集中式电化学储能电站常用容量配置说明

阳光工匠学社_编辑部

1. 背景

储能系统最关键的两个指标，一是功率，二是容量；但关乎容量配置，又存在多种理解，如额定容量、标称容量、装机容量、放电容量、充电容量等。别看都是容量，但不同容量的配置及成本差异甚大，以下分别介绍各容量释义及配置说明：

2. 装机容量/额定容量/标称容量

锂电池充满电到放电终止电压所能输出的容量；

装机容量=额定容量=标称容量，为便于下述容量计算，本文用En表示。

若用户没有特别说明，一般按额定容量进行配置，以2.5MW/5MWh储能系统举例来说：

• 电芯：电化学储能电站常用磷酸铁锂电池，电芯容量为280Ah，额定电压3.2V；
  

• PACK：电芯串并联之后行成PACK；在两年前，PACK内部还有并联形式，目前主流使用280Ah电芯，PACK均按串联设计，不考虑PACK内部并联，如1并14串、1并15串、1并16串、1并24串、1并48串、1并52串等方案；本文按1P16S举例来说，单个PACK规格为51.2V、14.336kWh；
  

• 电池簇：多个PACK串联后形成电池簇，按1500V系统设计，则电池簇电压范围需要在800V~1500V/1000V~1500V之间（与PCS直流侧电压范围匹配）。常规方案以25个PACK串联，串联后额定电压为1280V，额定容量为358.4kWh；
  

• 电池堆：由连接在同一功率变换系统上的可整体控制功率输入、输出的电池集合；常规2.5MW/5MWh储能系统由2台1250kW PCS交流侧并联组成，则单个电池堆规格为1.25MW/2.5MWh，配置7个电池簇，7个电池簇直流侧并联后接入统一的PCS，电池堆容量为2508.8kWh；
  

• 电池系统：两个电池堆交流侧并联，额定容量为5017.6kWh。
  

3. 放电容量

放电容量存在多种说法，主要看考核点在什么位置，如有：直流侧放电容量、PCS交流侧放电容量、并网点放电容量。

注：下述均以2.5MW/5MWh储能系统初始状态为例开展计算分析。

3.1  储能系统各组成部分效率

注：下述数据引用自《集中式电化学储能系统电站常用容量配置说明》：

3.2  放电过程潮流图（图1）

3.3  直流侧放电容量

若用户要求直流侧放电容量为5MWh，在进行容量配置时，需要考虑电池系统的放电效率和电池系统充放电深度（按90%DOD考虑），则实际配置容量应为：

En-dc=5000kWh÷电池系统放电效率÷DOD=5000kWh÷95.92%÷90%≈5791.86kWh。

注：部分企业电池系统效率可做的更高，且初始DOD可按100%计算，若有需要，按比例计算即可。

3.4 PCS交流侧放电容量

在直流侧放电容量的基础上，将直流侧线损和PCS效率考虑进去，可得当用户要求PCS交流侧放电容量时的配置容量为：
En-ac1= En-dc÷直流侧线路效率÷PCS逆变效率=5791.86kWh÷99.83%÷98.5%≈5890kWh。

3.5 并网点放电容量

在PCS交流侧放电容量的基础上，将PCS交流侧线损、变压器效率及35kV线路损耗考虑进去，可得当用户要求并网点放电容量时的配置容量为：
En-ac2= En-ac1÷PCS交流侧线路效率÷变压器效率÷35kV线路效率=5890kWh÷99.98%÷98.98%÷99.89%≈5958.44kWh。

注：一些项目要求PCS一体机内配置辅助用电变压器，即电池舱及PCS舱内用电从该变压器取，不从站用变取。这时候，在计算并网点放电容量时需要增加辅助设备用电电量。

3.6 公共连接点放电容量

在并网点交流侧放电容量的基础上，将辅助用电电量考虑进去，可得当用户要求公共连接点放电容量时的配置容量为：
Eoff= En-ac2+辅助设备用电电量=5958.44kWh+60.3kW×2h=6079.04kWh。

4. 充电容量


充电容量亦存在多种说法，如：直流侧充电容量、PCS交流侧充电容量、并网点充电容量。

注：下述均以2.5MW/5MWh储能系统初始状态为例开展计算分析。

4.1 充电过程潮流图（图2）

4.2 直流侧充电容量

若用户要求直流侧充电容量为5MWh，即以直流侧计量表计数据达到5MWh为准，在进行容量配置时，需要考虑电池系统的充电效率和电池系统充放电深度（按90%DOD考虑），则实际配置容量应为：
En-dc=5000kWh×电池系统充电效率÷DOD=5000kWh×95.92%÷90%≈5328.89kWh。

注：部分企业电池系统效率可做的更高，且初始DOD可按100%计算，若有需要，按比例计算即可。

4.3  PCS交流侧充电容量

在直流侧充电容量的基础上，将直流侧线损和PCS效率考虑进去，可得当用户要求PCS交流侧充电容量时的配置容量为：
En-ac1= En-dc×直流侧线路效率×PCS逆变效率=5328.89kWh×99.83%×98.5%≈5240.03kWh。

4.4  并网点充电容量

在PCS交流侧充电容量的基础上，将PCS交流侧线损、变压器效率及35kV线路损耗考虑进去，可得当用户要求并网点充电容量时的配置容量为：
En-ac2= En-ac1×PCS交流侧线路效率×变压器效率×35kV线路效率=5240.03kWh×99.98%×98.98%×99.89%≈5179.84kWh。

注：一些项目要求PCS一体机内配置辅助用电变压器，即电池舱及PCS舱内用电从该变压器取，不从站用变取。这时候，在计算并网点充电电容量时需要减去辅助设备用电电量。

4.5 公共连接点充电容量

在并网点交流侧充电容量的基础上，将辅助用电电量考虑进去，可得当用户要求公共连接点充电容量时的配置容量为：
Eon= En-ac2-辅助设备用电电量=5179.84kWh-60.3kW×2h=5059.24kWh。

5. 总结

对于储能容量，目前还缺乏统一的规定；对于工商业储能项目来说，由于商业模式较为清晰，其实用户更关注的是公共连接点的放电容量；对于新能源配套储能项目来说，由于商业模式不清晰，储能配置主要受政策引导，用户配置储能是为了完成光伏并网，自然是能少配就少配，故常按额定容量配置。

另外，上述分析均是初始容量，非首年容量、更非全生命周期内容量。当考虑运行期内运行方式、充放电次数、电池衰减率、电池一致性等因素时，还需要进一步超配。

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kendin

标准配置图

siwenxu

renzhao86 发表于 2023-3-31 16:25
讲解的很到位 我还有两本书呢 一直没有时间看！

什么名字？能推荐一下吗？

chenguishu

请问下，比如2.5MW/5MWh的，一般满功率放电，只能放2个小时，假如我需要满功率放电4个小时，那我是直接配2倍的蓄电池吗，还是一般情况下，都默认是只设计放电2个小时呢。

tianhu83

chenguishu 发表于 2023-3-2 16:01
请问下，比如2.5MW/5MWh的，一般满功率放电，只能放2个小时，假如我需要满功率放电4个小时，那我是直接配2 ...

根据具体情况来设计

gutou

3.3  直流侧放电容量计算错误，这里只考虑DOD就行了，不用考虑电池系统放电效率。
在100%DOD条件下，电池初始放电能量必须大于额定能量，否则不满足国标。

renzhao86

讲解的很到位 我还有两本书呢 一直没有时间看！

九天

chenguishu 发表于 2023-3-2 16:01
请问下，比如2.5MW/5MWh的，一般满功率放电，只能放2个小时，假如我需要满功率放电4个小时，那我是直接配2 ...

不看你用电功率吗？？？最快2小时放完，又不是说只能放两小时

glenn_wu

讲解的很到位 我还有两本书呢 一直没有时间看！

jmstar521

chenguishu 发表于 2023-3-2 16:01
请问下，比如2.5MW/5MWh的，一般满功率放电，只能放2个小时，假如我需要满功率放电4个小时，那我是直接配2 ...

如果功率要求一样的话，从原来2小时率的系统增加到4小时率，简单来讲就是多配一倍的电池就可以；
至于这个一般配置几小时率的问题，这个是根据用户的具体情况去配置的，不同的应用场景不同的小时率都有；
现在常规的用户侧储能都是做两充两放，所以做2小时率。