į perkaupimą iš atsinaujinančių energijos šaltinių, kai kainos sumažėja. Pernai paskelbti tyrimai žurnale „Energy and AI Integration Studies“ rodo, kad prognozavimo įrankių derinimas su litio jonų baterijų kaupimu padėjo verslui sutaupyti apie 2 100 JAV dolerių per mėnesį vidutinėms paklausos kainoms. Žinoma, faktiniai taupymai skirsis priklausomai nuo konkrečių aplinkybių ir vietinių komunalinių paslaugų kainodaros struktūrų.

Kompleksinės energijos valdymo sistemos maksimaliam efektyvumui

Šiuolaikinės platformos sujungia tris operacines lygmenis:

• Realaus laiko įrangos apkrovos stebėjimas
• Orai prisitaikę atsinaujinančios energijos gamybos prognozės
• Automatizuotas paklausos reagavimo derinimas su tiekėjais

Tyrimai iš Hibridinių energijos sistemų analizė rodo, kad integruotos sistemos trumpina grąžinimo laikotarpį 14 mėnesių lyginant su atskirai naudojamu kaupimu. Kryžminis duomenų pasidalijimas – pavyzdžiui, šaldymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (HVAC) veiklos suderinimas su saulės energijos gamyba – sumažina priklausomybę nuo tinklo ir padidina bendrą efektyvumą.

Kaip realaus laiko duomenys sumažina elektros sąnaudas dėka optimizavimo

Detalus, sekundės tikslumu įtampa ir suvartojimo stebėjimas leidžia dirbtinio intelekto valdikliams atlikti mikrokoregavimus, kurie susikaupia į reikšmingus taupymus. Vienas Vidurio vakarų gamintojas kasmet sutaupo 74 000 JAV dolerių diegdamas tiksliai suderintas apkrovos perkėlimo procedūras, kurias valdo realaus laiko duomenys. Šie maži pokyčiai užtikrina 2–3 % mėnesinių taupymų – tai ekvivalentu metaiškai 12–18 surinkimo linijos robotų maitinimui atgauta energija.

Komercinių ir pramoninių energijos kaupimo sistemų grąžinamojo investicijų dydžio (ROI) ir ilgalaikių finansinių naudų skaičiavimas

Pagrindiniai rodikliai, vertinant grąžinamumą baterijų energijos kaupimo sistemose

Kai žiūrima į finansus, žmonės paprastai vertina tris pagrindines svarbias temas. Pirmiausia, Grynoji dabartinė vertė (NPV) parodo, kokios taupymo sumos galimos per tam tikrą laiką, atsižvelgiant į infliaciją. Tada yra Vidinė grąžinimo norma (IRR), kuri esminiai nurodo, kiek pelno gaunama kasmet. Ir galiausiai, atsipirkimo laikotarpis parodo, kada bus grąžinti iš pradžių investuoti pinigai. Panagrinėkime realų pavyzdį: įsivaizduokite sistemą, kurią veikia apie dešimt metų su nuostabia 15 % IRR. Pagal naujausius tyrimus, atliktus BloombergNEF 2023 metų ataskaitoje, tokia sistema galėtų išsaugoti apie 450 tūkst. JAV dolerių objekte, kurio galia yra 500 kilovatų.

Mažėjančių litio baterijų kainų poveikis projektų ekonomikai

Litio baterijų kainos nuo 2013 m. sumažėjo 80 %, 2023 m. pasiekdamos 98 $/kWh (BloombergNEF). Šis mažėjimas sumažina kapitalines išlaidas 120–180 $/kWh lyginant su 2018 m. lygiu, vidutinio dydžio diegimams padidinant IRR 4–6 procentiniais punktais.

Penkerių metų finansiniai prognozavimai vidutinio dydžio pramonės įmonei

Šiandien 1 MW/2 MWh sistema, sumontuota už 45 $/kWh, pasieks pelningumo ribą per 3,2 metus, užtikrindama:

• 210 000 $ metinių taupymų dėl viršūnių apkrovos mažinimo
• 85 000 $ metinių pajamų iš laiko tarpo arbitražo (įkrovimas po 0,08 $/kWh, iškrovimas po 0,22 $/kWh)
• 340 000 $ viso skatinimo sumą (ITC + valstijos grąžinimai)

Per penkerius metus kaupiamos grynosios taupymo sumos pasiekia 2,1 mln. $ – 37 % daugiau nei 2020 m. prognozuota, daugiausia dėl mažėjančių baterijų kainų.

Aukštų pradinių išlaidų ir ilgalaikių eksploatacinių taupymų subalansavimas

Nors C&I energijos kaupimo sistemos reikalauja pradinės investicijos 180–300 $/kWh, įmonės atsiima išlaidas per:

• 60–90 % sumažėjimą paklausos mokestyje (pagrindinis sutaupymų šaltinis)
• 25 % mažesnės energijos kainos per naudojimo laiko arbitražą
• 7–12 % metinės grąžos rodiklis iš papildomų elektros tinklo paslaugų, tokių kaip dažnio reguliavimas ir įtampos palaikymas

Kadangi JAV elektros kainos kasmet didėja 4,6 % (JAV Energijos informacijos administracija, 2023 m.), daugelyje sistemų teigiama pinigų srautą pasiekiamas per 48 mėnesius ir užtikrinamas 12–15 metų trukmės išlaidų kontrolė.

DAK

Kokie yra pagrindiniai komercinių ir pramoninių (C&I) energijos kaupimo sistemų privalumai?

C&I energijos kaupimo sistemos padeda įmonėms stabilizuoti elektros svyravimus, sumažinti maksimalaus poreikio mokesčius ir integruoti atsinaujinančios energijos šaltinius, tokius kaip saulės elektrinės. Jos leidžia objektams optimizuoti energijos vartojimą ir pasinaudoti elektros energijos naudojimo laiko tarifais.

Kaip litio jonų baterijos prisideda prie įmonių energijos kaupimo?

Ličiojonų baterijos yra vertinamos dėl aukštos energijos tankio ir ilgo tarnavimo laiko. Jos užtikrina efektyvią energijos kaupimą, turėdamos daugiau nei 90 % grįžtamojo naudingumo koeficiento, taip pat greitą reakcijos laiką, palyginti su alternatyvomis, tokiomis kaip dyzeliniai generatoriai.

Kas yra viršūnės apkrovos mažinimas ir kaip jis padeda sutaupyti pinigų?

Viršūnės apkrovos mažinimas – tai strategija, kuri akumuliuoja energiją baterijose, siekiant sumažinti elektros energijos kiekį, traukiamą iš tinklo per didelės paklausos laikotarpius, efektyviai mažinant paklausos mokesčius. Tai leidžia verslui vengti aukštų energijos tarifų, susijusių su maksimalios vartojimo fazės laikotarpiais.

Kokią reikšmę turi vartojimo laiko (TOU) arbitražas energijos sąnaudų taupymui?

TOU arbitražas pasinaudoja žemesniais energijos tarifais neperkroto vartojimo laikotarpiu, įkraunant baterijas tuomet, kai elektros energija pigesnė, ir iškraunant jas, kai tarifai aukštesni. Tai lemia didelius sąnaudų mažėjimus, ypač regionuose, kuriose taikomos dinaminio kainodaros sutartys.

Kokį vaidmenį dirbtinis intelektas atlieka protingų energijos valdymo sistemų veikloje?

Dirbtinio intelekto valdomos išmanios valdymo sistemos dinamiškai reguliuoja energijos paskirstymą, sumažindamos energijos švaistymą ir optimizuodamos jos naudojimą. Jos analizuoja istorinius duomenis, kad priimtų informuotus sprendimus, kada kaupti ir atiduoti energiją, atsižvelgdamos į realaus laiko elektros tarifus ir atsinaujinančios energijos prieinamumą.