Расчёт · 6 минут чтения

Как посчитать ёмкость накопителя

Формула выглядит как «мощность умножить на часы». На этом месте ошибаются почти все, потому что между расчётной энергией и купленной ёмкостью стоят три поправки, и каждая из них поднимает цифру.

Шаг первый: сколько энергии надо отдать

Начинаем с нагрузки. Не с той, что написана на щите, а с той, что реально потребляется. Разница между установленной и фактической мощностью на предприятии обычно двукратная.

Пример: критичная нагрузка 150 киловатт, продержаться надо четыре часа. Полезная энергия равна 600 киловатт-часам. Это то, что должно выйти из батареи и дойти до потребителя. Купить придётся больше.

Шаг второй: три поправки

Глубина разряда

Батарею не разряжают в ноль: это убивает ресурс и лишает системы аварийного запаса. Рабочая глубина для промышленных LiFePO4 — 90 %. Значит, доступно только девять десятых номинала.

Коэффициент полезного действия

Энергия теряется при преобразовании из постоянного тока в переменный и в самой батарее. Для современных высоковольтных систем берём 95 % на разряде.

Ток разряда

Самая забываемая поправка. Батарея не может отдавать мощность быстрее определённого предела без ущерба для ресурса. Промышленная норма — 0,5C, то есть полный разряд не быстрее двух часов.

Из этого следует жёсткое правило: ёмкость не может быть меньше удвоенной мощности разряда, даже если по энергии хватило бы меньшей.

Итоговая формула

Ёмкость = максимум из двух величин:
1) Мощность × Часы ÷ (0,9 × 0,95)
2) Мощность ÷ 0,5

Для нашего примера: 150 × 4 ÷ 0,855 = 702 кВт·ч. Второе условие даёт 300 кВт·ч. Берём большее — 702 кВт·ч.

Шаг третий: округление до модулей

Ёмкость набирается модулями, чаще всего по 5,12 киловатт-часа. Делим 702 на 5,12, получаем 137,1 — округляем вверх до 138 модулей, итого 706,6 киловатт-часа.

Дальше модули собираются в стойки, стойки — в шкафы. На этом этапе конфигурация начинает зависеть от конкретного оборудования, и абстрактный расчёт заканчивается.

Когда работает второе условие

Правило про 0,5C кажется теоретическим, пока не встретишь задачу с коротким мощным пиком. Смотрите разницу.

ЗадачаПо энергииПо току 0,5CИтог
150 кВт на 4 часа702 кВт·ч300 кВт·ч702 кВт·ч
150 кВт на 1 час175 кВт·ч300 кВт·ч300 кВт·ч
500 кВт на 15 минут146 кВт·ч1 000 кВт·ч1 000 кВт·ч

Третья строка показательна. Задача звучит скромно — продержать полмегаватта пятнадцать минут, — а система выходит на мегаватт-час. Именно поэтому короткие мощные пики стоят непропорционально дорого, и мы предупреждаем об этом до того, как считать бюджет.

Пятнадцать минут на пятистах киловаттах стоят дороже, чем четыре часа на ста пятидесяти.

Четыре ошибки, которые дорого стоят

  • Считать по установленной мощности. Сумма шильдиков всегда больше реального потребления. Нужен профиль с прибора учёта, а не паспорта оборудования.
  • Забыть пусковые токи. Двигатели при прямом пуске берут в 5–7 раз больше номинала. Это влияет не на ёмкость, а на мощность преобразователя, но забывают об этом одинаково часто.
  • Не учесть собственные нужды. Охлаждение шкафа, подогрев зимой, электроника контроллера съедают 1–3 % ёмкости в сутки.
  • Игнорировать деградацию. Через десять лет система отдаст на 20 % меньше. Если ёмкость посчитана впритык, к концу срока задача перестанет выполняться.

Запас на деградацию

Здесь возможны два подхода, и оба честные.

Заложить запас сразу. Берём на 20 % больше расчётной ёмкости, и система выполняет задачу все пятнадцать лет. Дороже на старте, спокойнее потом.

Расширить позже. Ставим по расчёту, а через 8–10 лет добавляем модули. Дешевле на старте, но требует, чтобы место и мощность преобразователя были зарезервированы в проекте.

Мы обычно рекомендуем второй вариант с оговоркой: резерв места и запас по преобразователю закладываются обязательно, иначе расширение превратится в новый проект.

Проверьте себя

Если поставщик выдал ёмкость, равную мощности, умноженной на часы, без поправок — расчёт неверен примерно на 17 %. Если при этом мощность разряда больше половины ёмкости, система будет работать на токе выше 0,5C и потеряет ресурс раньше срока.

FAQ

Короткие ответы

Почему нельзя разряжать батарею полностью?

Технически можно, BMS это допустит. Но ресурс при глубине разряда 100 % падает почти вдвое по сравнению с 90 %, а выигрыш в доступной энергии всего 11 %. Плюс полностью разряженная система не имеет аварийного запаса: если сеть не вернётся, у вас не останется ничего. Промышленный стандарт — 80–90 %.

Что важнее: ёмкость или мощность преобразователя?

Это два независимых параметра, и подбираются они отдельно. Мощность преобразователя определяет, сколько киловатт система отдаст в моменте, ёмкость — как долго. Ошибка бывает в обе стороны: мощный преобразователь на маленькой батарее посадит её за двадцать минут, а большая батарея со слабым инвертором не закроет пик.

Как учитывать пусковые токи двигателей?

По перегрузочной способности преобразователя, а не по ёмкости батареи. Промышленные PCS держат 150–200 % номинала несколько секунд, чего хватает для большинства прямых пусков. Если на объекте тяжёлые пуски, в проект закладывается либо запас по мощности, либо устройства плавного пуска — считаем это до заказа оборудования.

Можно ли добавить ёмкость через несколько лет?

Да, если архитектура модульная и это заложено в проекте. Есть нюанс: новые модули имеют полную ёмкость, старые уже деградировали, и BMS выравнивает систему по слабейшему. Поэтому расширение лучше делать до того, как разброс станет большим, — обычно в первые пять-семь лет.

Ещё в журнале

Следующий шаг

Посчитаем эффект для вашего объекта

Пришлите счёт за электроэнергию или профиль нагрузки. Вернём конфигурацию, бюджет и срок окупаемости. Бесплатно, за 7 дней.

  • с 2012ООО «НТ», интегратор
  • СРОпроектирование и монтаж
  • МЧСлицензия
  • 7 днейТЭО бесплатно