負荷プロファイルに基づく商用エネルギー貯蔵用バッテリーパックのサイズ選定方法

バッテリーパックのサイズ設定について商業および産業（C&I）用エネルギー貯蔵は、施設が電力をどのように消費しているか、およびバッテリー電力が必要となるタイミングを理解することから始まります。ピークカット用に設計されたバッテリーは、短時間で高い放電電力を必要とする場合がありますが、負荷シフト用に設計されたシステムは、数時間にわたってエネルギーを供給する必要があります。

最も信頼性の高いアプローチは、サイトの負荷プロファイルを測定可能なバッテリー要件に変換することです。これには、放電電力、供給エネルギー、公称容量、充電要件、および電気的統合制約が含まれます。こうして得られた仕様は、プロジェクト開発者、BESS（バッテリーエネルギー貯蔵システム）統合業者、調達チームが標準的なバッテリー構成を評価し、カスタムバッテリーパックが必要かどうかを判断する際の助けとなります。</p>

バッテリーの負荷プロファイルとは何ですか？

バッテリーの負荷プロファイルとは、エネルギー貯蔵用バッテリーが時間とともに満たす必要がある電力需要を示したものです。この分析は通常、過去のサイト負荷データから開始され、バッテリーが充電または放電する必要がある時期、その量、およびその継続時間を特定します。</p>

商用エネルギー貯蔵プロジェクトの場合、以下の情報を収集してください：

• 過去の電力需要： 代表的な運転日およびピーク需要期間をカバーするタイムスタンプ付き負荷データ。
• グリッドのインポートおよびエクスポート：グリッドから供給される電力、またはグリッドへ供給される電力（適用される需要制限を含む）。</p>
• 太陽光発電の発電量： バッテリーが余剰の太陽光発電エネルギーを蓄電する際の、現場での発電データ。
• 運転スケジュール： 生産のシフト、設備の稼働時間、および予測可能な需要の変化。
• 充電機会：充電に利用可能なグリッド容量または余剰の太陽光発電出力が得られる期間。
• 測定の詳細： データ間隔、測定場所、単位、および値が瞬時電力か区間平均かの情報。</p>

15分間隔のデータは、通常、ピークシービングの予備分析に適しています。ただし、短時間の需要スパイクや機器の起動時のピークを隠してしまう場合があります。これらの現象が要求される電力定格に影響を及ぼす場合は、より高分解能の測定値または追加の機器レベルのデータを用いてください。</p>

また、サイトの負荷プロファイルとバッテリーの運用プロファイルを区別することも重要です。サイトの負荷プロファイルは、施設の電力需要を示します。バッテリーの運用プロファイルは、プロジェクトの運用目的を達成するためにバッテリーが時間とともに供給または吸収しなければならない電力を定義します。

バッテリーの負荷プロファイル（サイトの総電力消費量のみではなく）を用いて、バッテリーの出力およびエネルギー要件を決定する必要があります。

商用エネルギー貯蔵アプリケーションを定義する

バッテリーのサイズを決定する前に、主な運用目的を特定してください。同じサイト負荷データを使用していても、アプリケーションによって電力および容量の要件が異なります。</p>

アプリケーション	分析対象	主なバッテリー要件
ピークシェービング	目標グリッドインポート制限を超える需要および各ピークの持続時間。</p>	ピーク放電電力およびピークイベント中に必要な総エネルギー。
負荷シフト	高コスト期間中に必要なエネルギーおよび低コスト期間中の利用可能な充電ウィンドウ。	使用可能なエネルギー、放電持続時間、および再充電能力。
太陽光発電の自家消費	PV発電量が施設の需要を上回る期間と、需要が発電量を上回る期間。</p>	余剰の太陽光発電エネルギー、充電電力、および後の放電要件。</p>
グリッド制約運転	利用可能なグリッド接続容量を超える需要。	電力不足、その持続時間、および次回のイベントまでの充電機会。</p>

PVとバッテリー蓄電池を組み合わせたプロジェクトでは、放電要件とともに充電要件も評価する必要があります。バッテリーは、余剰発電量を吸収できるだけの十分な利用可能容量を備えていなければならず、また、利用可能な太陽光発電時間帯を活用できるだけの十分な充電電力を備えていなければなりません。

関連する仕様上の考慮事項については、当社の 太陽光発電（PV）エネルギー貯蔵システム向けのカスタムバッテリーの指定方法に関するガイド.

放電電力、供給エネルギー、および公称容量を計算します

バッテリーのサイズ選定には、電力とエネルギーのそれぞれ別個の計算が必要です。電力はキロワット（kW）で測定され、ある瞬間に供給しなければならない電気の量を示します。エネルギーはキロワット時（kWh）で測定され、一定期間にわたって供給しなければならない電気の量を示します。

ステップ 1: 必要放電電力を計算する

ピークシービングのためには、まず目標となるグリッドからの電力取込み制限を定義します。各時間間隔について、この目標を超える施設の需要の部分を計算します。

場所：

• P_{コウモリ、私}は、間隔 i の間に必要な初期バッテリー放電電力（kW）です。
• P_{読み込み中、i}は、間隔 i におけるサイトの平均負荷（kW）です。
• P_{ターゲット、i}は、同一間隔におけるターゲット・グリッドインポート電力レベル（kW）です。
• max(0, …)は、サイト負荷が目標値を超えない場合に、バッテリー放電要件がゼロであることを意味します。

解析された区間全体における最も高い計算値が、予備的な最大区間平均放電電力となります：

この結果は、必ずしも必要な最大瞬時電力ではありません。短時間のピーク、モーターの始動、その他の過渡的な負荷は、より高い電力定格を必要とする場合があり、別途評価する必要があります。

負荷シフトおよび太陽光発電の自家消費用途の場合、意図した運用スケジュールに従って、バッテリーの充電および放電プロファイルを算出します。上記のピークカット式は、特定の運用目的のための例であり、すべてのエネルギー貯蔵用途に通用する普遍的な式ではありません。

ステップ2：必要な供給エネルギーを計算する

各間隔で必要なエネルギーを算出するには、バッテリーの放電電力を間隔の持続時間で乗算します。間隔ごとの結果を合計して、イベント全体で必要な総エネルギーを決定します。

場所：

• E_配達済みは、分析期間中に供給された総エネルギー（kWh）です。
• P_{コウモリ、私}は、間隔 i における必要な放電電力（kW）です。
• Δt_私は、間隔の持続時間（単位：時間）です。
• Σは、すべての区間からのエネルギー寄与が合計されることを意味します。

例えば、バッテリーが15分間に平均55 kWを供給する場合：

負荷が変動する場合、各間隔を個別に計算します。バッテリーがイベント全体を通してピーク電力で動作する必要がない場合、ピーク電力をイベントの全期間にわたって乗算すると、エネルギー推定値が不正確になる可能性があります。</p>

測定境界を一貫して保ってください。 サイトの需要がAC側で測定されていること、およびバッテリーの定格エネルギーがDC側で指定されていることを確認してください。必要なエネルギーがサイトのAC接続点で測定される場合、それをバッテリー側の要件に変換する際に、PCSの変換損失およびその他の関連する放電経路損失を考慮する必要があります。同じ損失を二重に適用しないでください。

ステップ3：公称バッテリー容量の見積もり

バッテリーの公称容量は、現場に供給可能なエネルギーと同一ではありません。利用可能なエネルギーは、許容される充電状態（SOC）の範囲およびバッテリーと指定された供給地点との間の損失に依存します。

初期の公称容量の推定値は次のとおりです：

場所：

• E_名目は、kWh単位の予備的公称バッテリー電力容量です。
• E_配達済みは、選択された供給境界で必要とされるエネルギーです。
• f_社会は、許容されるSOCウィンドウ内で利用可能な公称エネルギーの割合です。
• η_放電は、バッテリーのエネルギー定格境界と必要な供給境界との間の効率です。

サプライヤーが提供する性能データおよびプロジェクト固有の運転限界値を使用してください。サプライヤーの「使用可能エネルギー」定格値が既に関連するSOC限界値または変換損失を考慮済みである場合、それらの係数を再度適用しないでください。</p>

ライフサイクル終了時の容量要件を考慮します。 バッテリーが指定された寿命末期（EOL）においても、必要なエネルギーを引き続き供給しなければならない場合、および記載された容量が劣化をすでに考慮していない場合は、初期的な推定値は以下のとおりです：

f_EOLは、指定された寿命末期における保持容量の割合です。これは、サプライヤーが文書化した性能およびプロジェクトの運転条件に基づいて決定する必要があります。エネルギー要求値がすでに寿命末期（EOL）における使用可能エネルギーとして定義されている場合は、保持係数を再度適用しないでください。

定格容量と運用可能なエネルギーの違いについて詳しくは、バッテリー蓄電池における定格エネルギー対実使用可能エネルギー.

演習例：ピークカット用バッテリーのサイズ選定

ピーク需要期間中に系統からの電力購入を310 kWに制限したい商業施設を考えてみましょう。以下の仮想的な例では、15分間隔で記録された敷地内負荷の平均値が使用されています。各タイムスタンプはその区間の開始時刻を示しており、このイベント全体を通して目標値は310 kWのままです。

間隔の開始	サイトの平均負荷（kW）	必要なバッテリー出力（kW）	区間あたりのエネルギー (kWh)
計算された要件		110 kW	75.00 kWh
16:00	285	0	0.00
16:15	320	10	2.50
16:30	365	55	13.75
16:45	420	110	27.50
17:00	390	80	20.00
17:15	350	40	10.00
17:30	315	5	1.25
17:45	295	0	0.00

計算されたバッテリー負荷プロファイルは、2つの主要な結果を生成します：

• ピーク間隔平均放電電力： 110 kW。
• 供給された総エネルギー量： 分析期間中の75 kWh。

110 kWという結果は、15分間の平均負荷データに基づいています。より高分解能の測定では、瞬時電力要件がさらに明らかになる場合があります。最終的な電力定格は、バッテリーの放電限界および選択されたPCSの定格とも照合する必要があります。</p>

公称容量の推定

説明のため、許容されるSOCウィンドウ内で定格エネルギーの90％が利用可能であり、適用される放電経路効率が95％であると仮定します。

これは、明示された前提条件に基づく初期の寿命開始時推定値です。プロジェクトが寿命終了時（EOL）においても同様に75 kWhの供給エネルギーを必要とし、サプライヤーがサポートする容量保持率が80％である場合、推定値は以下のようになります：

80％の保持率の値は例示的なものであり、普遍的な設計上の前提ではありません。必要な使用期間および運転条件については、メーカーが提供する資料に基づくデータを使用してください。</p>

これらの計算は、完全なシステム設計ではなく、予備的な容量範囲を定めるものです。バッテリーを選定する前に、サプライヤーが使用しているエネルギー定格の境界、SOC制限、変換ロス、動作温度、および寿命末期の仮定を確認してください。

バッテリー要件をプロジェクト条件に対して検証する

負荷プロファイル計算により、電力およびエネルギーの初期要件を特定します。選択されたバッテリー構成は、商用エネルギー貯蔵プロジェクトの電気的・熱的・寿命・統合条件も満たす必要があります。</p>

放電電力、持続時間、および電流

バッテリーが各イベントの全期間にわたって必要な放電電力を維持できることを確認してください。連続放電定格およびピーク放電定格、動作電圧、許容電流、およびバッテリーマネジメントシステム（BMS）の限界を確認してください。

直流側電流の概算値を求める場合：

ここでは、私は_DCは電流（アンペア）を表し、P_DCは直流電力（ワット）であり、V_DCは直流電圧（ボルト単位）です。同じ電気的側面からの値を使用してください。これは、実際の電流が動作電圧およびシステム損失によって変化するため、予備的な推定値です。

充電電力および再充電ウィンドウ

ピークカットの繰り返し、負荷シフト、または太陽光発電の自家消費のために、次回の放電期間前にどの程度のエネルギーを回復させる必要があるかを決定します。必要な充電エネルギーと利用可能な充電ウィンドウを比較し、バッテリーおよび全体のシステムがその充電電力をサポートしていることを確認してください。

PV連携型プロジェクトでは、余剰発電量がバッテリーを必要に応じて再充電するのに十分であるかについても検討してください。定格容量が十分なバッテリーであっても、利用可能な充電電力または充電可能期間（ウィンドウ）が不十分な場合、運用目的を達成できない可能性があります。</p>

温度、保護、および統合

提案されたバッテリ構成が設置環境および動作温度範囲に適合していることを確認してください。バッテリ仕様を最終決定する前に、以下の要件を確認してください：

• 定格電圧および動作電圧範囲。
• 該当する場合、必須の直列／並列構成です。
• 連続およびピークの充電／放電電流制限。
• 機械的寸法、取付け、コネクタおよび配線。</p>
• BMSの監視、保護制限、アラーム、および障害応答。
• 対象のPCSまたはエネルギー管理システム向けの通信プロトコルおよびインタフェース要件。</p>
• 熱管理、設置条件、および保守アクセス。
• 適用可能な安全、認証、試験、およびプロジェクト受入要件。</p>

これらのチェックは、計算されたkWh要件を満たすバッテリーと、実際の商用エネルギー貯蔵用途に適したバッテリーとを区別するのに役立ちます。

カスタムバッテリーパックを検討すべきタイミングはいつですか？

標準構成では、プロジェクトの文書化された電気的・機械的・制御的・運用上の要件を満たせない場合、カスタムバッテリーパックが適切である可能性があります。負荷プロファイル分析により、残存するギャップが電力、エネルギー、放電時間、電圧、または統合に関するものであるかを特定できます。

カスタム設計を発注する前に、完全なバッテリー負荷プロファイルを入手可能な標準構成と比較してください。要件が、別の標準バッテリー構成、または運用スケジュールやシステム設計の適切な調整によって満たされるかどうかを検討してください。

以下の条件に該当する場合、カスタムパックの検討価値があります：

• 必要な電圧または電流が、利用可能な標準構成の範囲外です。
• バッテリーは、特定の機械的寸法または既存の機器インターフェースに適合する必要があります。
• 放電特性、充電動作、または動作温度範囲に応じて、カスタマイズされた設計が必要です。
• BMSは、対象システムと統合するために、定義された通信、監視、または保護動作を必要とします。
• このプロジェクトには、特定の検証、認証、またはライフサイクル性能に関する要件があります。

これらの要件を満たすプロジェクトについては、カスタムバッテリーパックの設計とスマートな統合カスタムソリューションの実現可能性は、詳細な電気的要件、システムインタフェース、安全要件、および検証範囲に依存します。

結果を商用エネルギー貯蔵のRFQ（調達依頼書）に変換する

役立つ見積依頼書（RFQ）は、算出されたバッテリー負荷プロファイルを、サプライヤーが一貫して評価可能な要件に変換します。kWh単位の公称容量のみを指定するのではなく、負荷データ、運用スケジュール、測定範囲、および統合制約を提示してください。

プロファイルおよび動作要件の読み込み

• アプリケーションおよび主要な運用目的。
• 歴史的負荷データ、測定間隔、タイムスタンプ、および測定場所。
• 目標グリッドインポート制限、またはその他の定義された運転制約。</p>
• 計算されたピーク放電電力および供給された総エネルギー。</p>
• 必要な放電持続時間および予想される1日あたりの運転スケジュール。</p>
• 充電ウィンドウ、充電電力、および予想されるサイクル頻度。
• 適用される場合の、寿命初期および寿命末期における必須性能。</p>

電気的および性能に関する要件

• 定格電圧および動作電圧範囲。
• 必要な公称エネルギーおよび使用可能エネルギー。定格境界は明確に定義されている。</p>
• 連続放電電力およびピーク放電電力（ピーク事象の持続時間も含む）。</p>
• 最大充電電力および電流。
• 許容されるSOCウィンドウおよび放電経路効率の仮定。</p>
• 容量保持率および寿命要件。
• 予想される動作温度範囲および熱管理条件。

機械・制御・システム統合

• パックの寸法、取付、コネクタ、および配線要件。</p>
• BMSの機能、保護限界値、および障害応答の期待値。</p>
• 通信プロトコルおよびインターフェースのドキュメンテーション。
• 対象のPCSおよびエネルギー管理システムとの互換性要件。
• 適用される認証、試験、文書化、および受入基準。

検証および商業要件

• 必須の技術文書および設計レビュー。
• 工場受け入れ試験および、該当する場合のプロジェクト固有の検証。
• パフォーマンスの証拠およびテスト条件。
• 保証に関する前提条件、予想される使用期間、および技術サポートの手配。</p>
• プロジェクトの数量、プロトタイプの要件、生産スケジュール、および納品に関する期待値。</p>

これらの詳細情報を提供することで、サプライヤーは標準バッテリー構成が適しているかどうか、あるいはカスタムパックを評価する必要があるかどうかを判断できます。また、技術的および商業的な見積もりを一貫した基準で比較しやすくなります。

結論

バッテリーの負荷プロファイルは、商用サイトの需要を実用的なエネルギー貯蔵要件に変換するための基盤を提供します。バッテリーの運用目的を定義し、各時間間隔における放電電力を算出し、運用期間中に必要なエネルギーを合計し、明確に定義されたSOC（充電状態）、効率、および寿命に関する仮定を用いて公称容量を推定します。

次に、充電能力、電圧および電流制限、動作温度、保護機能、およびシステムインターフェースに対して結果を検証します。このアプローチにより、商用エネルギー貯蔵システムの開発者、統合者、調達チームは、定格容量のみならず、実際のプロジェクト要件に基づいてバッテリー構成を評価できるようになります。</p>

商用エネルギー貯蔵プロジェクト向けにカスタムバッテリーパックを評価する場合、サプライヤーとの技術的な打ち合わせを開始する前に、負荷プロファイルおよび予備的な電気的要件を準備してください。明確な要件は、実現可能性の評価、統合計画、およびRFQ（調達依頼書）の比較にとってより確固たる基盤となります。</p>

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当社のチームは、バッテリーパックの実現可能性を評価し、お客様のプロジェクトの技術的要件に基づいて適切なカスタマイズオプションについてご相談をお手伝いいたします。</p>

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