РАСЧЕТ РАЗМЕРА АККУМУЛЯТОРА ВВЕДЕНИЕ

Введение:

В этой статье описывается расчет размера аккумулятора для различных программ, которые включают в себя источники бесперебойного питания (ИБП), солнечные фотоэлектрические системы, телекоммуникации и различные вспомогательные услуги в энергосистемах. Каким бы ни было практическое применение, батареи широко используются для хранения электроэнергии. Помимо целей хранения, батареи в значительной степени используются для обеспечения напряжения для более слабых систем электроснабжения, таких как очень длинные линии электропередачи.

Аккумуляторная система имеет первостепенное значение в обеспечении качественной работы электростанций, подстанций и других стационарных объектов. Аккумуляторы являются жизненно важным элементом подстанции. Подстанции являются частью каждой энергосистемы. Они преобразуют высокое напряжение в низкое и наоборот. Без подстанций электрические сети по всему миру не могли бы работать. Теперь, почему подстанции требуют батареи? Аккумуляторы обеспечивают постоянную работу всех критических нагрузок подстанции. На подстанции первичный источник энергии поступает от источника переменного тока. Но вы не можете полностью зависеть от источника переменного тока. Если линия передачи или источник генерации на подстанции отключится, вы потеряете электроэнергию. Таким образом, мы используем батарею в качестве запасного источника питания постоянного тока на случай потери источника переменного тока для питания важных нагрузок, таких как реле безопасности, автоматические выключатели и т. д. 

ПОЧЕМУ НЕОБХОДИМО РАЗМЕР БАТАРЕИ?

Размер батареи жизненно важен для проверки того, что она способна подавать питание на подключенные нагрузки в течение расчетного времени. Неправильный размер батареи может создать множество экстремальных проблем, включая постоянное повреждение батареи из-за чрезмерной разрядки, низкого напряжения на нагрузке, недостаточного времени резервного питания.

Расчеты размера батареи могут быть начаты, как только мы получим следующие данные:

• Нагрузки, которые должны поддерживаться через батарею

• Минимальное напряжение для батареи

• Время резервного питания

ПОДХОД К РАСЧЕТУ

Выполненные расчеты основаны на «Рекомендуемой методике определения размера свинцово-кислотных аккумуляторов для стационарного применения» и «Рекомендуемой методике определения размера никеля». -Кадмиевые батареи для стационарных приложений» Стандарты IEEE. Все расчеты в этой статье выполнены для традиционных свинцово-кислотных или никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов.

Методологическая оценка состоит из 5 следующих этапов:

Шаг 1: Соберите общие связанные нагрузки, которые должна обеспечить батарея

Шаг 2: Разработайте профиль нагрузки и, кроме того, рассчитайте энергию схемы

Шаг 3: Выберите тип батареи и определите характеристики элемента

Шаг 4 : Выберите элементы батареи, которые должны быть соединены последовательно

Шаг 5: На основе проектных нагрузок рассчитайте предпочтительную емкость батареи в ампер-часах (Ач)

Помимо вышеперечисленных шагов, необходимо рассмотреть следующие элементы, прежде чем приступить к расчету размер ячейки, необходимый для конкретной установки. Эти элементы обычно влияют на размер клетки.

 

1. МАКСИМАЛЬНАЯ ГЛУБИНА РАЗРЯДКИ

Глубина разрядки (DoD) – это доля или процент емкости, которая была исключена из полностью заряженной батареи. Это альтернативный метод обозначения состояния заряда батареи (SoC). Глубина разряда — это дополнение состояния заряда, когда одно увеличивается, а другое уменьшается.

2. ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Емкость элемента батареи обычно предоставляется для стандартной температуры, равной 250°C, и если она где-то отличается от температуры установки, для реализации необходим поправочный коэффициент.

3. КОНСТРУКТИВНЫЙ ЗАПАС

Важной практикой при проектировании является обеспечение запаса мощности для непредвиденных дополнений к системам постоянного тока и неоптимальных рабочих условий батареи из-за неправильного обслуживания, недавней разрядки, температуры окружающей среды ниже ожидаемого или сочетание этих факторов. Метод обеспечения этого расчетного запаса заключается в добавлении процентного коэффициента к размеру ячейки, определенному расчетами. Если ожидается, что разные нагрузки будут расти с разной скоростью, может быть более точным будет применить ожидаемый рост с разными скоростями, может быть более точным применить ожидаемую скорость роста к каждой нагрузке в течение заданного времени и разработать рабочий цикл. из результатов.

4. ФАКТОР СТАРЕНИЯ

Емкость снижается постепенно в течение срока службы батареи, при нормальных условиях эксплуатации резкого снижения емкости не происходит. Скорость потери емкости встречается при нормальных условиях эксплуатации. Скорость потери емкости зависит от таких факторов, как рабочая температура, удельный вес электролита, глубина и частота разряда. Коэффициент старения выбирается исходя из требуемого срока службы.

5. КОЭФФИЦИЕНТ НОМИНАЛЬНОЙ ЕМКОСТИ (КТ)

Отношение номинальной емкости в ампер-часах (при стандартном временном расходе, при 250°C и стандартном напряжении в конце разряда) элемента к амперам, которые могут быть обеспечены ячейки в течение t минут при 250°C и до заданного конца разрядного напряжения называется коэффициентом номинальной емкости.

Значение коэффициента KT должно быть предоставлено производителем эталонной батареи.

Рис.2. Связь между временем и фактором КТ

KT = период (час) x градиент + точка пересечения.

 

6.     МОЩНОСТЬ СЕКЦИИ

  Емкость, определенная для каждой секции, является пропускной способностью секции. Мощность секции равна изменению нагрузки, масштабированному коэффициентом номинальной мощности для конкретной секции. Общая мощность секции равна сумме мощностей всех секций.

Вместимость секции = Изменение нагрузки x KT

Объем работ:

Для одного из наших клиентов мы выполнили расчеты размеров аккумуляторов для их объектов в соответствии со следующим объемом работ.

 Эксплуатационные характеристики аккумуляторов должны соответствовать следующим требованиям:

• Поддерживать номинальное напряжение отключения в течение не менее четырех часов без основного источника переменного тока

• В течение этих четырех часов в режиме ожидания аккумуляторы должны иметь достаточную емкость для полной работы установка не менее двух раз

• В конце четырехчасового резервного времени аккумуляторы должны иметь достаточную емкость для выполнения как минимум последовательного отключения, последовательных операций включения и взведения пружины 50 % автоматических выключателей установка

• По завершении вышеперечисленных операций конечное напряжение на клеммах аккумуляторов должно превышать 85 % от номинального выходного напряжения

Системные параметры:

Ниже приведены технические характеристики системы, учитываемые при расчете размера аккумулятора. и расчет профиля нагрузки.

Номинальное напряжение (В) – 48

Колебания напряжения – 10%

Максимальная глубина разряда – 85%

Конечное напряжение системы (В) – Номинальное напряжение x Максимальная глубина разряда – 40,8

Расчетный запас – 20 %

Средняя температура (0C) – 25

Коэффициент старения – 1,25

Эффективность системы – 97 %

Расчеты:

9 0002  Из предоставленного объема работ, системных параметров, данных о нагрузке заказчиком, стандартными требованиями и с учетом всех подходов к расчетам, мы сделали расчеты, как показано в таблице ниже.

Из приведенного выше рабочего листа требуемый размер батареи составляет 13,67 Ач. Но это нескорректированный размер, поскольку при расчетах не применяются поправочные коэффициенты.

Таким образом, окончательный размер батареи рассчитывается с учетом всех поправочных коэффициентов.

Окончательный размер = [Нескорректированный размер x (1+Расчетный запас) x Коэффициент старения x Поправочный коэффициент температуры] /                                      Эффективность системы x (1+20%) x 1,25 x 103%] / 97%

                 = 21,7 Ач

Общая емкость батареи = конечный размер x номинальное напряжение системы / 1000

                                 = 21,7 x 48/1000

                                 = 1,04 кВтч. Следующий доступный типоразмер аккумулятора — 24 Ач.

Рекомендация:

Поэтому мы рекомендуем аккумулятор 48 В, 24 Ач, чтобы удовлетворить требования.

Компания iEngineering успешно завершила проект по расчету емкости аккумулятора и предоставила отчет клиенту. Мы всегда рады помочь вам в предоставлении любых расчетов размера батареи для ваших объектов.

Для получения более подробной информации или запросов, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу: [email protected] или [email protected] или посетите наш официальный веб-сайт www.ieng.tech

Новые требования SARA штата Калифорния к фотоэлектрическим системам и хранению аккумуляторов

Инженеры Шнакель | 5 июля 2022 г.

Как мы сообщали в нашем недавнем блоге «Обзор изменений раздела 24, часть 6, 2022 г.», Энергетический кодекс Калифорнии вносит многочисленные изменения 1 января 2023 г. . Одним из самых больших требований является установка фотоэлектрических систем и аккумуляторных батарей в новых нежилых проектах.

Здесь мы рассмотрим основные детали новых требований SARA штата Калифорния к фотоэлектрическим системам и хранению аккумуляторов.

Требования к фотоэлектрической системе

Ранее кодекс требовал, чтобы в проектах выделялись площади крыш для будущих солнечных установок (Solar Ready) и резервировалось место для инверторов, измерительного оборудования и путей для трубопроводов, связанных с будущей установкой фотоэлектрической системы. Основываясь на этих предыдущих требованиях, раздел 140.10 теперь определяет новые положения, в том числе положение о расширенных размерах, называемое SARA (зона крыши с доступом к солнечной энергии).

SARA включает площадь крыши здания (способную конструктивно поддерживать фотоэлектрическую систему) и площади крыши всех крытых парковок, навесов и других недавно построенных конструкций, способных поддерживать фотоэлектрическую систему.

Для этого цикла кода затрагивается только новое строительство, и только определенные типы зданий должны соответствовать новым требованиям. В следующих списках перечислены затронутые типы проектов:

• Продуктовый магазин
• Высотный многоквартирный дом
• Офис
• Финансовые учреждения
• Неарендованные помещения
• Розничная торговля
• Школа
• Склад
• Аудитория
• Конференц-центр
• Гостиница/ Мотель
• Библиотека
• Медицинский кабинет/клиника
• Ресторан
• Театр

Для зданий смешанного типа, содержащих один или несколько вышеперечисленных типов зданий (составляющих не менее 80 процентов площади здания), общая мощность фотоэлектрической системы для здания составляет рассчитывается по уравнению 140. 10-A (см. ниже) для каждого из вышеуказанных типов помещений, а затем суммируется.

Для обеспечения соответствия Совместные приложения* (в частности, JA11) содержат подробные определения/инструкции для ориентации системы, затенения, проверки доступа к солнечному свету, требований к мониторингу системы, требований к подключению, сертификатов и доступности, а также правоохранительного органа.

*Если вы не знакомы с Совместными приложениями, они представляют собой «Как сделать» код Раздела 24. Нормы могут требовать определенного U-фактора для сборки здания. В одном из разделов JA, посвященном этой сборке, будет указано, как ее построить, чтобы она соответствовала желаемому/требуемому U-фактору.

Существует несколько изъятий/исключений из новых положений SARA:

• Любая зона с возможностью SARA, которая получает менее 70 процентов годового доступа к солнечной энергии (определено в 140.10(a)2 и JA11).
• Занятые крыши согласно Строительному кодексу штата Калифорния, раздел 503. 1.4.
• Участок крыши, недоступный из-за соответствия другим требованиям строительных норм и правил.
• Если общая сумма всех доступных SARA составляет менее трех процентов кондиционируемой площади пола.
• Если требуемый размер фотоэлектрической системы менее 4 кВт постоянного тока.
• Если размер SARA меньше 80 квадратных футов.
• Здания с конструкциями крыш, утвержденными правоохранительными органами, в которых правоохранительные органы определяют, что установка фотоэлектрической системы невозможна.
• Здания с несколькими арендаторами в районах, где недоступна программа Virtual Net Metering (VNEM) или общественная программа использования солнечной энергии.

Расчет площади крыши для доступа к солнечной энергии определяется меньшим результатом следующих методов:

Метод 1 –

УРАВНЕНИЕ 140.10-A ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗМЕР ПОСТОЯННОГО ТОКА

кВтPVdc = (CFA x A)/1000

Где:

kWPVdc = Мощность фотоэлектрической системы в кВт.

CFA = Кондиционированная площадь пола в квадратных футах.

A = коэффициент мощности PV, указанный в таблице 140.10-A для типа здания (ниже).

Таблица 140.10-A – Коэффициенты мощности фотоэлектрических систем

Метод 2 –

Второй метод определения размера фотоэлектрических систем заключается в суммировании всех доступных площадей солнечных крыш (SARA), а затем умножении на 14 Вт/фут². . Опять же, выбирается меньший размер фотоэлектрической системы, определенный двумя методами.

Требования к системе хранения аккумуляторов

Здания, требуемые в соответствии с Разделом 140.10(a) для установки фотоэлектрической системы, также должны иметь систему хранения аккумуляторов, отвечающую минимальным квалификационным требованиям Совместного справочного приложения JA12. Как и в случае с фотоэлектрическими системами, в Совместных приложениях (JA 12) содержатся подробные определения/инструкции для целей и области применения, квалификационных требований, требований к присоединению и измерению полезной энергии, а также правоохранительного органа.

Номинальная энергоемкость аккумулятора и номинальная мощность определяются по уравнению 140.10-B и уравнению 140.10-C. Как и в случае фотоэлектрических систем, когда в здании имеется более одного типа помещений, перечисленных в таблице 140.10-B, уравнения номинальной энергоемкости и номинальной мощности выполняются для каждого типа помещения, а затем суммируются для получения общей емкости аккумуляторной системы.

Как и в случае с требованиями к фотоэлектрической системе, существует несколько исключений из положений 140.10(b):

• Аккумуляторная система хранения не требуется, если размер установленной фотоэлектрической системы составляет менее 15 процентов от размера, определенного по уравнению 140.10-A.
• Аккумуляторная система не требуется, если номинальная мощность аккумуляторной системы здания менее 10 кВтч.
• В зданиях с несколькими арендаторами энергоемкость и мощность аккумуляторной системы хранения основана на площади жильцов с кондиционируемой площадью более 5000 квадратных футов. Для одноквартирных зданий с кондиционируемой площадью менее 5000 квадратных футов требуется аккумуляторная система хранения.
• В климатической зоне 1 система хранения аккумуляторов не требуется для офисов, школ и складов.

Размер системы хранения аккумуляторов определяется приведенными ниже расчетами:

УРАВНЕНИЕ 140.10-B-НОМИН. 2 кВтчбат = кВтPVdc x B/D ^0,5

Где :

кВтчбат = Номинальная полезная энергоемкость аккумуляторной системы в кВтч.

kWPVdc = мощность фотоэлектрической системы, требуемая разделом 140.10 (a) в кВт постоянного тока. B = коэффициент мощности батареи, указанный в таблице 140.10-B для типа здания.

D = номинальная эффективность одного цикла зарядки-разрядки от переменного тока к переменному (туда и обратно) системы хранения батарей.

УРАВНЕНИЕ 140.10-C – НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ АККУМУЛЯТОРА

кВтбат = кВтPVdc x C

Где 901 96 :

kWbatt = Мощность аккумуляторной системы в кВт постоянного тока.

kWPVdc = мощность фотоэлектрической системы, требуемая разделом 140.10(a), в кВт постоянного тока.

C = коэффициент мощности батареи, указанный в таблице 140.10-B для типа здания.

Таблица 140.10-B – Коэффициенты емкости аккумуляторной батареи

Еще один вариант удовлетворения требований к фотоэлектрической системе и системе аккумуляторной батареи – это совместная совместная система выработки солнечной электроэнергии или система аккумуляторной батареи.

В случае одобрения комиссией общие солнечные системы сообщества, другие общие системы возобновляемых источников энергии сообщества, общие системы хранения аккумуляторных батарей или комбинация этих систем могут использоваться для частичного или полного соответствия требованиям фотоэлектрической системы и системы хранения аккумуляторов. Разделов 140.0(c), 150.1(a)3 или 170.0(a)3 Раздела 24.

Итог

В Энергетический кодекс штата Калифорния внесены существенные поправки, которые вступают в силу 1 января 2023 г.