1. توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور اسٹیشن کے نظام کی کارکردگی کی تعریف
پاور اسٹیشن کی جامع کارکردگی
GBT 36549-2018 "الیکٹرو کیمیکل انرجی سٹوریج پاور سٹیشنوں کے آپریشن کے اشارے اور تشخیص" کے مطابق، توانائی کے ذخیرہ کرنے والے پاور سٹیشنوں کی جامع کارکردگی کی پیداوار اور آپریشن کے عمل کے دوران آن گرڈ بجلی اور آف گرڈ بجلی کا تناسب ہونا چاہیے۔ انرجی سٹوریج پاور سٹیشن کی تشخیص کی مدت کے دوران، یعنی انرجی سٹوریج پاور سٹیشن سے گرڈ میں منتقل ہونے والی بجلی کی کل مقدار انرجی سٹوریج پاور سٹیشن اور گرڈ کے درمیان گیٹ وے میٹر تشخیص کی مدت کے دوران/گرڈ سے انرجی سٹوریج پاور سٹیشن کو موصول ہونے والی بجلی کی کل مقدار۔
توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کی کارکردگی
GB/T 51437-2021 کے مطابق "ہوا، سولر اور انرجی سٹوریج کے مشترکہ پاور سٹیشنز کے لیے ڈیزائن کے معیارات":
توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کی کارکردگی کا حساب مندرجہ ذیل فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے بیٹری کی کارکردگی، پاور کنورژن سسٹم کی کارکردگی، پاور لائن کی کارکردگی، اور ٹرانسفارمر کی کارکردگی جیسے عوامل کی بنیاد پر کیا جانا چاہیے۔
Φ=Φ1×Φ2×Φ3×Φ4
Φ 1: بیٹری کی کارکردگی، چارج اور ڈسچارج سائیکل مکمل کرنے والی توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریوں کی کارکردگی، جو بیٹری کے جسم سے خارج ہونے والی بجلی کی مقدار اور چارج کی جانے والی بجلی کی مقدار کا تناسب ہے۔ توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریوں کی تکنیکی کارکردگی کے مطابق، بیٹری کی چارج ڈسچارج کنورژن کی کارکردگی 1C شرح پر 92% (دو طرفہ) سے کم نہیں ہے، اور 0.5C شرح پر 94% (دو طرفہ) سے کم نہیں ہے۔
Φ 2: بجلی کی تبدیلی کے نظام کی کارکردگی، بشمول اصلاح کی کارکردگی اور انورٹر کی کارکردگی؛ مارکیٹ پی سی ایس کی پیداوار کی صورت حال کے مطابق، 98.5٪ (ایک طرفہ) عام طور پر لیا جاتا ہے؛
Φ 3:پاور لائنوں کی کارکردگی، AC/DC کیبلز کے دو طرفہ ٹرانسمیشن کے نقصان کے بعد کارکردگی کو مدنظر رکھتے ہوئے؛
Φ 4:ٹرانسفارمر کی کارکردگی، ٹرانسفارمر کے دو طرفہ تبدیلی کے نقصان پر غور کرنے کے بعد کارکردگی کو مدنظر رکھتے ہوئے.
2. توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور اسٹیشنوں میں معاون نظاموں کا نقصان
مجموعی طور پر جو کہ بعض افعال کا ادراک کرتا ہے، توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور اسٹیشن آپریشن کے دوران توانائی کے ذخیرہ کرنے کے نظام کے محفوظ اور مستحکم آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے بڑی تعداد میں معاون آلات پر انحصار کرتے ہیں، جیسے مربوط پاور سسٹم، لائٹنگ سسٹم، سیکیورٹی سسٹم، فائر الارم سسٹم۔ ، ماحولیاتی نظام، HVAC نظام، آٹومیشن سسٹم، وغیرہ۔ یہ نظام توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور پلانٹس کے لیے معاون نظام کے طور پر کام کرتے ہیں تاکہ ان کے قابل اعتماد کام کو یقینی بنایا جا سکے۔ معاون آلات کی کھپت بھی توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور پلانٹ کی کل توانائی کی کھپت کا ایک اہم حصہ ہے۔
توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام چل سکتا ہے یا کام میں نہیں (اسٹینڈ بائی حالت)۔ گرڈ پیک شیونگ اور ویلی فلنگ میں حصہ لینے والے انرجی سٹوریج پاور سٹیشنز کے لیے، اگر آپریشن کی حکمت عملی ایک چارج اور ایک ڈسچارج فی دن 0.5C کے چارج ڈسچارج ریٹ کے ساتھ مکمل کرنا ہے، تو انرجی سٹوریج سسٹم کام میں رہے گا۔ چارج ڈسچارج حالت (2h) کے دوران، اور باقی وقت کے دوران کام میں نہیں ہے۔ آپریٹنگ حیثیت کے بارے میں، اس کے معاون آلات کی آپریٹنگ حیثیت غیر آپریٹنگ حالت میں اس سے مختلف ہے۔ بنیادی فرق یہ ہے کہ HVAC سسٹم آپریٹنگ حالت میں آن ہوتا ہے اور غیر آپریٹنگ حالت میں آن یا کبھی کبھار آن نہیں ہوتا ہے۔
انرجی سٹوریج سسٹم کا اہم معاون سامان بیٹری کے پہلے سے تیار شدہ ٹوکری میں بجلی استعمال کرتا ہے، اور بجلی استعمال کرنے والا اہم سامان صنعتی ایئر کنڈیشنگ ہے۔ صنعتی ایئر کنڈیشنگ، بیٹری کے پہلے سے تیار شدہ کمپارٹمنٹس کے لیے ایک اہم تھرمل مینجمنٹ آلات کے طور پر، توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کے آپریشن کے دوران ایک ضروری آلہ ہے۔ یہ بنیادی طور پر توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کے آپریٹنگ درجہ حرارت کو برقرار رکھنے اور توانائی ذخیرہ کرنے والے خلیوں کی بہترین کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ معاون آلات کی بجلی کی کھپت بنیادی طور پر آپریشنل حکمت عملیوں، موسموں اور دیگر عوامل سے متعلق ہے۔ بیٹری کے پہلے سے تیار شدہ کمپارٹمنٹ کا ایئر کنڈیشنگ بنیادی طور پر مکمل طور پر آن ہوتا ہے جب انرجی سٹوریج سسٹم چل رہا ہوتا ہے۔ جب یہ کام میں نہیں ہے تو، اندرونی گردش ایئر آؤٹ لیٹ عام طور پر ٹھنڈا کیے بغیر، آن کر دیا جاتا ہے، اور بجلی کی کھپت زیادہ نہیں ہوتی ہے۔ لہذا، روزانہ کام کی حکمت عملی ایئر کنڈیشنر کی بجلی کی کھپت پر ایک اہم اثر ہے. روزانہ ایک چارج اور ایک ڈسچارج کے ساتھ، ایئر کنڈیشنر تقریباً 2 گھنٹے فی دن چلتا ہے۔ دو چارجز اور دو ڈسچارجز کے ساتھ، ایئر کنڈیشنر تقریباً 4 گھنٹے چلتا ہے۔
مختلف موسموں کا ائر کنڈیشنگ کی بجلی کی کھپت پر بھی نمایاں اثر پڑتا ہے۔ ایئر کنڈیشنر کی ٹھنڈک کی صلاحیت کا تعلق بیرونی ماحول کے درجہ حرارت سے بھی ہے۔ جب موسم گرما میں محیط درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے، تو ٹھنڈک کا اثر خراب ہوتا ہے، اس لیے کام کے اوقات بڑھا دیے جائیں گے۔ سردیوں میں، اگرچہ محیطی درجہ حرارت کم ہوتا ہے اور ٹھنڈک کا اثر اچھا ہوتا ہے، لیکن توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کا کولنگ کام کرنے کا وقت دوسرے موسموں سے کم ہوتا ہے۔ تاہم، جب انرجی سٹوریج نہیں چل رہا ہے، تب بھی ہیٹنگ فنکشن کو چالو کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ انرجی سٹوریج بیٹری سیلز کے ورکنگ ٹمپریچر کو یقینی بنایا جا سکے۔ اس لیے سردیوں اور گرمیوں میں بجلی کی کھپت نسبتاً زیادہ ہوتی ہے۔
3. کیس کا تجزیہ
سسٹم کا جائزہ اور نقصانات
ایک مخصوص انرجی سٹوریج بیٹری کمپارٹمنٹ کا کنفیگریشن پیمانہ 2MW/2MWh ہے، اور بجلی استعمال کرنے والے اہم آلات میں ایئر کنڈیشنگ، بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS)، پنکھے، لائٹنگ وغیرہ شامل ہیں۔ انرجی سٹوریج سسٹم کا آپریشن موڈ اس میں حصہ لینا ہے۔ پاور گرڈ کی چوٹی شیونگ اور ویلی فلنگ، اور آپریٹنگ کنڈیشن 1C چارجنگ اور ڈسچارج ہے، ایک سائیکل کے ساتھ۔ 2 ایئر کنڈیشنگ یونٹس ترتیب دیں، ہر یونٹ کے لیے زیادہ سے زیادہ 17.5kW کی کولنگ پاور کے ساتھ، 2 یونٹس کے لیے کل 35kW۔ ہر یونٹ کے لیے زیادہ سے زیادہ حرارتی طاقت 15kW ہے، 2 یونٹس کے لیے کل 30kW۔ جب ایئر کنڈیشنر اندرونی گردش کے موڈ میں کام کرتا ہے تو، ایک ایئر کنڈیشنر کی بجلی کی کھپت 2kW ہے، اور دو ایئر کنڈیشنرز کی کل بجلی کی کھپت 4kW ہے۔ دیگر برقی آلات میں بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS)، پنکھے (ہر بیٹری کے ماڈیول میں نصب)، لائٹنگ فکسچر وغیرہ شامل ہیں، جن کی زیادہ سے زیادہ بجلی کی فراہمی کی گنجائش تقریباً 5kW ہے۔
(1) معاون نظام کا نقصان
سائٹ پر ٹیسٹ کے نتائج کے مطابق، 1C آپریٹنگ حالات میں ایک مکمل چارج اور ڈسچارج سائیکل انجام دیں۔ موسم گرما کے حالات کے لیے، ایئر کنڈیشنر کو 3 گھنٹے x 35 kW=105 kWh کی بجلی کی کھپت کے ساتھ، تقریباً 3 گھنٹے تک کولنگ موڈ میں کام کرنے کی ضرورت ہے۔ بقیہ وقت اندرونی سائیکل موڈ میں ہے، جس کی بجلی کی کھپت 21 گھنٹے x 4 kW=84 kWh ہے، کل 189 kWh ہے۔ اس بات کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ دیگر برقی آلات زیادہ تر وقت میں ایک ہی وقت میں پوری طاقت سے کام نہیں کریں گے، اگر بیک وقت عنصر کو {{10}}.5 سمجھا جاتا ہے، تو دوسرے برقی آلات کی یومیہ بجلی کی کھپت تقریباً 5kW × 24h × 0۔{15}}kWh۔
یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سائٹ پر ٹیسٹ کے نتائج اور دیگر برقی آلات کی بجلی کی کھپت کے مطابق، گرمیوں کے منظر نامے میں، آپریٹنگ موڈ اور آپریٹنگ حالات (گرڈ چوٹی شیونگ، 1C چارجنگ اور ڈسچارجنگ، اور 1 چارجنگ میں حصہ لینا) ڈسچارج سائیکل)، انرجی سٹوریج بیٹری ٹوکری میں ایئر کنڈیشنگ اور دیگر برقی آلات کی روزانہ بجلی کی کھپت کے بارے میں ہے 249 کلو واٹ گھنٹہ
(2) پاور لائن کی کارکردگی
جب DC اور AC کیبلز کرنٹ گزرتی ہیں، تو وہ گرمی کا نقصان پیدا کرتی ہیں۔ DC سائیڈ کی یک سمتی کارکردگی تقریباً 99.83% ہے، PCS AC سائیڈ ٹرانسفارمر کم وولٹیج سائیڈ کی یک سمتی کارکردگی تقریباً 99.95% ہے، اور ہائی وولٹیج AC سائیڈ کی یک سمتی کارکردگی تقریباً 99.89% ہے۔ یک طرفہ نقصان پر غور کرتے ہوئے، پاور لائن کی کارکردگی 99.67٪ ہے۔ دو طرفہ نقصانات پر غور کرتے ہوئے، پاور لائن کی کارکردگی 99.34% ہے۔
(3) ٹرانسفارمر کی کارکردگی
پروجیکٹ میں عام طور پر استعمال ہونے والے خشک قسم کے ٹرانسفارمرز، GB/T 10228-2015 "ڈرائی ٹائپ پاور ٹرانسفارمرز کے لیے تکنیکی پیرامیٹرز اور ضروریات" کے مطابق، 35kV 2000kVA غیر پرجوش وولٹیج ریگولیٹ کرنے والے پاور ٹرانسفارمرز کے لیے درج ذیل نقصان کے اشارے ہیں:
کوئی بوجھ کا نقصان نہیں: 4.23 کلو واٹ؛
لوڈ کا نقصان: 17.2 کلو واٹ (100 ڈگری)؛
ریٹیڈ پاور آپریشن پر، ٹرانسفارمر کی کارکردگی (2000-4.23-17.2) ÷ 2000=98.93% ہے، لہذا ٹرانسفارمر کی دو طرفہ کارکردگی 98.93% × 98.93%{{9 ہے }}.87%۔
کارکردگی کے اعدادوشمار
توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور اسٹیشنوں کی کارکردگی کا حساب لگاتے وقت، توانائی کے بہاؤ کی سمت پر توجہ دی جانی چاہیے، اور معاون نظام کی بجلی کی کھپت کو چارجنگ اور ڈسچارج دونوں عملوں کے دوران لوڈ نقصان کے طور پر سمجھا جانا چاہیے۔ توانائی کے ذخیرہ کرنے والے نظاموں کی کارکردگی کا حساب لگاتے وقت، یہ طے کرنے کے لیے معیاری تعریفوں کو یکجا کرنا ضروری ہوتا ہے کہ آیا کیلکولیشن ایپلی کیشن دو طرفہ کارکردگی ہے یا یک طرفہ کارکردگی۔ مندرجہ بالا ماڈلز کی کارکردگی کے اعدادوشمار درج ذیل ہیں:
| نمبر | کارکردگی کی ترکیب | دو طرفہ کارکردگی | یک سمتی کارکردگی | نوٹس |
| 1 | بیٹری سسٹم | 92% | 95.92% | یہ فرض کرتے ہوئے کہ چارجنگ کی کارکردگی خارج ہونے والی کارکردگی کے مطابق ہے۔ |
| 2 | توانائی ذخیرہ کرنے والا انورٹر | 97.02% | 98.5% | |
| 3 | پاور لائن کی کارکردگی | 99.34% | 99.67% | |
| 4 | کارکردگی کو بڑھانا | 97.87% | 98.93% |
کارکردگی کا تجزیہ
(1) توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کی چارجنگ کی کارکردگی (چارج کے عمل کے دوران صرف یک طرفہ کارکردگی کو مدنظر رکھتے ہوئے)
یہ فرض کرتے ہوئے کہ بیٹری سسٹم کا SOC مطابقت رکھتا ہے اور چارجنگ اور ڈسچارجنگ ڈیپتھ 90% سمجھی جاتی ہے، اگر 2MWh انرجی سٹوریج سسٹم کو 1 گھنٹے میں مکمل چارج کرنے کی ضرورت ہے، تو اس کی AC سائیڈ پر ابتدائی چارجنگ انرجی کی ضرورت ہے:
مواصلت کی طرف ابتدائی چارجنگ کی گنجائش{{0}}(سسٹم کی درجہ بندی کی گنجائش x چارج اور ڈسچارج کی گہرائی) ÷ بیٹری سسٹم کی چارجنگ کی کارکردگی ÷ انرجی اسٹوریج کنورٹر کی اصلاح کی کارکردگی ÷ ٹرانسفارمر کی کارکردگی ÷ پاور لائن کارکردگی + معاون آلات کی بجلی کی کھپت (معاون نظام کے 1 گھنٹے کے اندر مکمل لوڈ آپریشن پر غور کرتے ہوئے چارجنگ)=2000 × 0.9 ÷ 95.92% ÷ 98.5% ÷ 98.93% ÷ 99.67%+(35+5) × 1=1972.12kWhl،
انرجی سٹوریج سسٹم کے AC سائیڈ کی چارجنگ کی کارکردگی ہے (2000 × 0.9) ÷ 1972۔{4}}.27%۔
(2) توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کی خارج ہونے والی کارکردگی (خارج کے عمل کے دوران صرف یک طرفہ کارکردگی کو مدنظر رکھتے ہوئے)
مواصلات کی طرف ابتدائی خارج ہونے والی توانائی{{0}} (سسٹم کی درجہ بندی کی گنجائش x چارج کی گہرائی اور خارج ہونے والے مادہ) x بیٹری سسٹم کی چارجنگ کی کارکردگی x انرجی اسٹوریج کنورٹر کی انورٹر کی کارکردگی x ٹرانسفارمر کی کارکردگی x پاور لائن کارکردگی - معاون آلات کی بجلی کی کھپت (چارج ہونے کے 1 گھنٹے کے اندر معاون نظام کے مکمل لوڈ آپریشن پر غور کرتے ہوئے)=2000 × 0.9 × 95.92% × 98.5% × 98.93% × 99.67% - (35+5) × 1=1636.91kWh،
توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کے AC سائیڈ کی خارج ہونے والی کارکردگی 1636.91 ÷ (2000 × 0.9)=90.94% ہے۔
(3) انرجی اسٹوریج ڈیوائس کی کارکردگی (اوپر کے فارمولے کے مطابق، دو طرفہ کارکردگی کو استعمال کیا جانا چاہئے)
توانائی ذخیرہ کرنے والے آلے کی کارکردگی کی تعریف کے مطابق، توانائی ذخیرہ کرنے والے آلے کی کارکردگی اس طرح حاصل کی جا سکتی ہے:
Φ=Φ 1 × Φ 2 × Φ 3 × Φ 4=92% × 97.02% × 99.34% × 97.87%=86.78%.
(4) پاور اسٹیشن کی جامع کارکردگی
فرض کریں کہ تشخیصی دور مکمل چارج ڈسچارج ہے، یعنی 1 گھنٹے کے لیے چارج اور 1 گھنٹے کے لیے ڈسچارج، اسٹینڈ بائی حالات پر غور کیے بغیر، ایک سائیکل میں پاور اسٹیشن کی جامع کارکردگی=ایک سائیکل میں توانائی خارج کرنا ÷ چارجنگ ایک چکر میں رقم=1636.91 ÷ 1972۔{6}}۔{7}}%۔
فرض کریں کہ تشخیصی سائیکل 1 دن ہے، 1 سائیکل فی دن کے ساتھ، یعنی 1 گھنٹے کے لیے چارج کرنا، 1 گھنٹے کے لیے ڈسچارج کرنا، اور 22 گھنٹے کے لیے اسٹینڈ بائی۔ روزانہ ڈسچارج کی گنجائش 1 ڈسچارج کی گنجائش ہے، جسے پچھلے متن میں 1972.12 kWh شمار کیا گیا ہے۔ 1972.12 kWh کی 1 چارج گنجائش کے علاوہ، یومیہ چارج کرنے کی صلاحیت کو اسٹینڈ بائی مدت کے دوران معاون نظام کی بجلی کے نقصان پر بھی غور کرنے کی ضرورت ہے۔ (پچھلے حساب میں، توانائی کے ذخیرہ کرنے والے بیٹری کے کمپارٹمنٹ میں معاون بجلی کی کھپت 249kWh فی دن تھی۔ تاہم، چارجنگ اور ڈسچارجنگ پاور کا حساب لگانے کے عمل میں، چارجنگ اور ڈسچارج ہونے کے 2 گھنٹے کے اندر معاون بجلی کی کھپت کو پہلے ہی سمجھا جا چکا ہے۔ 40kWh فی گھنٹہ ہو اس حصے کو بار بار شمار نہیں کیا جا سکتا۔)
مجموعی طور پر، توانائی ذخیرہ کرنے والے پاور اسٹیشنوں کی روزانہ کی جامع کارکردگی کا حساب اس طرح لگایا جاتا ہے: روزانہ خارج ہونے والی توانائی ÷ یومیہ چارج=1636.91 ÷ (1972۔{3}} × 2)=76.45%۔