स्मार्ट ग्रिड अनुकूलित इमारतों में बैटरी स्टोरेज सिस्टम के उपयोग के लिए प्रेषण रणनीतियां

जनवरी 21st, 2022

स्मार्ट ग्रिड ऑप्टिमाइज्ड बिल्डिंग (एसजीओबी) की जांच जो बैटरी स्टोरेज सिस्टम (बीएसएस) का उपयोग करके वास्तविक समय बिजली की कीमतों का जवाब दे सकती है। विभिन्न भवन डिजाइन विशेषताओं का मूल्यांकन ऊर्जा के उपयोग पर प्रभाव, बैटरी के साथ बातचीत और पीक लोड शिफ्टिंग की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है। न्यूनतम और अधिकतम वार्षिक ऊर्जा खपत पर आधारित दो चरम मामलों को वास्तविक समय मूल्य निर्धारण के तहत, बीएसएस के उपयोग की आर्बिट्रेज करने की उनकी क्षमता का आकलन करने के लिए आगे की जांच के लिए चुना गया था। इमारतों को ऐसी सेवाएं प्रदान करने की अनुमति देने के लिए तीन परिचालन प्रेषण रणनीतियों का मॉडल तैयार किया गया था। सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल इमारत अपने चरम भार के उच्च प्रतिशत को स्थानांतरित करने और अनुमति मिलने पर अधिक बिजली निर्यात करने में सक्षम थी।

By एंड्रियास डी. जॉर्जकारकोसो

सिविल और स्ट्रक्चरल इंजीनियरिंग विभाग, शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय, यूके

तथा बेहरांग वंडो

स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड द बिल्ट एनवायरनमेंट, एडिनबर्ग नेपियर यूनिवर्सिटी, यूके

तथा एलिजाबेथ अबीगैल हैथवे

सिविल और स्ट्रक्चरल इंजीनियरिंग विभाग, शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय, यूके

तथा मार्टिन मेफ़ील्ड

सिविल और स्ट्रक्चरल इंजीनियरिंग विभाग, शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय, यूके

सार

यह अध्ययन स्मार्ट ग्रिड ऑप्टिमाइज्ड बिल्डिंग (एसजीओबी) की जांच करता है जो बैटरी स्टोरेज सिस्टम (बीएसएस) का उपयोग करके वास्तविक समय बिजली की कीमतों का जवाब दे सकता है। ऊर्जा के उपयोग, बैटरी के साथ अंतःक्रिया और पीक लोड शिफ्टिंग की क्षमता पर प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न भवन डिजाइन विशेषताओं का मूल्यांकन किया जाता है। न्यूनतम और अधिकतम वार्षिक ऊर्जा खपत पर आधारित दो चरम मामलों को आगे की जांच के लिए चुना गया था ताकि वास्तविक समय मूल्य निर्धारण के तहत बीएसएस के उपयोग की मध्यस्थता करने की उनकी क्षमता का आकलन किया जा सके। इमारतों को ऐसी सेवाएं प्रदान करने की अनुमति देने के लिए तीन परिचालन प्रेषण रणनीतियों का मॉडल तैयार किया गया था।

सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल इमारत अपने चरम भार के उच्च प्रतिशत को स्थानांतरित करने और अधिक बिजली निर्यात करने में सक्षम थी, जब इसकी अनुमति दी गई थी। केवल भवन भार को पूरा करने के लिए सबसे बड़ी बैटरी (220 kWh) का उपयोग करते समय, ऊर्जा-कुशल भवन अपने मूल शिखर भार का 39.68% सबसे कम कुशल भवन के 33.95% की तुलना में स्थानांतरित करने में सक्षम था। निर्यात की अनुमति के साथ, स्थानांतरण प्रतिशत क्रमशः 31.76% और 29.46% हो गया, जबकि निर्यात 18.08 और 16.34 kWh/m² हुआ। स्मार्ट ग्रिड में सक्रिय भूमिका निभाने के लिए भवनों के उचित उद्देश्यों को स्थापित करने के लिए एक नियामक ढांचे का गठन महत्वपूर्ण है।

1. परिचय

निर्माण क्षेत्र दुनिया भर में ऊर्जा खपत और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के एक महत्वपूर्ण प्रतिशत के लिए जिम्मेदार है [1]. जब क्षेत्र की बिजली की जरूरतों की बात आती है, तो भविष्य में कई मापदंडों के आधार पर बिजली की मांग बढ़ने की उम्मीद है, जिसमें इमारतों में अंतरिक्ष हीटिंग के विद्युतीकरण की सीमा, ताप पंपों और इलेक्ट्रिक वाहनों का उपयोग शामिल है। आगे इन प्रौद्योगिकियों को अपनाने से उच्च शिखर भार होगा और ग्रिड अवसंरचना पर दबाव पड़ेगा [1,2].

चरम विद्युत भार के प्रभाव पर्यावरण और अर्थव्यवस्था के लिए महत्वपूर्ण हैं क्योंकि महंगी कार्बन-गहन बिजली उत्पादन की आवश्यकता होती है, जो अक्सर कम वोल्टेज वितरण नेटवर्क और उनकी क्षमता के लिए गंभीर मुद्दे पैदा करते हैं। पीक लोड से आपूर्ति और मांग के बीच असंतुलन हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप थोक बाजारों में बिजली की कीमतों में उतार-चढ़ाव हो सकता है। अक्षय ऊर्जा स्रोतों (आरईएस), मौसमी मौसम की स्थिति और पहले बताई गई उभरती प्रौद्योगिकियों के उपयोग द्वारा शुरू की गई आंतरायिकता के कारण ये असंतुलन संभवतः एक डीकार्बोनाइज्ड नेटवर्क में भी मौजूद होंगे [3]. अधिक विशेष रूप से, आरईएस की स्टोकेस्टिक प्रकृति और उनकी आउटपुट विशेषताओं के आसपास अनिश्चितता के कारण, ग्रिड ऑपरेटर उस ऊर्जा उत्पादन को नियंत्रित करने में सक्षम नहीं हैं; इसलिए, उनकी ऊर्जा का निर्धारण और वितरण उतना लचीला नहीं है जितना कि पारंपरिक विद्युत जनरेटर जैसे कि थर्मल पावर प्लांट और हाइड्रोपावर के साथ। इस प्रभाव में आवृत्ति और वोल्टेज में उतार-चढ़ाव शुरू करने की क्षमता होती है जो नेटवर्क के संतुलन और स्थिरता को प्रभावित कर सकती है [4]. बिजली नेटवर्क के भविष्य के संचालन के लिए चरम मांग प्रबंधन के माध्यम से अस्थायी लचीलापन प्रदान करने वाले तंत्र की तत्काल आवश्यकता है।

भवन स्तर पर, अनुकूलित शिखर मांग में कमी भवन भार के समन्वित नियंत्रण के माध्यम से हो सकती है, जिसे अक्सर मांग प्रतिक्रिया (DR), स्थानीय बिजली उत्पादन (जैसे, फोटोवोल्टिक) और ऊर्जा भंडारण कहा जाता है। समय के साथ अपने हीटिंग, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग (एचवीएसी) भार को नियंत्रित करके, विद्युत ग्रिड से मांग में कमी के संकेतों के बाद भवन मांग-उत्तरदायी बन सकते हैं और इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण बचत होती है [5,6,7,8,9,10]. डीआर को अन्य ऊर्जा प्रौद्योगिकियों, जैसे संयुक्त ताप और बिजली (सीएचपी), भंडारण और आरईएस के साथ तालमेल में भी संचालित किया जा सकता है [11,12,13]. अस्थायी रूप से, इसे दिन-आगे (धीमा), इंट्रा-डे या सहायक (तेज़) डीआर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, यह दर्शाता है कि इसके विनिर्देशों को पहले से कितना व्यवस्थित किया गया है। DR ढांचा मौजूदा और नए दोनों भवनों में लागू किया जा सकता है [14].

DR आमतौर पर प्रोत्साहन-आधारित और मूल्य-आधारित कार्यक्रमों के माध्यम से दिया जाता है [15]. डीआर को लागू करने के लिए, एक भवन द्वारा दैनिक और प्रति घंटा के आधार पर उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा को जानना और समझना महत्वपूर्ण है। एक इमारत की अपनी मांग को संशोधित करने की क्षमता और यह प्रतिक्रिया कितनी जल्दी हो सकती है, यह इमारत से इमारत में भिन्न होती है और एचवीएसी कॉन्फ़िगरेशन सहित विभिन्न मापदंडों पर निर्भर करती है [16], घरेलू गर्म पानी (डीएचडब्ल्यू) उत्पादन विधि के साथ-साथ बैटरी भंडारण और नवीकरणीय ऊर्जा की उपस्थिति [17]. विभिन्न जलवायु और अधिभोग प्रोफाइल में विभिन्न प्रकार के भवन के लिए विभिन्न डीआर रणनीतियों के तहत प्रस्तुत मांग में कमी की क्षमता और क्षमताओं को पहचानना और समझना आवश्यक है [18].

भवन-एकीकृत ऊर्जा भंडारण, जैसे कि बैटरी, इमारतों को अपनी मांग का प्रबंधन करने और बिजली के नेटवर्क पर दबाव से राहत देते हुए अपने चरम भार को कम करने की अनुमति दे सकती है [2]. इसके अतिरिक्त, जब आरईएस से अतिरिक्त उत्पादन होता है तो वे बिजली का भंडारण करने में सक्षम होते हैं। इसके अलावा, ऊर्जा भंडारण ग्रिड सेवाएं प्रदान कर सकता है जैसे रिजर्व पावर, आवृत्ति प्रतिक्रिया और विनियमन के लिए सहायक सेवाएं, सिस्टम में आरईएस के एकीकरण की सुविधा प्रदान करता है और अंतिम उपभोक्ताओं को अधिक नियंत्रण प्रदान करता है [19]. आपूर्ति और मांग के बीच संतुलन हासिल करने के लिए मुख्य संतुलन सेवाएं वर्तमान में ग्रेट ब्रिटेन में नेशनल ग्रिड द्वारा प्राप्त की जाती हैं। वे जनरेटर, बड़े उपभोक्ताओं या दोनों के लिए खुले हैं। प्रत्येक सेवा के लिए, आवश्यक प्रतिक्रिया समय, न्यूनतम अवधि और प्रदान की गई शक्ति के संबंध में विनिर्देश हैं। पुरस्कारों में उपलब्धता (GBP/MW/h), उपयोग (GBP/MWh) और नामांकन शुल्क (GBP/घंटा) शामिल हैं [20]. इसलिए, उस क्षमता को समझना महत्वपूर्ण है जिसे भवन स्तर पर ऊर्जा भंडारण प्रणाली (ईएसएस) को तैनात करके और ग्रिड को सेवाएं प्रदान करके अनलॉक किया जा सकता है।

इमारतों के लिए चुनी गई ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का उनके अनुप्रयोगों के साथ सारांश में देखा जा सकता है टेबल 1. ऊर्जा भंडारण नेटवर्क के विभिन्न भागों में विविध प्रकार की सेवाएं प्रदान करने में सक्षम है और अन्य प्रौद्योगिकियों के साथ संयोजन का व्यापक रूप से मूल्यांकन किया गया है [21,22,23]. जबकि भवनों के लिए कई विकल्प उपलब्ध हैं, किसी भी सुझाई गई योजना की लागत-प्रभावशीलता का मूल्यांकन करने के लिए मामला-दर-मामला आधार पर तकनीकी-आर्थिक मूल्यांकन की आवश्यकता होती है। इमारतों में ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की जांच के लिए कई केस स्टडीज हैं; हालांकि, विभिन्न डिजाइन विशेषताओं वाले भवनों में बैटरी भंडारण के उपयोग पर साहित्य दुर्लभ है।

यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि प्रमुख ऊर्जा उपभोक्ता के रूप में निर्माण क्षेत्र भविष्य की स्मार्ट ऊर्जा प्रणालियों और भविष्य के स्मार्ट ग्रिड के विकास में विभिन्न तंत्रों जैसे ऊर्जा के वास्तविक समय व्यापार, डीआर, के माध्यम से एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। स्व-उत्पादन, विकेंद्रीकृत नवीकरणीय ऊर्जा और ऊर्जा भंडारण [24,25]. ये तंत्र नेटवर्क संचालन में सहयोग करके इमारतों को निष्क्रिय तत्वों से सक्रिय खिलाड़ियों में स्थानांतरित करने की अनुमति देगा।

हालांकि, इस सहयोग के लिए भवन और ऊर्जा क्षेत्र के बीच घनिष्ठ संबंध की आवश्यकता होगी [5,14,26] साथ ही ऊर्जा को स्टोर करने की इमारत की क्षमता, उदाहरण के लिए बैटरी के साथ [27]. हाल ही में एक केस स्टडी ने इस बात पर प्रकाश डाला कि संभावित निवेशकों के लिए बैटरी स्टोरेज को आकर्षक और लागत प्रभावी बनाने के लिए एक उचित नियामक ढांचा और वित्तीय उद्देश्यों की स्थापना को सार माना गया था [28].

वर्तमान में, वर्तमान नियामक और आर्थिक व्यवस्थाओं के तहत कई महत्वपूर्ण बाधाएं हैं जो ES को बिजली बाजारों में भाग लेने और तकनीकी नवाचारों में योगदान करने से रोकती हैं। इनका संक्षेप में वर्णन किया गया है [29,30,31].

टेबल 1. इमारतों में ऊर्जा प्रौद्योगिकियों और चयनित प्रकाशनों में उनके अनुप्रयोगों का अध्ययन किया।

SGOBs की अवधारणा का सबसे पहले उल्लेख किया गया था [45], जबकि [28] ने एक भवन परिदृश्य के लिए प्रारंभिक परिणाम प्रस्तुत किए, जिसमें दिखाया गया कि कैसे बैटरी आर्बिट्रेज भवन की विद्युत प्रोफ़ाइल को बदल सकता है। वर्तमान पेपर भवन और विद्युत नेटवर्क दोनों के लाभों के लिए भवन-एकीकृत भंडारण की क्षमता को पहचानता है। ऊर्जा भंडारण और नवीनीकरण के संयोजन के साथ-साथ पंप-हाइड्रो एनर्जी स्टोरेज (पीएचईएस) आर्बिट्रेज के लिए अनुकूलन एल्गोरिदम अक्सर साहित्य में सामने आते हैं। हालांकि, अधिकांश पीएचईएस अध्ययनों ने राजस्व धाराओं को अधिकतम करके भंडारण संचालन के वित्तीय पहलू पर ध्यान केंद्रित किया है, और इसलिए ऐसी योजनाओं की लाभप्रदता।

साहित्य समीक्षा के अनुसार, विभिन्न तकनीकी (भवन डिजाइन और बीएसएस आकार दोनों) और आर्बिट्रेज परिदृश्यों के आधार पर पीक-शेविंग करने के लिए इमारतों में बीएसएस का उपयोग पहले नहीं किया गया है। इसलिए, यह अध्ययन पीक लोड को कम करने के लिए इमारतों में नवीकरणीय ऊर्जा के समवर्ती उपयोग के बिना, एक स्टैंडअलोन तकनीक के रूप में बैटरी के उपयोग का मूल्यांकन करता है। इस तरह, विभिन्न इमारतों को ग्लेज़िंग और इन्सुलेशन के मामले में ध्यान में रखा जाता है क्योंकि भवन डिजाइन दैनिक और वार्षिक लोड प्रोफाइल को प्रभावित करता है। इसे पूरा करने के लिए, विकसित आर्बिट्रेज एल्गोरिदम विभिन्न भवनों की प्रति घंटा बिजली की मांग, ग्रिड से प्रति घंटा बिजली की कीमतों और बीएसएस तकनीकी विशिष्टताओं का उपयोग करते हैं। इसके अलावा, भवन मालिकों के लिए बीएसएस को आर्थिक रूप से आकर्षक बनाने के लिए आवश्यक वित्तीय मकसद को निर्धारित करने के लिए 10- और 20-वर्ष की अवधि के लिए लागत-लाभ विश्लेषण का अध्ययन किया जाता है। इस अध्ययन की नवीनताएं पीक लोड आवश्यकताओं को कम करने के लिए बैटरी का उपयोग करते समय बिजली के लिए भवन की गतिशील आवश्यकताओं और बिजली की लागत के बीच बातचीत का निर्माण करती हैं।

संक्षेप में, यह शोध लेख अद्वितीय मानकों के संयोजन की जांच करता है जिसमें विभिन्न भवनों की एसजीओबी क्षमता की तुलना करने के लिए भवन डिजाइन, परिचालन प्रेषण रणनीतियां, बीएसएस आकार और दीर्घकालिक अर्थशास्त्र शामिल हैं। यह कार्य एसजीओबी बनने के लिए भवनों की उपयुक्तता को समझने के लिए भवन क्षेत्र में बैटरी आर्बिट्रेज के लिए एक नियामक ढांचे की स्थापना की दिशा में पहला महत्वपूर्ण कदम उठाता है।

2. कार्यप्रणाली

तीन परिचालन (प्रेषण) रणनीतियों को तकनीकी-आर्थिक रूप से प्रस्तुत किया जाता है, जिसके तहत बीएसएस को वास्तविक समय बिजली की कीमतों का जवाब देकर, अपने दैनिक बिजली प्रोफाइल को स्थानांतरित करने और इस तरह से ग्रिड को सेवा प्रदान करके ऊर्जा मध्यस्थता का संचालन करने के लिए भवन स्तर पर तैनात किया जाता है। आर्बिट्रेज मॉडल का उद्देश्य कार्य सबसे कम परिचालन लागत है; जब भवन के भीतर उपयोग करने के लिए लागत कम हो या बाद में ग्रिड को वापस बेचने के लिए बिजली खरीदना। कुल बिजली की खपत, पीक आवर्स शेव्ड और बिल्डिंग डिजाइन, बैटरी और इन्वर्टर साइजिंग और डिस्पैच रणनीतियों के सापेक्ष प्रभाव के आधार पर कुल लागत के संबंध में परिणामों का मूल्यांकन किया जाता है।

बिल्डिंग सिमुलेशन का उपयोग पूरे वर्ष भर में प्रति घंटा बिजली भार का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है। बिल्डिंग सिमुलेशन के आउटपुट परिणामों में एक घंटे के आधार पर भवन की बिजली की खपत (kWh) शामिल है, जबकि वास्तविक समय बिजली मूल्य निर्धारण के आउटपुट में खुदरा प्रति घंटा बिजली की कीमतें (GBP/kWh) शामिल हैं; इन डेटा का उपयोग बीएसएस के इनपुट के रूप में किया जाता है। उनकी जांच की गई विशेषताओं के साथ तीन मुख्य तत्वों को नीचे संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है: चित्रा 1, जबकि चित्रा 2 मॉडलिंग प्रक्रिया और प्रमुख इनपुट और आउटपुट के साथ उपयोग किए जाने वाले सॉफ़्टवेयर को प्रदर्शित करता है।

चित्रा 1। मुख्य अनुसंधान तत्व और उनकी विशेषताएं।

चित्रा 2। मॉडलिंग पद्धति, इनपुट और आउटपुट।

2.1. भवन निर्दिष्टीकरण

इस खंड में, डिजाइन, संरचना, एचवीएसी विन्यास, भवन भार और सिमुलेशन के संबंध में, उनकी विशेषताओं और मूल्यों के साथ चुने हुए भवन प्रमुख मापदंडों को समझाया गया है।

2.1.1. डिजाइन और संरचना

चार मंजिलों की एक सामान्य व्यावसायिक इमारत ज्यामिति, प्रत्येक 625 वर्ग मीटर में फैली हुई है² कुल फर्श क्षेत्र का। प्रत्येक मंजिल में दो जोन शामिल हैं: एक ओपन-प्लान ऑफिस (जोन 1) और फर्श के केंद्र में स्थित एक छोटा जेनेरिक रिसेप्शन/सीढ़ी/लिफ्ट क्षेत्र (जोन 2)। जोन 2 को आंतरिक विभाजन के माध्यम से शेष मंजिल से अलग किया जाता है। इमारतें तीन प्रमुख डिज़ाइन विशेषताओं के संदर्भ में भिन्न होती हैं, जैसा कि में दिखाया गया है टेबल 2:

टेबल 2. भवन परिदृश्य के गुण।

• लिफाफा बनाना। यह विशेषता लिफाफा तत्वों के थर्मल ट्रांसमिशन और उनकी वायुरोधीता को संदर्भित करती है। पहली श्रेणी भाग एल में वर्णित भवन नियमों को पूरा करती है [46] जबकि बेस्ट प्रैक्टिस कम बाहरी घुसपैठ के साथ-साथ निचले लिफाफे यू-मानों के साथ अधिक ऊर्जा-कुशल है। एयरटाइटनेस के संबंध में, क्रैक टेम्प्लेट का उपयोग बाहरी घुसपैठ की गणना करने के लिए किया जाता है जो सतह की दरारों या सामान्य कपड़े सरंध्रता के कारण होता है, जैसा कि [में बताया गया है]47]. लिफाफा आंतरिक जलवायु परिस्थितियों को निर्धारित करता है और इसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त हीटिंग और कूलिंग मांग की आवश्यकता होती है। लिफाफा मापदंडों में प्रस्तुत कर रहे हैं टेबल 3;
• थर्मल द्रव्यमान। यह माना जाता है कि हल्के भवनों में पलस्तर के साथ धातु का आवरण शामिल होता है जबकि भारी इमारतों में उनकी संबंधित बाहरी दीवारों पर ईंटवर्क, कंक्रीट और पलस्तर होता है। थर्मल द्रव्यमान भवन के आंतरिक और बाहरी वातावरण के बीच गर्मी विनिमय (थर्मल लैग) में एक समय की देरी के लिए जिम्मेदार है, जो उपयोग की गई निर्माण सामग्री के गुणों पर निर्भर करता है [48];
• खिड़की से दीवार का अनुपात। इस श्रेणी के लिए 30% और 80% ग्लेज़ेड इमारतों पर विचार किया जाता है। इमारतों के थर्मल प्रदर्शन में ग्लेज़िंग को सबसे कमजोर नियंत्रण बिंदुओं में से एक माना जाता है क्योंकि खिड़कियों के माध्यम से हीटिंग नुकसान और सौर लाभ होता है [49].

अंत में, उनके अधिभोग के संबंध में, इमारतों पर केवल कार्यदिवसों पर सुबह 8 बजे से शाम 6 बजे के बीच कब्जा कर लिया जाता है, जबकि पर्यावरण नियंत्रण सेटिंग्स सीआईबीएसई दिशानिर्देशों का पालन करती हैं [50].

टेबल 3. नकली इमारतों के लिए बिल्डिंग लिफाफा गुण।

2.1.2. एचवीएसी कॉन्फ़िगरेशन और बिल्डिंग लोड

भवन पूरी तरह से विद्युत हैं क्योंकि ग्राउंड सोर्स हीट पंप (जीएसएचपी) का उपयोग हीटिंग और कूलिंग दोनों उद्देश्यों के लिए किया जाता है। ताप पंप के प्रदर्शन गुणांक (सीओपी) मान (क्रमशः 3.5 और 5) को मौसमी सीओपी के बराबर और स्थिर माना जाता है। यांत्रिक वेंटीलेशन का उपयोग रहने वालों की न्यूनतम हवा की आवश्यकताओं (10 लीटर/प्रति व्यक्ति) को पूरा करने के लिए किया जाता है और साथ ही जब भी इनडोर तापमान कूलिंग सेट-पॉइंट से अधिक होता है, तो मुफ्त कूलिंग प्रदान करता है। एक अर्थशास्त्री का उपयोग व्यस्त घंटों के दौरान प्रति घंटे दो वायु परिवर्तन की अधिकतम दर पर मुफ्त शीतलन प्रदान करने के लिए किया जाता है। हैवीवेट इमारतों के लिए केवल 31 मई से 30 सितंबर के बीच नाइट कूलिंग होती है। सहायक ऊर्जा को पूरे वर्ष स्थिर माना जाता है। हीटिंग के लिए सेट-पॉइंट और सेट-बैक तापमान 22 डिग्री सेल्सियस और 12 डिग्री सेल्सियस है, जबकि शीतलन के लिए उपयोग किए जाने वाले संबंधित मान 27 डिग्री सेल्सियस और 23 डिग्री सेल्सियस हैं। अंत में, डेस्कटॉप वर्कस्टेशन से उपकरण लोड 9.06 W/m . है² जबकि रेखीय नियंत्रण के साथ recessed एलईडी का उपयोग प्रकाश उद्देश्यों के लिए किया जाता है, 10.6 W/m . के साथ² और 7.4 डब्ल्यू/एम² 500 और 200 लक्स रोशनी लक्ष्यों को पूरा करने के लिए क्रमशः कार्यालय और स्वागत क्षेत्र के लिए।

2.1.3. बिल्डिंग सिमुलेशन

डिज़ाइनबिल्डर का उपयोग करके भवन भार की गणना की गई, जो एकीकृत एनर्जीप्लस सिमुलेशन इंजन का उपयोग करता है जो एक अच्छी तरह से मान्यता प्राप्त और स्वीकृत बिल्डिंग एनर्जी सिमुलेशन सॉफ्टवेयर टूल है, जो एचवीएसी के साथ-साथ एक इमारत में अन्य ऊर्जा प्रवाह को मॉडलिंग करने में सक्षम है और इसलिए व्यापक रूप से भवन ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। प्रदर्शन [51,52]. चित्रा 3 डिजाइनबिल्डर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई), और एनर्जीप्लस सिमुलेशन इंजन के बीच अंतःक्रिया को प्रदर्शित करता है। तापमान नियंत्रण और उपयोग किए गए इनडोर सेट-पॉइंट और सेट-बैक तापमान के संबंध में, ऑपरेटिव तापमान और इसलिए समान परिवेश और उज्ज्वल अंशों को सिमुलेशन के लिए माना जाता है। अत्यधिक चमकदार इमारतों में भी, रहने वालों के थर्मल आराम को बनाए रखा जाता है। ASHRAE 55 सरल मानक के आधार पर असुविधा के घंटे, प्रति मंजिल क्षेत्र को सामान्यीकृत किया गया था और ज़ोन हीट बैलेंस मॉडल गणना के लिए प्रति घंटे चार समय चरणों को चुना गया था [53].

चित्रा 3। DesignBuilder ग्राफिकल यूजर इंटरफेस और एनर्जीप्लस के बीच इंटरऑपरेशन ([से अनुकूलित]51]).

चुना गया स्थान बर्मिंघम एयरपोर्ट, यूनाइटेड किंगडम (यूके) है जिसमें ASHRAE जलवायु क्षेत्र 5C है। IWEC के स्थान मौसम डेटा का उपयोग किया गया था। डेलाइट सेविंग टाइम इमारतों के बिजली प्रोफाइल पर किसी भी अस्थायी परिवर्तन से बचने के लिए नहीं मनाया जाता है

2.2. रीयल-टाइम बिजली मूल्य निर्धारण डेटा

दिन-ब-दिन बाजार के लिए, नॉर्डपूल से थोक बिजली की कीमतें प्राप्त की गईं [54,55]. 33.6 में घरेलू बिजली की थोक लागत कुल घरेलू बिजली बिल का केवल 2017% थी [56]. अन्य मापदंडों में परिचालन लागत, आपूर्तिकर्ता पूर्व-कर मार्जिन, नेटवर्क लागत, पर्यावरण और सामाजिक दायित्व लागत, साथ ही वैट शामिल हैं। गैर-घरेलू बिजली की कीमतों के लिए, ऑफगेम से कोई आसानी से उपलब्ध मूल्य नहीं हैं और इसलिए, छह सबसे बड़े यूके बिजली आपूर्तिकर्ताओं के समेकित खंडीय वक्तव्यों द्वारा रिपोर्ट किए गए आंकड़ों के आधार पर थोक प्रतिशत की गणना की जानी थी।

थोक लागत को खुदरा स्तर पर बदलने में सक्षम होने के लिए, यह माना जाता है कि थोक प्रतिशत पूरे वर्ष स्थिर रहता है। अंतिम बिजली बिल में थोक लागत का वास्तविक योगदान परिस्थितियों के आधार पर प्रति घंटा भिन्न हो सकता है। इसलिए, थोक-से-खुदरा रूपांतरण के लिए समीकरण (1) का उपयोग किया जाता है।

अंत में, यह भी ध्यान में रखा जाना चाहिए कि घरेलू बिजली की खपत के लिए 5% की कम वैट दर लागू होती है, गैर-घरेलू बिजली पर 20% की मानक दर पर कर लगाया जाता है [57]. ऑफगेम द्वारा "प्रत्यक्ष ईंधन लागत" के रूप में रिपोर्ट किए गए गैर-घरेलू बिजली मूल्य में थोक योगदान की गणना वर्तमान अध्ययन द्वारा 36.6% की गई थी, जो घरेलू बिजली के लिए संबंधित मूल्य से लगभग 3% अधिक है [58]. चित्रा 4 गणना की गई खुदरा बिजली की कीमतों के लिए 2017 के लिए प्रति दिन अधिकतम, न्यूनतम और औसत मूल्य प्रस्तुत करता है। यह दिखाया गया है कि सबसे कम और उच्चतम कीमतों के बीच दैनिक अंतर बिजली अंतरपणन की नींव है।

चित्रा 4। 2017 के लिए रीयल-टाइम दिन-आगे प्रति घंटा बिजली खुदरा मूल्य।

2.3. बैटरी भंडारण मॉडल

BSS मॉडल में बैटरी बैंक, एक इन्वर्टर, एक रेक्टिफायर और कंट्रोलर होता है। बिल्डिंग लोड को पूरा करने या ग्रिड को बिजली वापस निर्यात करने के लिए बैटरी को डिस्चार्ज किया जा सकता है। रेक्टिफायर और इन्वर्टर को एक द्विदिश इन्वर्टर में संयोजित किया जाता है, जिसे द्वि-दिशात्मक कनवर्टर भी कहा जाता है [59]. मॉडल के इनपुट में बिल्डिंग सिमुलेशन से उत्पन्न भवन के मूल्य और लागू नियंत्रण एल्गोरिदम रणनीति के आधार पर बीएसएस ऑपरेशन को कॉन्फ़िगर करने के लिए प्रति घंटा बिजली खुदरा कीमतों में शामिल हैं। बीएसएस घटकों के आकार के संबंध में, यह माना जाता है कि बीएसएस कुल उपयोग योग्य बैटरी क्षमता को अधिकतम 2 घंटे में डिस्चार्ज करने और इसे 3 घंटे से कम चार्ज करने में सक्षम है। 40 kWh चरण के साथ 220 और 20 kWh के बीच दस बैटरी आकार पर विचार किया गया।

इस अध्ययन ने एक आर्बिट्रेज एल्गोरिथम को अपनाया है, जिसे मूल रूप से बड़े पैमाने पर PHES के उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसा कि विस्तार से प्रस्तुत किया गया है और [में उपयोग किया गया है]60,61,62]. इस अध्ययन में, एल्गोरिथम को भवन पैमाने की अनूठी विशेषताओं के अनुकूल बनाने के लिए महत्वपूर्ण परिवर्तन किए गए हैं। उनका सामान्य उद्देश्य बैटरी को संचालित करना है या नहीं, यह तय करने के लिए एल्गोरिथ्म को प्रति घंटा निर्माण भार को ध्यान में रखना है। मॉडल चर में सूचीबद्ध हैं टेबल 4 उनकी इकाइयों के साथ।

टेबल 4. बैटरी स्टोरेज मॉडल कुंजी चर और उनकी इकाइयाँ।

2.3.1. नियंत्रण एल्गोरिथम रणनीतियाँ

बीएसएस मॉडल एक घंटे के आधार पर काम करता है और एल्गोरिथम दिन-ब-दिन वास्तविक समय में बिजली की कीमतों को ध्यान में रखता है। यह माना जाता है कि अगले दिन की कीमतों की घोषणा मध्यरात्रि में की जाती है और अगले दिन के लिए भवन ऊर्जा खपत का पूरी तरह से अनुमान लगाना संभव है। ऊपर वर्णित सभी डेटा का उपयोग करते हुए, दिनचर्या 365 बार होती है, प्रत्येक वर्ष के एक दिन को कवर करती है। एल्गोरिथ्म का सिद्धांत बैटरी के चार्जिंग और डिस्चार्जिंग संचालन को निर्धारित करना है; इसलिए, बिना डिस्चार्ज किए चार्जिंग नहीं हो सकती है और इसके विपरीत।

डिस्चार्ज करते समय, बैटरी के संचालन में निम्नलिखित दो रूपों में से एक हो सकता है: (ए) स्थानीय भवन भार को पूरा करना या (बी) ग्रिड को वापस निर्यात करना। इस दिशा में, कुल तीन परिचालन रणनीतियों पर विचार किया गया है, जिनमें से प्रत्येक बैटरी संचालन के कम से कम एक रूप की जांच कर रही है। इसके अलावा, गैर-कार्य दिवसों के दौरान, जब कोई भवन भार मौजूद नहीं होता है, बैटरी के संचालन और अतिरिक्त निर्यात के प्रभाव की जांच करना महत्वपूर्ण है; इसलिए, उपरोक्त तत्वों के संयोजन से तीन अलग-अलग रणनीतियों का निर्माण हुआ: E7, E5, और E0। E7 के तहत, पूरे सप्ताह के दौरान बैटरी संचालन के दोनों रूपों की अनुमति है, जिसमें बैटरी में अतिरिक्त बिजली जमा होने पर ग्रिड को निर्यात भी शामिल है। इसके अतिरिक्त, E0 बिना किसी निर्यात की अनुमति के, सप्ताह के कार्य दिवसों के दौरान भवन भार को पूरा करने के लिए सभी संग्रहीत बिजली का उपयोग करता है। अंत में, मध्य-भूमि परिदृश्य के रूप में, E5 दोनों रूपों की अनुमति देता है, लेकिन केवल सप्ताह के कार्य दिवसों के दौरान। परिचालन रणनीतियों का एक सिंहावलोकन नीचे दिखाया गया है, में टेबल 5.

टेबल 5. परिचालन रणनीतियों का अवलोकन।

2.3.2. परिचालन रणनीति E7: खुदरा राजस्व के साथ निर्यात की अनुमति

पहली परिचालन रणनीति दिन के सबसे सस्ते और सबसे महंगे घंटों की पहचान करती है और मूल्य अंतर का लाभ उठाने के लिए बीएसएस को शेड्यूल करती है। प्रक्रिया एक दिन को संदर्भित करती है और एक कैलेंडर वर्ष के अंत तक दोहराई जाती है और जब तक बैटरी संचालन के लिए उनकी उपयुक्तता के लिए सभी अवधि (8760 घंटे) की जांच नहीं की जाती है। कामकाजी और गैर-कार्य दिवसों (एनडब्ल्यूडी) के बीच कोई अंतर नहीं किया जाता है और इसलिए एल्गोरिथ्म तकनीकी रूप से जितनी बार संभव हो बैटरी को संचालित करता है। दोनों परिचालन रणनीतियों E7 और E5 के लिए संयुक्त प्रवाह चार्ट प्रस्तुत किया गया है चित्रा 5.

चित्रा 5। रणनीतियाँ E7 और E5 के लिए निर्यात के साथ आर्बिट्रेज के लिए फ्लो चार्ट। यदि NWD पर बैटरी संचालन की अनुमति नहीं है, तो minHourIndex को मूल्य श्रृंखला (E5) से हटा दिया जाता है; अन्यथा, एल्गोरिथम संबंधित minHourValue के आधार पर उत्पादन की सीमांत लागत (E7) की गणना के साथ सीधे आगे बढ़ता है।

निर्वहन घंटे (maxHourIndex) और उनके संबंधित मूल्य (maxHourPrice) की पहचान की जाती है और उन्हें प्राथमिकता दी जाती है। हालांकि, यदि संबंधित बिल्डिंग लोड एक विशिष्ट मान (maxHourPowerLimit) से अधिक है, तो प्रश्न के घंटे समय श्रृंखला से हटा दिए जाते हैं और एल्गोरिथ्म अगले उपयुक्त maxHourIndex की पहचान करने के लिए अगले पुनरावृत्ति पर चला जाता है। भवन भार नगण्य होने पर घंटों के दौरान बैटरी के निर्वहन से बचने के लिए यह आवश्यक है। इस सीमा की गणना पहले दिन के भवन भार के औसत मूल्य के रूप में की जाती है, जो हमेशा एक गैर-कार्य दिवस होता है, साथ ही त्रुटि के लिए अनुमति देने के लिए 5 kW का एक वैकल्पिक मार्जिन होता है।

बाद में, maxHourIndex के आस-पास की एक सीमा जहाँ चार्जिंग हो सकती है, स्थापित की जाती है। बैटरी द्वारा चार्ज किया जा सकने वाला सबसे शुरुआती समय maxHourIndex की सबसे हाल की अवधि के बाद है जब बैटरी भरी हुई थी (minRangeIndex)। इसी तरह, अधिकतम घंटे के बाद चार्ज होने का नवीनतम घंटा बैटरी के न्यूनतम चार्ज (maxRangeIndex) तक पहुंचने से एक घंटा पहले होता है। फिर, इस श्रेणी में न्यूनतम बिजली की कीमत की पहचान की जाती है (minHourIndex) इसके संबंधित मूल्य (minHourPrice) के साथ। यदि minHourIndex के दौरान होने वाला बिल्डिंग लोड एक निर्दिष्ट सीमा (minHourPowerLimit) से अधिक है, जो maxHourPowerLimit के बराबर सेट है, तो अवधि को मूल्य श्रृंखला से हटा दिया जाता है और अगला पुनरावृत्ति चार्ज करने के लिए एक नई अवधि की पहचान करने के लिए फिर से शुरू होता है। यह सुनिश्चित करता है कि भवन के संचालन के दौरान चार्जिंग नहीं होती है, क्योंकि इसके परिणामस्वरूप उच्च पीक लोड होगा।

बीएसएस के संचालन की कुल लागत बिजली की खरीद की कीमत और राउंडट्रिप दक्षता पर आधारित है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बिल्डिंग लोड को पूरा करने के लिए बैटरी द्वारा डिस्चार्ज की गई ऊर्जा ग्रिड से सीधे बिजली खरीदने की तुलना में कम खर्चीली हो। ईएसएस को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने की सीमांत परिचालन लागत, जिसे अक्सर PHES आर्बिट्रेज में उपयोग किया जाता है, को शून्य माना जाता है और इसलिए उत्पादन की सीमांत लागत maxHourPrice के बराबर होती है। बैटरी केवल तभी संचालित होती है जब समीकरण (2) की शर्त पूरी होती है, जो राउंडट्रिप दक्षता को ध्यान में रखता है जिसमें चार्जिंग और डिस्चार्जिंग में मौजूद चार अलग-अलग क्षमताएं होती हैं:

अंत में, परिचालन संबंधी बाधाएं मौजूद हैं और बैटरी में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा के आधार पर, बीएसएस को चार्ज और डिस्चार्ज करने के लिए बिजली की सटीक मात्रा के साथ निर्देश देगा। अधिक विशेष रूप से, बैटरी की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग क्षमता के लिए बाधाएं 100% चार्ज की स्थिति से ऊपर चार्ज करने और आवश्यक न्यूनतम प्रतिशत (10%) से कम डिस्चार्ज करने से बचने के लिए भी लागू होंगी। भंडारण कंटेनर को तब अद्यतन किया जाता है, और प्रक्रिया पूरी हो जाती है जब सभी समय अवधि का मूल्यांकन किया जाता है।

2.3.3. परिचालन रणनीति E5: केवल कार्य दिवसों पर निर्यात की अनुमति है

एल्गोरिथम का यह संस्करण बैटरी संचालन से गैर-कार्य दिवसों (एनडब्ल्यूडी) को बाहर करता है; इसलिए, 52 सप्ताहांत और चार सार्वजनिक अवकाश, कुल 108 दिन और 2592 घंटे के बराबर जिसके दौरान बैटरी को चार्ज या डिस्चार्ज करने की अनुमति नहीं है। घंटों की यह संख्या एक कैलेंडर वर्ष के लगभग 30% का गठन करती है और जब बीएसएस की तकनीकी क्षमता के साथ दैनिक रूप से एक से अधिक बार साइकिल चलाने के लिए ऊर्जा निर्यात और परिणामी राजस्व पर भारी प्रभाव पड़ सकता है, जो बड़े पैमाने पर कम हो जाते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लगातार कम बैटरी उपयोग से बैटरी जीवन अधिक होता है।

ऑपरेशनल स्ट्रैटेजीज E7 और E5 सभी उपलब्ध बैटरी और इन्वर्टर क्षमताओं का उपयोग करते हैं, सबसे महंगे घंटे के दौरान जितना संभव हो उतना डिस्चार्ज करने का प्रयास करते हैं, किसी भी अतिरिक्त बिजली को विद्युत ग्रिड में वापस निर्यात किया जाता है।

2.3.4. परिचालन रणनीति E0: निर्यात की अनुमति नहीं है

एल्गोरिथ्म का तीसरा संस्करण यह सुनिश्चित करने के लिए एक अतिरिक्त बाधा का परिचय देता है कि बैटरी से सभी डिस्चार्ज की गई ऊर्जा का उपयोग केवल स्थानीय भवन भार को कवर करने के लिए स्थानीय रूप से किया जाता है। इसलिए, किसी भी घंटे में डिस्चार्ज की गई अधिकतम बिजली कभी भी भवन की बिजली की मांग से अधिक नहीं होती है। शेष भार के लिए किसी भी अतिरिक्त ग्रिड खरीद से बचने के लिए राउंडट्रिप दक्षता पर भी विचार किया जाता है (चित्रा 6).

चित्रा 6। निर्यात के बिना आर्बिट्रेज के लिए फ़्लोचार्ट (रणनीति E0)। एल्गोरिथ्म की तुलना में संरचनात्मक अंतर प्रस्तुत करता है चित्रा 5 चूंकि बाधाओं की गणना में अब भवन भार को ध्यान में रखा जाता है। बॉटलनेक1 को उनके मूल्यों की तुलना के आधार पर या तो भवन भार या kW में इन्वर्टर क्षमता के बराबर सेट किया जाता है।

2.4. अर्थशास्त्र और लागत-लाभ विश्लेषण (सीबीए)

इस्तेमाल की गई बैटरी 5000 चक्रों के नाममात्र लिथियम-आयन जीवनचक्र पर आधारित थी, जिसमें 90% की गहराई (डीओडी) थी, जो 4500 पूर्ण चक्रों के बराबर थी [63]. संचालन रणनीतियों के लिए जो ग्रिड को निर्यात की अनुमति देते हैं, वार्षिक राजस्व की गणना संबंधित निर्यात बिजली की मात्रा के साथ प्रति घंटा खुदरा कीमतों को गुणा करके की जाती है। बिजली की कुल वार्षिक शुद्ध लागत बिजली ग्रिड की खरीद के बराबर मानी जाती है, किसी भी निर्यात राजस्व को घटाकर। गणना (वार्षिक) बिजली की लागत समीकरण (3) में दी गई है, इसके राजस्व और शुद्ध लागत क्रमशः समीकरण (4) और (5) में दी गई है। बीएसएस के लिए संचालन और रखरखाव (ओ एंड एम) लागत की गणना समीकरण (6) के माध्यम से की जाती है, जिसमें जीवन भर अध्ययन अवधि (वर्षों में प्रणाली का जीवन) की अवधि का जिक्र होता है। प्रतिस्थापन लागत की गणना Nrep . के साथ समीकरण (7) में की जाती है_j एक घटक j के लिए आवश्यक प्रतिस्थापनों की संख्या का प्रतिनिधित्व करना, जैसे कि बैटरी और कनवर्टर, और जीवन_j एक घटक जे के अनुमानित जीवनकाल का जिक्र करते हुए। समीकरण के अंतिम भाग का उपयोग घटकों के शेष जीवनकाल के कारण राजस्व पर विचार करने के लिए किया जाता है।

आयोजित सीबीए के संबंध में, उपयोग की जाने वाली बीएसएस कीमतों की गणना उच्च अंत वाणिज्यिक पावर पैक के आधार पर प्रति kWh और kW की जाती है [64]. सटीक पूंजीगत लागत की गणना GBP 371/kWh और GBP 162/kW के आसपास की गई है [65,66]; GBP 390/kWh और GBP 170/kW के थोड़े अधिक मूल्यों को त्रुटि और मुद्रास्फीति के लिए समायोजित करने के लिए माना जाता है। केबल बिछाने और अन्य हार्डवेयर की लागत को कुल बैटरी लागत में शामिल किया जाता है और लगभग GBP 28/kWh होने का अनुमान है।

प्रत्येक परिदृश्य के लिए शुद्ध वर्तमान लागत (एनपीसी) की गणना करने के लिए, 2% की वार्षिक मुद्रास्फीति दर और 5% की ब्याज दर को 10-वर्ष और 20-वर्ष की अवधि (समीकरण (8) और ( 9))। बिजली की स्तरीय लागत (एलसीओई) की गणना प्रत्येक एनपीसी को शामिल ऊर्जा की संबंधित मात्रा से विभाजित करके की जाती है, जैसा कि समीकरण (10) और (11) में दिखाया गया है, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के लिए किसी भी बैटरी हानि को छोड़कर। अंत में, आर्थिक लाभ का प्रतिनिधित्व करने के लिए आवश्यक वित्तीय इनाम को समीकरण (12) में पेश किया गया है, जो कि दो एनपीसी को समान बनाने के लिए एक इमारत को प्रति kWh स्थानांतरित किया जाना चाहिए और परिणामस्वरूप परियोजना के पूरे जीवनकाल के लिए योजना को लागत प्रभावी प्रदान करना चाहिए। . यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि समीकरण (2) पर आधारित है [60,61] और समीकरण (3)–(11) पर [59,67], वर्तमान शोध की जरूरतों के लिए समायोजित।

परिचालन रणनीति के आधार पर बैटरी का जीवनकाल अलग-अलग होगा, जैसा कि दिखाया गया है टेबल 6 मॉडलिंग प्रक्रिया में विचार किए जाने वाले प्रमुख तकनीकी और आर्थिक मापदंडों के साथ। रणनीति E7 के लिए, अनुमानित बैटरी जीवनकाल लगभग 10 वर्ष है, जबकि E5 और E0 के लिए जीवनकाल अधिक है, लगभग 20 वर्ष। इसके अलावा, सभी रणनीतियों के लिए कनवर्टर का जीवनकाल 10 वर्ष माना जाता है। इस अध्ययन के लिए आर्थिक विश्लेषण 10- और 20-वर्ष की अवधि में माना जाता है; इसलिए, जबकि पिछली अवधि के लिए कोई प्रतिस्थापन की आवश्यकता नहीं है, रणनीति E7 के तहत एक अतिरिक्त बैटरी और कनवर्टर की आवश्यकता है, जबकि E5 और E0 को केवल 20-वर्ष की अवधि के लिए एक प्रतिस्थापन कनवर्टर जोड़ने की आवश्यकता है।

टेबल 6. मॉडलिंग उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले तकनीकी और आर्थिक पैरामीटर।

3. परिणाम

3.1. ब्रेकडाउन बिजली की खपत

सभी नकली भवनों के लिए प्रति सेक्टर बिजली की खपत के परिणाम प्रस्तुत किए गए हैं चित्रा 7. सभी भवनों ने आश्रय 55 मानक के आधार पर, रहने वालों के लिए संतोषजनक थर्मल आराम का प्रदर्शन किया है। कमरे के उपकरण, सहायक ऊर्जा और डीएचडब्ल्यू के लिए बिजली का भार सभी भवन परिदृश्यों के लिए समान है क्योंकि वे समान मान्यताओं और रहने वालों की जरूरतों पर आधारित हैं। उच्च यू-वैल्यू और घुसपैठ के कारण सर्वोत्तम अभ्यास की तुलना में पार्ट एल अनुपालन भवनों के लिए हीटिंग लोड काफी अधिक है। ग्लेज़िंग के उच्च स्तर ने हीटिंग और प्रकाश व्यवस्था के लिए बिजली दोनों को कम कर दिया लेकिन उच्च सौर लाभ के कारण शीतलन आवश्यकताओं में वृद्धि हुई। ऊष्मीय द्रव्यमान के उच्च स्तर ने शीतलन के लिए आवश्यक बिजली को कम कर दिया क्योंकि उन्होंने निष्क्रिय रात्रि शीतलन का लाभ उठाया; हालांकि, यह मान कुल भवन ऊर्जा खपत की तुलना में छोटा है।

चित्रा 7। नकली भवनों के लिए प्रति क्षेत्र वार्षिक विद्युत खपत।

अंत में, बिल्डिंग एचडब्ल्यूएल30 और एचडब्ल्यूबी80 में क्रमशः उच्चतम और निम्नतम बिजली खपत मूल्य हैं, और साथ ही, वे अपने रहने वालों के लिए बहुत अच्छा थर्मल आराम प्रदान करते हैं। इसलिए, दो चरम मामलों के रूप में, उन्हें कई बीएसएस और परिचालन रणनीतियों E7, E5, और E0 का उपयोग करके और अधिक विश्लेषण और तुलना करने के लिए चुना जाता है।

3.2. बैटरी स्टोरेज

बीएसएस का आकार "चार्ज करने के लिए तीन घंटे" और "डिस्चार्ज करने के लिए दो घंटे" नियमों पर आधारित है। हालांकि, सबसे बड़ी प्रणालियों के लिए, पहले परिणामों ने संकेत दिया कि औसत या अधिकतम प्रति घंटा बिल्डिंग लोड की तुलना में इनवर्टर रेटेड पावर बड़े आकार के थे। इसलिए, भवन भार को स्थानांतरित करने के लिए संग्रहीत बिजली का उपयोग करने के बजाय, सभी अतिरिक्त बिजली को वापस ग्रिड (ई7 और ई5 परिदृश्यों के लिए) में निर्यात किया जाएगा। अधिक विशेष रूप से, जब 160 kWh से बड़ी बैटरियों का उपयोग किया जाता है, तो शिफ्ट किए गए पीक लोड में अंतर नगण्य होगा। नतीजतन, बीएसएस घटकों को संशोधित और प्रस्तुत किया गया था टेबल 7.

टेबल 7. बीएसएस घटक आकार।

3.2.1. खुदरा राजस्व के साथ निर्यात की अनुमति (E7)

बैटरी स्टोरेज मॉडल के परिणाम प्रस्तुत किए गए हैं टेबल 8, ऑपरेशनल स्ट्रैटेजी E7 के लिए, जो हर दिन निर्यात करने की अनुमति देता है। पीक लोड शिफ्ट किया गया, भवन के शुरुआती घंटों (8 पूर्वाह्न 6 बजे) के बीच, ग्रिड से बिजली खरीदने के बजाय बैटरी द्वारा सीधे मिले भार को संदर्भित करता है, जबकि बिजली की शुद्ध लागत में ग्रिड को वापस बेचने से राजस्व शामिल होता है। बीएसएस के संचालन और भवन की बिजली प्रोफ़ाइल पर इसके प्रभाव को देखा जा सकता है चित्रा 8, रविवार और दो कार्य दिवसों के लिए।

चित्रा 8। बैटरी स्टोरेज (7 kWh, 30/−220 kW) का उपयोग करके HwL45 के निर्माण के लिए आर्बिट्रेज E65 परिणाम।

टेबल 8. परिचालन रणनीति के लिए वार्षिक बीएसएस परिणाम E7.

यह स्पष्ट है कि बैटरी भंडारण का उपयोग जो गतिशील बिजली की कीमतों के अनुकूल है, वर्ष के हर दिन अलग-अलग परिणाम देता है। ये परिणाम हमेशा बिजली की कीमतों (GBP/kWh) और बिल्डिंग लोड (kW) दोनों में दैनिक भिन्नता का एक कार्य होते हैं। बीएसएस के संभावित अनुप्रयोगों में लोड-शिफ्टिंग और पीक-शेविंग शामिल हैं जो या तो दिन के उच्चतम भार को कम करने या पीक लोड के दौरान घंटों की संख्या को कम करने के मामले में हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, यह भी देखा जा सकता है कि गैर-कार्य दिवसों के दौरान, बैटरी में एक से अधिक बार साइकिल चलाने की क्षमता होती है ताकि सबसे महंगी कीमतों के दौरान जितना संभव हो सके ग्रिड को वापस निर्यात किया जा सके और कीमत अंतर का लाभ उठाया जा सके। .

जांच की गई दो इमारतों की तुलना के संबंध में, यह स्पष्ट है कि बिल्डिंग एचडब्ल्यूबी80 एक ही बीएसएस का उपयोग करते समय अधिक भार स्थानांतरित कर सकता है। अंतर बीएसएस आकार और विशिष्टताओं पर भी निर्भर है, जो 1.66% और 2.92% के बीच भिन्न है। सबसे छोटे बीएसएस आकार (40-80 kWh) के लिए, दोनों इमारतें अपने चरम भार को काफी प्रतिशत तक स्थानांतरित करने में सक्षम हैं जो कि 7.68 और 17% के बीच भिन्न होता है। बिजली के निर्यात के संबंध में, दो भवनों के बीच तुलना छोटे बैटरी आकारों के लिए नगण्य है क्योंकि संपूर्ण संग्रहित बिजली का उपयोग भवन भार को पूरा करने के लिए किया जाता है और ग्रिड में वापस भेजने के लिए कोई अतिरिक्त ऊर्जा नहीं बची है। हालांकि, जैसे-जैसे बीएसएस का आकार बढ़ता है और अतिरिक्त बिजली उत्पन्न होती है, यह स्पष्ट है कि बिल्डिंग एचडब्ल्यूबी80 अधिक मात्रा में बिजली निर्यात करने में सक्षम है। 220 kWh के BSS के लिए, भवन HwB80 18.08 kWh/m . निर्यात करता है², जो 1.74 kWh/m . है² HwL30 के निर्माण से अधिक।

अंत में, बिजली अर्थशास्त्र और वार्षिक शुद्ध लागत (GBP/m .) के संबंध में²), चूंकि बिल्डिंग HwL30 कम ऊर्जा-कुशल है, इसलिए यह अपने भार को पूरा करने के लिए अधिक बिजली की खपत करता है, और इसलिए ग्रिड से इसकी कुल बिजली खरीद बैटरी भंडारण का उपयोग करते समय और भी अधिक बढ़ जाती है। सभी परिदृश्यों और BSS आकारों के लिए, HwB80 के निर्माण की लागत 1.67 GBP/m . है² कम, जो वार्षिक बचत के GBP 4175 में तब्दील हो जाता है। इसके अतिरिक्त, जैसे-जैसे बीएसएस का आकार बढ़ता है, अतिरिक्त बिजली भी बढ़ती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च बिजली निर्यात, राजस्व की बढ़ती मात्रा और परिणामस्वरूप कम शुद्ध लागत होती है। बिना स्टोरेज के परिदृश्य और सबसे बड़े बीएसएस आकार के बीच के अंतर को बैटरी द्वारा पेश किए गए अधिकतम लाभों की पहचान करने के लिए दिखाया गया है। बिजली की शुद्ध लागत 8.68 से 7.06 और 7.01 से 5.40 GBP/m . तक कम की जा सकती है² भवनों के लिए क्रमशः HwL30 और HwB80।

3.2.2 खुदरा राजस्व के साथ कार्य दिवसों पर निर्यात की अनुमति (E5)

परिचालन रणनीति E5 के संबंध में BSS का प्रभाव, जो कार्य दिवसों पर निर्यात करने की अनुमति देता है, में देखा जा सकता है चित्रा 9, रविवार और दो कार्य दिवसों के लिए। जब कार्य दिवसों की बात आती है और पीक लोड के स्थानांतरण की बात आती है तो BSS के परिणाम E7 के समान होते हैं; हालाँकि, बैटरी सप्ताहांत पर नहीं चलती है।

चित्रा 9। बैटरी स्टोरेज (5 kWh, 30/−220 kW) का उपयोग करके HwL45 के निर्माण के लिए आर्बिट्रेज E65 परिणाम।

बिल्डिंग HwL80 की तुलना में बिल्डिंग HwB30 अपने पीक लोड के उच्च प्रतिशत को शिफ्ट कर सकती है। एक बार समान BSS का उपयोग करने के बाद, HwB80 का निर्माण औसतन HwL2 से 30% अधिक शिफ्ट होता है, जो महत्वपूर्ण नहीं है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि तुलना करने पर सभी पीक लोड शिफ्ट कम हो गए हैं टेबल 8 और परिचालन रणनीति E7. E7 और E5 दोनों रणनीतियों के लिए बैटरी संचालन कार्य दिवसों के लिए समान है; हालाँकि, E7 सप्ताहांत के दौरान भी लोड-शिफ्टिंग की अनुमति देता है। जबकि सप्ताहांत में इमारतों की गतिविधि न्यूनतम होती है, वहां एक छोटा निरंतर बिजली भार (~ 4 किलोवाट) होता है, जो सहायक (परजीवी) ऊर्जा खपत का प्रतिनिधित्व करता है। इसलिए, E7 संबंधित परिणामों की तुलना में E2 उच्च लोड-शिफ्टिंग की ओर जाता है, जो लगभग 5% अधिक है।

राजस्व-वार, E5 और E7 की तुलना करते समय सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर ग्रिड को वापस निर्यात की जाने वाली बिजली है। E5 के तहत, बैटरी गैर-कार्य दिवसों पर निष्क्रिय रहती है और निर्यात केवल अतिरिक्त बिजली के मामलों में, सप्ताह के दिनों में ही हो सकता है। विभिन्न बैटरी आकारों के लिए, 0–3.79 और 0–5.53 kWh/m . की निर्यात सीमाएँ² भवनों के लिए क्रमशः HwL30 और HwB80 प्राप्त किया जा सकता है। तुलनात्मक उद्देश्यों के लिए, E7 रणनीति के तहत संबंधित निर्यात रेंज 2.23–16.34 और 2.23–18.08 kWh/m थे।². इसके अलावा, जैसा कि E5 निर्यात मूल्य छोटे होते हैं, वे परिणामी कम राजस्व प्रवाह और इसलिए उच्च शुद्ध लागत की ओर ले जाते हैं। E5 के तहत, बिजली शुद्ध लागत HwL7.74 के लिए 8.46–30 और 6.07–6.79 kWh/m के बीच है।² एचडब्ल्यूबी80 के लिए E7 रणनीति के लिए संबंधित मान पहले 7.06–8.30 और 5.40–6.63 kWh/m दिखाए गए थे।².

3.2.3. कोई निर्यात नहीं (E0)

निर्यात की अनुपस्थिति और E0 के तहत अतिरिक्त संग्रहित बिजली के कारण अधिक मात्रा में ऊर्जा उपलब्ध हो रही है और स्थानीय भवन भार को पूरा करने के लिए उपयोग किया जाता है। नतीजतन, बिजली के पदचिह्न के दृष्टिकोण से, E0 को लागू करने वाले भवन अपने दैनिक प्रोफ़ाइल को महत्वपूर्ण रूप से बदलने में सक्षम हैं (चित्रा 10) पहली बार, पीक लोड-शिफ्टिंग ने अब सिस्टम की बैटरी क्षमता के साथ एक रैखिक संबंध स्थापित किया है; E7 और E5 रणनीतियों के लिए ऐसा नहीं था।

चित्रा 10। बैटरी स्टोरेज (0 kWh, 30/−220 kW) का उपयोग करके HwL45 के निर्माण के लिए आर्बिट्रेज E65 परिणाम।

मात्रात्मक रूप से, E7 और E5 रणनीतियों की तुलना में लोड-शिफ्टिंग की क्षमता में काफी वृद्धि हुई है, क्योंकि बैटरी ऑपरेशन अब इस उद्देश्य पर विशेष रूप से केंद्रित है। अधिक विशेष रूप से, पीक लोड-शिफ्टिंग प्रतिशत रेंज अब क्रमशः एचडब्ल्यूएल 6.38 और एचडब्ल्यूबी 33.95 भवनों के लिए 7.79–39.68% और 30–80% हैं। E220 रणनीति के तहत बड़ी 7 kWh बैटरी के लिए दो इमारतों का पीक लोड-शिफ्टिंग, नो एक्सपोर्ट्स की तुलना में क्रमशः 4.5 और 8% कम था।

अंत में, निर्यात और प्रासंगिक राजस्व धाराओं की कुल अनुपस्थिति के परिणामस्वरूप ई7 की तुलना में उच्च वार्षिक शुद्ध लागत होती है; हालांकि, E5 और E0 के बीच शुद्ध लागत अंतर नगण्य है, जो E5 निर्यात की कम मात्रा को दर्शाता है। लागत-प्रभावशीलता के संदर्भ में, भवन HwB80 अभी भी अधिक आकर्षक प्रतीत होता है, क्योंकि प्रत्येक BSS आकार के लिए, यह हमेशा GBP 1.6/m होता है।² HwL30 से सस्ता।

3.3. लागत लाभ विश्लेषण

दीर्घकालिक अर्थशास्त्र का मूल्यांकन करने के लिए दो अंतिम भवनों के लिए 10- और 20-वर्ष की अवधि के लिए एक CBA आयोजित किया गया था, जिसमें उन मापदंडों को ध्यान में रखा गया है जिनमें सुझाई गई SGOB योजना की लागत-प्रभावशीलता को प्रभावित करने की क्षमता है, जिसमें शामिल हैं मुद्रास्फीति और ब्याज दरें जिन्हें स्थिर माना जाता है। एक सामान्य इन्वर्टर आकार (120 kW) के साथ दो बैटरियों (240 और 60 kWh) का उपयोग किया गया था। 3 घंटे (40 और 80 kW) के भीतर बैटरी को पूरी तरह से चार्ज करने में सक्षम होने के लिए रेक्टिफायर क्षमता को चुना गया था। सीबीए बीएसएस पर ध्यान केंद्रित करता है और भवन निर्माण की लागत पर विचार नहीं करता है, क्योंकि उन्हें इस लेख के दायरे से बाहर माना जाता है और सुझाई गई योजना मौजूदा भवनों पर भी लागू की जा सकती है।

3.3.1. 10 साल की अवधि के लिए सीबीए

सभी परिचालन रणनीतियों के लिए एनपीसी को प्रति भवन में देखा जा सकता है चित्रा 11. नो स्टोरेज केस और बाकी परिदृश्यों के बीच का अंतर शुरू की गई बीएसएस पूंजी लागत के कारण है जो बैटरी और कनवर्टर के आकार पर निर्भर है। जब स्टोरेज का उपयोग नहीं किया जाता है, तो बिल्डिंग एचडब्ल्यूएल30 में 10 साल से अधिक का एनपीसी होता है, जो 185,661 जीबीपी होता है जो बिल्डिंग एचडब्ल्यूबी35,000 की तुलना में लगभग 80 जीबीपी अधिक महंगा होता है। दोनों भवनों के बीच यह GBP 35,000 NPC अंतर सभी परिचालन रणनीतियों और BSS आकारों के अनुरूप प्रतीत होता है, यह दर्शाता है कि HwB80 प्रस्तुत सभी परिदृश्यों के लिए अधिक किफायती है। यह में प्रस्तुत परिणामों के अनुसार है धारा 3.1, जहां भवनों की कुल बिजली खपत 64.45 kWh/m . थी² HwL30 और 52.57 kWh/m . के लिए² एचडब्ल्यूबी80 के लिए

चित्रा 11। 10 साल की अवधि के लिए शुद्ध वर्तमान लागत (सभी परिचालन रणनीतियाँ)।

तीन सुझाई गई परिचालन रणनीतियों से, सप्ताहांत के दौरान पेश किए जाने वाले निर्यात की अतिरिक्त राजस्व धारा के बावजूद, E7 उच्चतम एनपीसी खर्च करता प्रतीत होता है। इस बात पर प्रकाश डाला जाना चाहिए कि 10 साल की अवधि के अंत में, E7 एकमात्र परिचालन रणनीति है जिसके तहत बैटरी का जीवनकाल समाप्त हो जाता है। इसके विपरीत, E5 और E0 के तहत, बैटरी का शेष जीवनकाल 10 अतिरिक्त वर्षों का होता है और इसलिए इसके जीवनकाल का 50% बरकरार रहता है, जैसा कि पहले दिखाया गया था टेबल 6, बैटरी के एनपीसी में कमी के लिए अग्रणी। इसके अलावा, दूसरा उच्चतम एनपीसी मूल्य ई0 के तहत मनाया जाता है जहां कोई निर्यात नहीं होता है, इसके बाद ई 5 होता है जो केवल कार्य दिवसों पर निर्यात की अनुमति देता है। दोनों भवनों के लिए, E5 और E0 रणनीतियों के परिणाम दोनों परिदृश्यों के लिए बहुत समान प्रतीत होते हैं, E7 से एक अलग समूह बनाते हैं और यह प्रदर्शित करते हैं कि E5 के तहत निर्यात की न्यूनतम संख्या का प्रभाव नगण्य है, जिसके परिणामस्वरूप E0 और के बीच मामूली अंतर होता है। बैटरी के आकार के आधार पर सिर्फ GBP 5–1000 का E3000।

E7 के तहत, NPC क्रमशः 8000 kWh और 20,000 kWh बैटरी के लिए E5 के तहत संबंधित मानों की तुलना में GBP 120 या GBP 240 अधिक है। यह इंगित करना महत्वपूर्ण है कि जहां तीन परिचालन रणनीतियों का प्राथमिक उद्देश्य बिजली की मांग को दिन के पीक से ऑफ-पीक अवधि में स्थानांतरित करना है और कभी-कभी पीक-शेविंग करना है, निर्यात व्यवहार्यता और लागत के लिए महत्वपूर्ण आर्थिक महत्व का है। -एसजीओबी योजना की प्रभावशीलता। प्रति भवन परिणामों की समीक्षा करते हुए और HwB80 के साथ शुरुआत करते हुए, E7 बिना स्टोरेज केस की तुलना में 34,000 kWh बैटरी का उपयोग करते समय एक GBP 120 लागत जोड़ता है, जबकि 240 kWh बैटरी GBP 67,000 की कुल अतिरिक्त लागत लाती है। HwL30 के लिए ठीक वैसा ही रुझान देखा गया है।

यह उजागर करना महत्वपूर्ण है कि E7 और E5 परिदृश्यों के तहत, यह माना जाता है कि भवन-निर्यात ऊर्जा को खुदरा बिजली की कीमत के साथ पुरस्कृत किया जाता है। जैसा कि समझाया गया है, विद्युत ग्रिड को ऐसी सेवा प्रदान करने के लिए भवनों के लिए कोई मौजूदा तंत्र या वित्तीय मकसद नहीं है। यह भी एक कारण है जिसने E7 और E5 के बीच के अंतर को आवश्यक बना दिया।

इस दिशा में, वाणिज्यिक भवनों को इस सुझाए गए उद्यम में भाग लेने और एसजीओबी बनने के लिए प्रोत्साहित करने के लिए एक वित्तीय इनाम आवश्यक है। बीएसएस का उपयोग करते समय यह इनाम कम से कम भंडारण के बिना एनपीसी (सामान्य रूप से व्यापार) और एनपीसी के बीच अंतर को कवर कर सकता है। अनिवार्य रूप से, यह एक अतिरिक्त राजस्व धारा तैयार करेगा जो दो एनपीसी को बराबर कर देगा। इस SGOB इनाम की संरचना के संबंध में, इस पेपर के लेखक इस बात का समर्थन करते हैं कि यह BSS द्वारा स्थानांतरित और/या निर्यात की गई बिजली की मात्रा पर आधारित होना चाहिए। वर्तमान लेख की जरूरतों के लिए, केवल स्थानांतरित बिजली पर जोर दिया जाएगा क्योंकि यह तीनों परिचालन रणनीतियों में मौजूद है।

यदि वित्तीय उद्देश्यों की गणना भवन के काम के घंटों के दौरान स्थानांतरित बिजली की मात्रा के आधार पर की जानी है, जैसा कि अध्याय 2.4 में प्रस्तुत किया गया है, तो एचडब्ल्यूएल 0.0966 के लिए जीबीपी 0.1432–30 और एचडब्ल्यूबी 0.1031 के लिए जीबीपी 0.1575–80 है, जैसा कि में दिखाया गया है चित्रा 12. बिजली स्थानांतरण से ग्रिड को लाभ होता है; हालांकि, एक व्यक्तिगत इमारत के लिए अधिक ऊर्जा स्थानांतरित आमतौर पर खराब ऊर्जा दक्षता के कारण उच्च ऊर्जा खपत वाले भवन के कारण होती है। इसलिए यह आवश्यक है कि कोई भी प्रोत्साहन बिल्डिंग स्टॉक में कम ऊर्जा दक्षता को प्रोत्साहित न करे। इस मामले में, प्रोत्साहन के लिए गणना के हर में स्थानांतरित ऊर्जा का उपयोग करके इसका समाधान किया जाता है। यह केवल इमारतों पर लागू प्रोत्साहनों के साथ भी प्राप्त किया जा सकता है जब वे ऊर्जा दक्षता के एक निश्चित स्तर तक पहुंच जाते हैं।

चित्रा 12। 10 साल की अवधि के लिए आवश्यक वित्तीय मकसद (सभी परिचालन रणनीतियाँ)।

परिचालन रणनीति E7 को उच्चतम वित्तीय पुरस्कारों की आवश्यकता है, इसके बाद E5 और E0 हैं। अवरोही क्रम में, वित्तीय मकसद E0.1405 के लिए GBP 0.1575–7, E0.1081 के लिए GBP 0.1281–5 और अंत में E0.0966 के लिए GBP 0.1059–0 के बीच एक सीमा स्थापित करता है। E7 के तहत देखी गई उच्चतम संख्या को बैटरी के कम जीवनकाल के कारण समझाया जा सकता है, जो तुलनात्मक रूप से उच्च NPCs की ओर जाता है और इसलिए अधिक NPC अंतर होता है जिसे वित्तीय मकसद (समीकरण (12)) द्वारा कवर करने की आवश्यकता होती है। E0 के तहत आवश्यक इनाम E5 के तहत संबंधित मूल्यों से थोड़ा कम प्रतीत होता है, क्योंकि E0 बैटरी ऑपरेशन की संपूर्णता लोड शिफ्टिंग के लिए समर्पित है, जबकि E5 के तहत लोड शिफ्टिंग और मामूली बिजली निर्यात का एक संयोजन है।

अंत में, बिजली की स्तरीय लागत (एलसीओई) नीचे प्रस्तुत की गई है, में टेबल 9. भंडारण के बिना इमारतों के लिए लागत लगभग समान है, लगभग GBP 0.1146/kWh। छोटे बीएसएस आकार (120 kWh) के लिए, यह दोनों भवनों के लिए देखा जा सकता है कि, परिचालन रणनीति E7 के तहत, बिजली खरीदने की लागत बिना भंडारण के परिदृश्य के समान है, जबकि E0.1289 के लिए मूल्य लगभग GBP 5 तक बढ़ जाता है और अपने तक पहुंच जाता है। E0 के लिए अधिकतम मूल्य, GBP 0.1334 के औसत मूल्य के साथ। बड़े BSS (240 kWh) का उपयोग करते समय, LCOE का E0.1225 के तहत GBP 7 का औसत मान होता है, जो छोटी बैटरी के संबंधित मूल्य से थोड़ा अधिक होता है। E5 और E0 रणनीतियों के लिए बिजली की लागत अधिक है, GBP 0.1382 और GBP 0.1489 के संबंधित औसत मूल्यों के साथ।

टेबल 9. बिजली की लेवलाइज्ड कॉस्ट (एलसीओई) 10 साल की अवधि के लिए।

अंत में, कुछ मामूली अंतरों के बावजूद, एलसीओई के परिणाम दोनों भवनों के लिए समान हैं। बिजली की लागत को प्रभावित करने वाले पैरामीटर परिचालन रणनीति और बीएसएस के आकार हैं जबकि ई7 के तहत एलसीओई बिना भंडारण परिदृश्य मूल्य के समान प्रतीत होता है। यह याद दिलाया जाना चाहिए कि यह एलसीओई गणना पद्धति से भी संबंधित है क्योंकि एनपीसी को बिजली की मांग और किसी भी वर्तमान निर्यात के योग से विभाजित किया जाता है। यह तर्क दिया जा सकता है कि निर्यात को शामिल करने से संभावित रूप से E7 और E5 रणनीतियों के लिए LCOE को कम करके आंका जा सकता है। हालांकि, अतिरिक्त बिजली ग्रिड से खरीदी जाती है, जिसे बाद में वापस निर्यात किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बाद में लाभ होता है और साथ ही विद्युत ग्रिड को एक महत्वपूर्ण सेवा प्रदान करता है।

3.3.2. 20 साल की अवधि के लिए सीबीए

20-वर्षीय CBA परिणाम, विस्तार से, में दिखाए गए हैं टेबल 10, द्विदिश कनवर्टर और बैटरी के लिए आवश्यक प्रतिस्थापनों की संख्या के साथ। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, अध्ययन अवधि को 10 से 20 वर्ष तक बढ़ाने के परिणामस्वरूप, स्थानीय भवन को कवर करने के लिए ग्रिड द्वारा खरीदी गई बिजली की अधिक मात्रा के कारण नो-स्टोरेज परिदृश्य सहित सभी एनपीसी मूल्यों में वृद्धि हुई है। भार। अधिक विशेष रूप से, जब भंडारण का उपयोग नहीं किया जाता है, तो बिल्डिंग एचडब्ल्यूएल30 का एनपीसी 20 वर्षों में जीबीपी 324,602 है, जो बिल्डिंग एचडब्ल्यूबी62,000 की तुलना में लगभग जीबीपी 80 अधिक महंगा है। 10 साल की अवधि के परिणामों के समान, दो भवनों के बीच यह जीबीपी 62,000 एनपीसी अंतर सभी रणनीतियों और बीएसएस आकारों में मौजूद है, यह पुष्टि करता है कि एचडब्ल्यूबी 80 वास्तव में अधिक किफायती है। इसके अलावा, प्रतिस्थापन के पूंजीगत व्यय द्वारा शुरू की गई अतिरिक्त लागतों ने सभी भंडारण परिदृश्यों के लिए एनपीसी में वृद्धि की है। साथ ही, चूंकि सभी बीएसएस घटकों का अध्ययन अवधि के अंत में कोई शेष जीवनकाल नहीं होता है, उनके संबंधित एनपीसी मूल्यों से कोई कटौती नहीं होती है। फिर भी, 20-वर्ष के परिणाम और उनके रुझान 10-वर्ष की अवधि के परिणामों के अनुरूप हैं, जैसा कि में प्रस्तुत किया गया है धारा 3.3.1.

टेबल 10. 20 साल की अवधि के लिए एलसीओई, एनपीसी और वित्तीय मकसद की जरूरत है।

इस बिंदु पर, यह मूल्यांकन करने के लिए 10- और 20-वर्ष के परिणामों के बीच एक संक्षिप्त तुलना प्रस्तुत करना महत्वपूर्ण है कि एनपीसी मूल्य एसजीओबी योजना को लागत प्रभावी बनाने के लिए आवश्यक वित्तीय उद्देश्यों को कैसे प्रभावित करते हैं (चित्रा 13) इमारतों और अध्ययन अवधि दोनों के लिए, यह देखा जा सकता है कि, कुछ मामूली बदलावों के अपवाद के साथ, उपयोग किए गए दोनों बीएसएस आकारों के लिए वित्तीय मकसद मूल्य काफी हद तक समान हैं; यह उनके सामान्यीकरण (GBP/kWh स्थानांतरित) के कारण अपेक्षित है। प्रति परिचालन रणनीति के वित्तीय मकसद मूल्यों के संदर्भ में, वही रुझान देखे जाते हैं, जैसे कि धारा 3.3.1, जिसमें E7 को उच्चतम वित्तीय इनाम की आवश्यकता होती है, उसके बाद E5 और अंत में E0। इसके अलावा, यह स्पष्ट है कि 20-वर्ष की अवधि के लिए, 0.02-वर्ष की अवधि के संबंधित मूल्यों की तुलना में, इमारतों और सभी परिचालन रणनीतियों दोनों के लिए आवश्यक वित्तीय मकसद GBP 10/kWh कम हो जाता है। नतीजतन, बीएसएस ऑपरेशन न केवल 20-वर्ष की अवधि के प्रतिस्थापन घटकों के लिए आवश्यक अतिरिक्त पूंजीगत लागतों की भरपाई करने में सक्षम है, बल्कि इसके परिणामस्वरूप अध्ययन अवधि को 10 से 20 वर्ष तक बढ़ाने के लिए आवश्यक वित्तीय इनाम में भी कमी आती है। अधिक विवरण में, छोटे 120 kWh BSS और दोनों भवनों के लिए, कमी E13 के लिए 7% और E21 और E5 के लिए 0% तक पहुँच जाती है, जबकि 240 kWh BSS (13%, 22%, 21%) के लिए संबंधित मान बड़े पैमाने पर बने रहते हैं। एक जैसा।

चित्रा 13। इमारतों के लिए स्थानांतरित बिजली (GBP/kWh) के आधार पर, 10-वर्ष और 20-वर्ष की अवधि के लिए आवश्यक वित्तीय पुरस्कार (a) एचडब्ल्यूएल 30 और (b) एचडब्ल्यूबी80।

4। निष्कर्ष

विभिन्न डिजाइन विशेषताओं के साथ कुल आठ नकली इमारतों में से, दो चरम मामलों, ऊर्जा-वार, को आगे की जांच के लिए चुना गया ताकि वास्तविक समय बिजली की कीमतों के तहत मध्यस्थता करने के लिए बीएसएस का उपयोग करने की उनकी क्षमता का आकलन किया जा सके। 220 kWh के सबसे बड़े बैटरी आकार को मानते हुए, सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल इमारत (HwB80), लिफाफा U-मानों के संदर्भ में, अपने चरम भार के उच्च प्रतिशत को स्थानांतरित करने में सक्षम साबित हुई है (E31.76 के लिए 7%, 29.51 E5 के लिए%, और E39.68 के लिए 0%) और साथ ही, अधिक बिजली निर्यात करें (18.08 kWh/m² E7 और 5.53 kWh/m . के लिए² E5 के लिए) जब यह एक विकल्प के रूप में उपलब्ध हो। इसके अलावा, HwB80 की वार्षिक शुद्ध लागत सबसे कम (5.40 GBP/m .) साबित हुई है² E7 के लिए, 6.07 GBP/m² E5, और 6.20 GBP/m . के लिए² E0 के लिए) जो कि 7.01 GBP/m . के नो-स्टोरेज परिदृश्य लागत की तुलना में काफी कम हैं², एक ही इमारत के लिए। यह स्पष्ट है कि भवन का डिज़ाइन ऊर्जा के साथ-साथ आर्बिट्रेज प्रदर्शन को भी प्रभावित करता है।

लंबी अवधि के अर्थशास्त्र और 10 साल की अवधि के लिए आयोजित सीबीए के संबंध में, बिल्डिंग एचडब्ल्यूबी80 सबसे किफायती साबित हुआ, जिसमें सभी परिदृश्यों में जीबीपी 35,000 कम लागत शामिल है, जिसमें कोई भंडारण नहीं है। 5 साल की अवधि के अंत में बैटरी के शेष जीवनकाल (50%) और राजस्व की कम संख्या के कारण E10 रणनीति के तहत सबसे कम NPCs देखे गए। E0 के परिणाम E5′s से बहुत मिलते-जुलते हैं, यह दर्शाता है कि E5 परिचालन रणनीति निर्यात से एक नगण्य राजस्व धारा की ओर ले जाती है। अंत में, रणनीति E7 में सभी परिदृश्यों के लिए उच्चतम एनपीसी मूल्य हैं क्योंकि निर्यात राजस्व इस तथ्य की भरपाई करने के लिए पर्याप्त नहीं है कि शेष बैटरी जीवनकाल न के बराबर है, जिससे अध्ययन अवधि के अंत में शून्य एनपीसी कटौती होती है। जब 20 साल की अवधि पर विचार किया जाता है, तो HwB80 अभी भी सबसे किफायती इमारत है, सभी परिदृश्यों के तहत लागत में GBP 62,000 कम है, जिसमें कोई भंडारण नहीं है। सिस्टम प्रतिस्थापन के लिए आवश्यक अतिरिक्त पूंजीगत लागतों की शुरूआत के बावजूद, अध्ययन अवधि को 10 से 20 साल तक बढ़ाने से GBP 0.02 प्रति kWh शिफ्ट किए गए वित्तीय मकसद में कमी आती है।

भवन-आर्बिट्रेज योजना को लागत प्रभावी बनाने के लिए आवश्यक वित्तीय पुरस्कारों के परिणाम उल्लेखनीय रूप से दिलचस्प थे, क्योंकि ऊर्जा-कुशल भवन (HwB80) को अतिरिक्त राजस्व (GBP/kWh स्थानांतरित) की उच्च राशि की आवश्यकता साबित हुई। वित्तीय पुरस्कार परिभाषा की समस्यात्मक प्रकृति की व्याख्या की गई; इसलिए, इस लेख के लेखकों का मानना ​​​​है कि बीएसएस उपयोग द्वारा ग्रिड को भवन-प्रदत्त सेवाओं का मुद्रीकरण, स्थानांतरित बिजली की कुल मात्रा के बजाय स्थानांतरित किए गए भवन भार (%) के प्रतिशत पर आधारित होना चाहिए। उत्तरार्द्ध एक अधिक उचित मानदंड का गठन करता है जो इमारतों की ऊर्जा दक्षता और परोक्ष रूप से उनके डिजाइन और एचवीएसी कॉन्फ़िगरेशन को प्रतिबिंबित करने में सक्षम है।

इस अध्ययन की सीमाओं के संबंध में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अधिकांश अंतिम उपयोगकर्ताओं के पास वास्तविक समय बिजली की कीमतों तक पहुंच नहीं है और भवन पैमाने पर बैटरी आर्बिट्रेज को सक्षम करने वाला कोई मौजूदा तंत्र नहीं है। हालांकि, यह पेपर व्यापक भवन-स्तर भंडारण उपयोग की दिशा में ऐसा करने के तरीकों के लिए मामला बनाता है।

यह स्पष्ट है कि बैटरी भंडारण का उपयोग करके और धीरे-धीरे एसजीओबी में विकसित होने से भविष्य के स्मार्ट ग्रिड में सक्रिय भूमिका निभाने के लिए भवनों के उद्देश्यों को स्थापित करने के लिए एक उचित नियामक ढांचे का गठन मौलिक महत्व का है। यह तभी संभव होगा जब सभी संबद्ध बाजार के खिलाड़ी और हितधारक चरम मांग में कमी की क्षमता और विभिन्न प्रकार के भवनों के लिए विभिन्न डीआर रणनीतियों के तहत प्रस्तुत क्षमताओं को अलग-अलग जलवायु और अधिभोग प्रोफाइल में पहचानें। उन्हें बिजली उपयोगिताओं, सरकार, जनता और भवन मालिकों सहित इस तरह के ढांचे पर चर्चा करने और बनाने के लिए एक साथ आना होगा।

वर्तमान लेख ने यह जांच कर पहला महत्वपूर्ण कदम उठाया कि बिल्डिंग डिजाइन और बीएसएस विशेषताओं ने व्यावसायिक भवनों के प्रदर्शन को तीन परिचालन रणनीतियों को पेश करके और लंबी अवधि में तकनीकी-आर्थिक प्रभावों की जांच करके मध्यस्थता आयोजित करने के प्रदर्शन को प्रभावित किया है। न केवल मध्यस्थता के लिए बल्कि अन्य संतुलन सेवाओं के लिए भी संभावित वित्तीय उद्देश्यों और सब्सिडी तंत्र को परिभाषित करने और जांचने की दिशा में आगे काम किया जाना चाहिए। इन उद्देश्यों को राष्ट्रीय ग्रिड द्वारा प्राप्त सेवाओं के समान ही संरचित किया जा सकता है, जिसका उल्लेख पहले किया गया था, और इसमें उपलब्धता शुल्क (GBP/घंटा), उपयोग (GBP/MWh), और नामांकन शुल्क (GBP/घंटा) शामिल हो सकते हैं।

भविष्य के काम के संबंध में, अतिरिक्त भवन डिजाइन और एचवीएसी कॉन्फ़िगरेशन, विशेष रूप से स्वाभाविक रूप से हवादार इमारतों की जांच करना महत्वपूर्ण है, जो विशेष रूप से गर्मी की अवधि में अपने दैनिक बिजली प्रोफ़ाइल के संदर्भ में एक अलग व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं। भवन पैमाने के नवीकरणीय ऊर्जा को शामिल करने के लिए आगे के विकास का भी अनुसरण करना चाहिए।

लेखक योगदान

संकल्पना, एडीजी, बीवी, ईएएच और एमएम; औपचारिक विश्लेषण, एडीजी, बीवी, ईएएच और एमएम; जांच, एडीजी, बीवी, ईएएच और एमएम; कार्यप्रणाली, एडीजी, बीवी, ईएएच और एमएम; सॉफ्टवेयर, एडीजी; पर्यवेक्षण, बीवी, ईएएच और एमएम; लेखन- मूल मसौदा, एडीजी; लेखन-समीक्षा और संपादन, एडीजी सभी लेखकों ने पांडुलिपि के प्रकाशित संस्करण को पढ़ लिया है और सहमत हैं।

निधिकरण

लेखक ईपीएसआरसी से अनुदान ईपी/एल016818/1 के माध्यम से कृतज्ञतापूर्वक समर्थन स्वीकार करते हैं जो ऊर्जा भंडारण और उसके अनुप्रयोगों में डॉक्टरेट प्रशिक्षण के लिए केंद्र को निधि देता है।

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यह लेख मूल रूप से लाइसेंसधारी एमडीपीआई, बेसल, स्विटजरलैंड द्वारा 25 सितंबर, 2021 को प्रकाशित किया गया था, और इसके अनुसार पुनर्प्रकाशित किया गया है क्रिएटिव कॉमन्स एट्रिब्यूशन-नॉन-कॉमर्शियल-नोएडरिव्स 4.0 इंटरनेशनल पब्लिक लाइसेंस। आप मूल लेख पढ़ सकते हैं यहाँ उत्पन्न करें. इस लेख में व्यक्त विचार अकेले लेखक के हैं न कि WorldRef के।

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