วิธีการออกแบบระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่สำหรับภาคการค้าและอุตสาหกรรม: เหตุใดการวิเคราะห์ภาระจึงต้องมาก่อนการกำหนดขนาดแบตเตอรี่ | JKESS

การใช้ไฟฟ้ารายปีเป็นตัวเลขรวมของพลังงาน (หน่วย kWh) แต่ระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ตอบสนองต่อเหตุการณ์กำลังไฟฟ้าในช่วงสั้นๆ (ยอดสูงสุดหน่วย kW) สถานที่ที่มีการใช้ไฟฟ้ารายปีเท่ากันอาจมีรูปแบบยอดสูงสุดที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับตารางการทำงาน ลำดับการสตาร์ทอุปกรณ์ และภาระงานของระบบปรับอากาศ การคำนวณขนาดจากรายการใช้ไฟฟ้ารายปี (kWh) มักทำให้ประมาณความจุที่จำเป็นไว้สูงเกินจริง และลดอัตราผลตอบแทนจากการลงทุน (IRR) ของโครงการ

อย่างน้อย 12 เดือนของข้อมูลที่บันทึกทุก 15 นาที ซึ่งจะครอบคลุมความแปรผันตามฤดูกาลทั้งในด้านการใช้พลังงานและยอดสูงสุดของภาระงาน สำหรับสถานที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงกระบวนการอย่างมีนัยสำคัญ เช่น การติดตั้งสายการผลิตใหม่หรือการขยายพื้นที่โรงงาน ควรพิจารณาใช้ข้อมูลย้อนหลัง 24 เดือน ใบแจ้งค่าไฟฟ้ารายเดือนไม่เพียงพอ เพราะสรุปข้อมูลจนสูญเสียรายละเอียดของเหตุการณ์ยอดสูงสุดทุก 15 นาที ซึ่งเป็นสิ่งที่ระบบ BESS ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการ

โครงการที่จำกัดด้วยพลังงานต้องการความจุรวมเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) ขนาดใหญ่ เนื่องจากเหตุการณ์สูงสุดมีระยะเวลาต่อเนื่องยาวนาน โดยทั่วไปมากกว่า 2 ชั่วโมง ตามตัวอย่างเปรียบเทียบที่แสดงข้างต้น ส่วนโครงการที่จำกัดด้วยกำลังต้องการกำลังเอาต์พุตเป็นกิโลวัตต์ (kW) สูง แต่ต้องการพลังงานรวมน้อยกว่า เพราะเหตุการณ์สูงสุดมีระยะเวลาสั้นแต่เข้มข้นมาก โครงการที่จำกัดด้วยพลังงานให้ความสำคัญกับความสามารถในการขยายความจุแบตเตอรี่ได้ ส่วนโครงการที่จำกัดด้วยกำลังให้ความสำคัญกับกำลังของอุปกรณ์แปลงพลังงาน (PCS) ที่เพียงพอ รวมถึงศักยภาพแรงดันและกระแสทางฝั่งแบตเตอรี่ ระยะเวลาของเหตุการณ์เป็นเพียงตัวบ่งชี้หนึ่งเดียว ไม่ใช่กฎการจัดหมวดหมู่แบบแยกขาด: จำเป็นต้องตรวจสอบทั้งค่า kW และ kWh อย่างละเอียด

อัตราการจ่ายกำลังของ PCS ต้องมีค่าไม่น้อยกว่ากำลังสูงสุดที่ต้องการลดลง (กิโลวัตต์) หากเป้าหมายคือการลดยอดสูงสุดจาก 850 กิโลวัตต์ ลง 300 กิโลวัตต์ ระบบ PCS ต้องสามารถจ่ายกำลังอย่างน้อย 300 กิโลวัตต์ได้อย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาที่เกิดยอดสูงสุด ช่วงแรงดันไฟฟ้าของระบบแบตเตอรี่และกระแสไฟฟ้าสูงสุดต้องรองรับระดับกำลังนั้นได้ตลอดช่วง SOC ที่ใช้งานจริงทั้งหมด

ได้ ถ้าสถาปัตยกรรมของระบบรองรับการขยายแบบโมดูลาร์ คำอธิบายเบื้องต้นเกี่ยวกับการกำหนดค่า JKESS ที่ให้มา ระบุว่าสามารถเริ่มต้นด้วยกล่องแบตเตอรี่ย่อยจำนวน 4 กล่อง (ประมาณ 64 กิโลวัตต์-ชั่วโมง) แล้วขยายไปเป็น 16 กล่อง (ประมาณ 256 กิโลวัตต์-ชั่วโมง) โดยใช้โครงสร้างการสื่อสารแบบเชื่อมต่อแบบต่อเนื่อง (daisy-chain) โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนกล่องควบคุมหลัก โปรดพิจารณาเส้นทางการขยายดังกล่าวเป็นข้ออ้างอิงด้านการกำหนดค่า ซึ่งต้องตรวจสอบให้สอดคล้องกับเอกสารผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการอนุมัติ เซลล์ที่เลือกใช้ และช่วงแรงดันไฟฟ้าของ PCS ห้ามสมมุติว่าจำนวนกล่องหรือการจัดเรียงแบบอนุกรม/ขนานในทุกระดับกลางจะได้รับการอนุมัติทั้งหมด

การเลือกขนาดแบตเตอรี่ใหญ่เกินความจำเป็นจะเพิ่มต้นทุนเงินลงทุนครั้งแรกโดยไม่มีผลตอบแทนด้านรายได้ที่สอดคล้องกัน สำหรับโครงการลดพีคโหลด (peak shaving) แบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่กว่าที่จำเป็นถึงสองเท่ามักจะไม่ปล่อยพลังงานจนหมดความจุอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งหมายความว่า การลดค่าธรรมเนียมความต้องการสูงสุด (demand charge) ที่ได้รับนั้นเท่ากัน แต่ต้องลงทุนมากขึ้นเป็นสองเท่า นอกจากนี้ การเลือกขนาดใหญ่เกินความจำเป็นยังทำให้การดำเนินงานและบำรุงรักษาซับซ้อนยิ่งขึ้น และอาจทำให้เกิดข้อกำหนดเพิ่มเติมด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยหรือพื้นที่ติดตั้ง

ความไม่สมดุลระหว่างเซลล์หนึ่งกับอีกเซลล์ส่งผลให้ความจุที่ใช้งานได้จริงของชุดแบตเตอรี่ลดลงตามระยะเวลา รายงานฉบับย่อระบุว่าอาจลดลง 10–15% ภายในห้าปี แต่ไม่ได้ให้ข้อมูลผลการทดสอบหรือสภาวะการใช้งานที่สนับสนุนตัวเลขนั้น การปรับสมดุลแบบแอคทีฟ (active balancing) เช่น ความสามารถในการปรับสมดุลที่ระบุไว้ที่ 2 แอมแปร์ เป็นปัจจัยเชิงการออกแบบที่ใช้รักษาความสม่ำเสมอของเซลล์ ห้ามนำเปอร์เซ็นต์ที่ยังไม่ได้รับการยืนยันนี้ไปใช้เป็นอัตราการเสื่อมสภาพที่รับประกันได้ หรือเป็นค่าเผื่อที่ผ่านการตรวจสอบแล้วสำหรับการคำนวณขนาดระบบ

ตัวอย่างที่ให้มานี้ใช้ค่าประสิทธิภาพการชาร์จ-คายพลังงานแบบรอบเดียว (RTE) ร้อยละ 90 กับเป้าหมายพลังงานที่คายออก 225 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งให้ผลลัพธ์ประมาณ 250 กิโลวัตต์-ชั่วโมง การคำนวณนี้สอดคล้องกับข้อกำหนดเบื้องต้นเท่านั้น ไม่ได้สร้างข้อกำหนดเชิงปริมาณที่ผ่านการยืนยันแล้วสำหรับความจุตามค่ามาตรฐาน ค่า RTE ที่ให้มานี้ไม่ได้ระบุว่าเป็นประสิทธิภาพเฉพาะการคายพลังงาน และไม่มีการระบุช่วง SOC ที่ใช้งานได้ หรือส่วนลดสำหรับอายุการใช้งานสุดท้ายแต่อย่างใด โปรดยืนยันสมมุติฐานเหล่านี้ภายใต้อัตรา C ที่คาดไว้ อุณหภูมิ และช่วง SOC ก่อนดำเนินการกำหนดขนาดระบบ

ระบบต้นแบบแบบแยกส่วนที่อธิบายไว้ในบทความนี้เริ่มต้นด้วยกล่องควบคุมหลักหนึ่งตัวและกล่องรองสี่ตัว ซึ่งมีกำลังไฟฟ้ารวมประมาณ 64 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ให้ใช้ตัวเลือกการตรวจสอบผ่าน WiFi หรือระบบคลาวด์เพื่อเปรียบเทียบผลการปฏิบัติงานจริงกับผลการวิเคราะห์โหลดเป็นระยะเวลา 3–6 เดือน ระบบต้นแบบสามารถยืนยันได้เฉพาะกำลังไฟฟ้าและพลังงานที่มันสามารถจ่ายได้จริงเท่านั้น ไม่สามารถแสดงให้เห็นว่าบรรลุเป้าหมายกำลังไฟฟ้า 300 กิโลวัตต์ได้ทั้งหมด เว้นแต่ฮาร์ดแวร์ของระบบจะรองรับระดับนั้นอย่างแท้จริง โปรดยืนยันแผนการขยายระบบซึ่งได้รับการอนุมัติแล้วก่อนดำเนินการขยายขนาด

JKESS จัดหาฮาร์ดแวร์ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่แรงสูง (HV BESS) แบบโมดูลาร์ โดยเอกสารสรุปการกำหนดค่าที่จัดส่งมาพร้อมระบุกล่องควบคุมหลักสองรุ่น ได้แก่ HV-BC250 (200 A) และ HV-BC150-100A (100 A) รวมถึงชุดกล่องแบตเตอรี่รองรุ่น HV-B6U ซึ่งมีเซลล์ 16S ต่อกล่อง และระบบสมดุลกระแสแบบแอคทีฟ 2 A ระบุว่าสามารถใช้กล่องรองได้ 4–16 กล่อง มีอินเทอร์เฟซ CAN/RS485 การสื่อสารแบบต่อเนื่อง (daisy-chain) และตัวเลือกการตรวจสอบผ่าน WiFi โดยข้อมูลจำเพาะของรุ่นสุดท้ายและการบูรณาการกับระบบแปลงพลังงาน (PCS) จะต้องยืนยันอีกครั้งตามความต้องการของโครงการ JKESS ไม่จำหน่ายเซลล์โดยตรง ผู้ซื้อจึงต้องจัดหาเซลล์ลิเธียมเฟอโรฟอสเฟต (LiFePO4) แยกต่างหาก เพื่อให้สามารถปรับแต่งระบบให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของเซลล์และภาระโหลดที่ต้องการ โปรดส่งโปรไฟล์โหลดให้ทีมวิศวกรของ JKESS เพื่อทบทวนการกำหนดค่าที่เสนอ