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2UPS储能系统(SPS,StoragePowerSupply)
1SPS是将UPS及储能系统(UPS+BESS)融合在一起,是完美的储能备电结合;
2SPS概念是在新建的UPS系统,采用优化后适合经常放电的UPS系列,并增加UPS的电池容量,不采用铅酸电池而改用铅碳电池,利用峰谷电价充放电,每天放出部分电池电量进行套利,馀下电量满足UPS的后备时间要求;
3偶尔停电时放电到80%~100%,对电池寿命影响不大;
4以铅碳电池50%+30%DOD(两充两放),可循环3,300天计算,每天使用,可使用9年,比一般铅酸电池寿命长一倍。
3SPS系统与电池储能系统比较
1SPS的UPS优化后,具有UPS及PCS功能,UPS优化成本远比一个PCS便宜;
2原来UPS要用2组铅酸电池(举例),现改用4组铅碳电池,只增加两组电池的成本,比储能系统要投资4组铅碳电池少很多;
3由于UPS一般有电池房间,所以不用单设集装箱,节省投资;
4UPS与电池房间已设有空调,所以不需要再额外装设;
5UPS与电池房间空调电费已计入原有成本,不会在储能收益扣除。
由此可见,SPS系统所增加的投资(2组铅碳电池和UPS优化费用)比电池储能系统少很多。SPS系统与电池储能系统比较见表1。
4SPS存在问题及解决方法
1SPS存在问题
电池大功率放电会严重影响铅酸/铅碳电池的寿命;
电池大功率放电放出的容量远低于铅酸/铅碳电池
电池的额定容量;
电池容量增加,SPS充电能力要加大;
电池每天多次转换充放电模式,可能影响SPS的可靠性。
2SPS解决方法
•SPS的UPS要有与市电联合供电的功能。
SPS电池固定以0.1C功率向负载供电,不足的负载功率由市电供应。这样可以降低电池的放电功率,保持电池的循环寿命及提高电池的可放电容量;
•增加SPS充电能力;
•UPS厂家需要优化UPS,控制策略分为储能模式和应急模式,设备既要适合天天放电及每天多次充放电转换,又要保持UPS原来的安全可靠性。
SPS的电池容量配置计算方法
SPS的电池容量配置是根据储能放电深度(DOD)与UPS需要的备电时间来计算。计算方法及原理如下:
UPS备电要求:备电15 min,按铅酸电池标准,电池寿命末期放电容量余下80%,等于备电12 min;若以50%DOD计算,SPS要满足电池末期放电12min,SPS电池容量配置是40 min。
计算原理:
SPS电池容量按40 min配置,SPS每天以0.1C放电50%,相当于满功率放电20 min,电池剩余满功率备电时间20 min;在电池末期,电池满功率可放电总时间是32 min(80%),每天仍以0.1C放电50%(相当于满功率放电20 min),余下满功率备电时间12min。
SPS的附加效益分析和经济收益计算
1SPS附加效益
1如上SPS配置40 min电池,在放电前备电后备时间是40 min,储能放电后,备电时间是20 min,两者都多于15 min备电的要求;
2UPS不加储能时电池在浮充使用,电池健康状况不明。而SPS天天充放电,由电池放电的电压可以准确知道电池的健康状况,这是最有用的非经济价值;
3利用峰谷电价差套利,除了可以收回设备增加的成本外,还有很佳的节省电费的收益;
4铅碳电池以50%DOD充放电,可以使用10年,是铅酸电池寿命的两倍。寿命周期内可以节省一次更换电池的费用。
2铅碳电池经济分析实例(见表2)
依据以下条件:
1UPS按500kVA计算;
2电价以江苏省峰谷平均电价计算;
3电池每天以50%+30%两充两放方式(首高峰放电50%,平段充电30%,次高峰放电30%),电池可以使用3,300天(9年);
4按满功率放电与0.1C放电作比较。
结束语
UPS+储能是储能技术的很好应用。近期有很多数据中心开始积极研究与尝试这一新概念。一旦大型数据中心广泛采用SPS,将来中小机房将会仿效,使得储能系统在数据中心的应用形成大趋势。从国家层面上来说,谷电的利用提高了电能的利用率,实现了资源的优化配置,节约了能源;对于企业来说降低了运行成本、提高了经济效益。
作者简介
张丽娟:中国建筑标准设计研究院有限公司,数据中心设计研发部总工程师。主要研究和擅长领域:数据中心电气系统设计。主要代表作品为作为负责人牵头的项目、科研、标准等。光环新网上海嘉定数据中心设计、某国家级数据中心设计(涉密)、沧州华为云计算中心等项目;《数据中心基础设施运行维护标准》、《绿色数据中心评价技术细则》、《数据中心工程设计与安装》等国标、行标及国家标准图集的编制。获得奖项:部级优秀设计一等奖2项、集团优秀工程奖2项、科技进步奖1项、中国建筑学会2017~2018一等奖1项;
吴晓晖:男,硕士,中国建筑标准设计研究院数据中心研发部副主任,高级工程师,北京工业大学动力工程专业硕士研究生指导老师;国家绿色数据中心工作专家委员会顾问。参编国家标准《数据中心基础设施运行维护标准》,团体标准《数据中心人才标准》,《绿色数据中心评估准则》等。主持完成大中小型数据中心项目几十项,集团内科研课题研究3项,获得数据中心相关发明专利一项,软件著作权2项。
文宝玉:1977年毕业于香港理工大学电机工程系,自1981年从事蓄电池行业,至今已36年。前任公司-标定工程有限公司,是日本汤浅电池的独家代理,将阀控式电池引进中国,当时在蓄电池行业享有很高知名度。2010年加入上海西恩迪蓄电池有限公司负责铅酸电池销售,2014年起主管C&D铅碳电池推广,凭对电池的熟悉和C&D的测试数据,令储能行业的人士都认同铅碳电池,现在主推UPS+储能概念,对储能行业的发展有一定的贡献。
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