Lisanslı ve depolamalı bir GES için kapasite hesaplama örneği vermeye çalışacağım. Tek başına yüksek güçlü inverter yapısı ticari olarak bulunmayabilir, değerler örnekleme amacıyla reaktif enerji dikkate alınmayarak yapılmıştır.
Şebekeye bağlantı \({P_{AC}} = 10MWe\) AC olsun. Şekil 1'deki DC-Coupled sistem örneklemede kullanılmıştır. Bu sistemde GES çıkışı grid-forming yani şebeke yapıcı bir inverter içindeki aslında DC-DC konverter olan MPPT'ye girer. Buradan da ortak bir DC baraya bağlanır. Batarya depolama sistemi de çift yönlü çalışan harici bir DC/DC konverter ile GES'in de bağlandığı invertere girerek DC baraya bağlanır ve inverter çıkış gerilimi AG/OG trafo ile beslenerek depolamalı GES enerjisi şebekeye verilir.
Batarya çeşitli kullanım amaçları olsa buradaki kapasite ve kayıp hesabında arbitraj yapısı dikkate alınmıştır. Batarya GES'ten ve/veya şebekeden beslenir ve akşam saatlerinde şebekeye enerji verir. Batarya şarjının GES devrede iken yapıldığı bir senaryo kurulabilir.
Kapasite sadece bataryanın 2 saat boyunca şebeke beslemesi yaptığı duruma göre hesaplanmıştır.
Şekil 1'de depolamalı GES süreci oluşabilecek kayıplarla gösterilmiştir. Şebeke çıkışı 10MWe alınarak kapasite hesabı için kayıp hesabı yapılabilir.
DC/AC Oranı
Panel standart test koşullarında \({25^ \circ }C\) sıcaklık ve \(1000W/{m^2}\) ışınım göz önüne alınır ancak gerçek durumda çeşitli kısıtlar vardır. Paneller ısındıkça verimleri düşer 600 W panel 500W gibi değerde çalışabilir. Güneş her zaman tam tepede değildir. Sabah ve öğleden sonra saate bağlı veya mevsime bağlı ışınım düşük olduğu için üretim düşer. Ayrıca GES sahasında yer alan kablo direnci, tozlanma ve konnektör kayıpları da yer alır.
Panelden MPPT'ye kadar olan kablo kaybı, sıcaklık etkisi, panellerin uyumsuzluk etkisi, kirlenme, tozlanma gibi kayıplar vardır. DC/AC oranı 1.2-1.4 arası seçilebilir.
Batarya Kapasitesi
Şebeke çıkış gücü 10 MWac ve depolama ile şebekeye verilecek enerji 10 MWac x 2h=20 MWh olarak talep edilsin. Şebekeden geriye doğru giderek kayıplar ya da verim ile güç belirlenebilir.
Trafo kaybı %1, AG kablo ve hücrelerdeki kayıplar %0.5 alınırsa toplam kayıp %1.5 ve verim 0,985 olur. Bu durumda trafo öncesi AC güç = 10 MWac/0,985= 10,15 MWac
Inverter tarafından gücün %95'inin sürekli olarak sağlanması istendiğinden inverter gücü 10,15/0,95 = 10,68 MWac olarak seçilir. Ticari olması açısından varsa 11 MWac inverter seçilebilir.
Inverter veriminin %98,5 olduğu varsayılırsa Şekil 1'de görüldüğü gibi inverter DC barada ya da dc linkde olması gereken dc güç 10,15MWac/0,985=10,31 MWdc olur.
Panel gerilimi ile batarya gerilimi farklı olduğundan DC/DC charger veya konverter kullanılır. Bu durumda DC/DC konverter kaybı ortaya çıkar. 10,31 MWdc/0,97 = 10,63 MWdc
Batarya şarj ve deşarj olurken ve bekleme durumunda da çeşitli kayıplar vardır. Round-Trip Efficiency ( Çevrim Verimliliği) batarya kaybını verir. Ayrıca elektrik enerjisi, batarya içindeki lityum iyonlarını bir taraftan diğer tarafa hareket ettirerek kimyasal enerjiye dönüşür. Bu iyon hareketi sırasında batarya hücreleri doğal olarak ısınır. Şarj aşamasında kayıp %5-7 arasıdır. Deşarj aşamasında batarya hücrelerinin iç direnci nedeniyle bir miktar enerji tekrar ısıya dönüşür. Bataryadan çıkan DC elektriğin şebekeye uyumlu AC'ye çevrilmesi gerekir. Deşarj aşamasında da %5-7 kayıp olur. Çevrim veriminde şarj deşaj ve bekleme verimi birlikte alınabilir. Bu durumda %10-15 civarı kayıp oluşur. Çevrim verimliliği kaybı hesaplama için %10 alınabilir.
Bu durumda 10,63MWdc/0,90=11,80 MWdc batarya gücü olur. Şarj-Deşarj oranı C-rate=0.5 alınırsa yani 2 saatte deşarj olduğu varsayılırsa 11.80MWdc/0,5(1/h)= 23,6 MWh batarya kapasitesi olur.
C-rate bataryanın nominal enerji kapasitesine göre ne kadar hızlı şarj/deşarj edildiğini gösterir. Batarya kullanım amacına göre C-rate oranları aşağıdaki çizelgededir.
|
Uygulama |
Tipik
C-rate |
|
Şebeke
destek / arbitraj |
0.25C –
0.5C |
|
PV +
BESS |
0.5C |
|
Peak
shaving |
0.5 – 1C |
|
Frekans
regülasyonu |
1C – 2C |
Kapasite hesabında DoD (Depth of Discharge) kimyasal ömür nedeniyle %90'ına kadar batarya deşarj olur demektir. Bu değer lityum bataryada 0.90 alınır.SoC = State of Charge batarya çalışma aralığını belirtir %10-90 arası 0.80 alınır. SoH'de 10-15 yıl sonuda %80 kapasitenin garanti edilmesi gerekiyorsa 0.80 alınmalıdır. 10 yıl sonunda batarya %80 kapasitesini korusun demektir. Batarya konteynırı yangın algılama, BMS, kontrol sistemi gibi uygulamalar için soğutma gerektirir. HVAC kaybı olarak %3 alınarak verim hesabında 0,97 alınır. Emreamadelikte kısıt olarak eklenebilir. %97 oranında bataryanın devreye girmesi beklenir. Bağımsız kayıplar ya da kısıtlar birbiri ile çarpılır. Bu durumda,
Toplam verim = 0,90(DoD) x 0,80(SoC)x0,80(SoH)x 0,97(HVAC)x0,97(Emreamade)=0,54 rakamı ortaya çıkar. Bu değer bu kısıtları sağlayacak batarya kapasitesini oldukça artırır. Bu durumda 23,6 MWh/0,54 = 43,70 MWh kapasiteki batarya gerektirir. Görüldüğü bataryanın AC vereceği inverter çıkışı 10 MWac olduğu varsayılır kayıplar sonrası yaklaşık batarya 24 MWh versin 24 MWh/10MW=2.4 saat batarya beslemesi yapılır. Yaklaşık 44 MWh batarya seçilmesi şebekeye bataryadan verilecek gücü artırmaz.
PV Panel Boyutu
DC barada 10.31 MWdc varsayılırsa, MPPT kaybı %2, Sıcaklık %10, DC kablo panel uyumsuzluğu ve diğer kayıplar göz önüne alınarak PV panellerden DC linke kadar kayıp %20 alınabilir. Bu durumda PV panel gücünün 10,31/0,80 alındığında 12,87 değerine ulaşır. DC gücün bu değerden yüksek olması istenir. Bu durumda ticari inverterin 11 MWac olduğu ve DC/AC oranı 1.3 kabul edildiğinde 11MWacx1.3=14,3 MWdc ile oran kayıpları karşılar, olası kesinti, bulutlanma, arıza gibi durumlarda ve aynı zamanda clipping durumuda yani inverter gücünü aşan üretim durumunda PV panel fazla üretimi bataryayı besleyebilir.
Hesaplanan değerlere göre ekipmanların ticari bulunabilirlik durumunu göz önüne alınarak seçim yapılır. Burada örneğin 11 MW'lık bir inverter piyasada olmayabilir. Bataryada da MW güçlerinde üretici sayısı şu an için sınırlıdır.
0 Yorumlar