中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：噪音和聲學(xué)服務(wù)商Acentech公司的技術(shù)專(zhuān)家Ethan Brush日前發(fā)表了一份研究報(bào)告。他在報(bào)告中指出，隨著可用的土地越來(lái)越稀缺，越來(lái)越多電池儲(chǔ)能系統(tǒng)部署在人群密集的居民區(qū)，這使得電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的噪音比以往任何時(shí)候都成為一個(gè)令人關(guān)注的話題。
圖1 越來(lái)越多的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在居民區(qū)附近運(yùn)營(yíng)，例如Endurant Energy公司在紐約市城區(qū)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
鑒于眾多優(yōu)勢(shì)以及在較小空間部署的靈活性，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用日益普及。在這種情況下，開(kāi)發(fā)商部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)越來(lái)越接近住宅區(qū)域。
為確保電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)正確安裝和部署，并最大程度降低噪音以防止對(duì)社區(qū)居民造成的不便和困擾，聲學(xué)專(zhuān)家和技術(shù)顧問(wèn)需要發(fā)揮至關(guān)重要的作用。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)殡姵貎?chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的聲音將對(duì)居民生活帶來(lái)不利影響。
例如，近年來(lái)數(shù)據(jù)中心數(shù)量的迅速增長(zhǎng)帶來(lái)了一些值得深思教訓(xùn)。在一些尚未制定具體噪音法規(guī)的地區(qū)，這些數(shù)據(jù)中心設(shè)施產(chǎn)生的噪音已經(jīng)引發(fā)了公眾的不滿和負(fù)面情緒。
對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和用戶來(lái)說(shuō)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有關(guān)噪音的數(shù)據(jù)可能難以獲得。然而，儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商仍然需要努力確保這些設(shè)備符合相關(guān)的噪音限制要求。
而在成熟的市場(chǎng)中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備制造商擁有足夠的時(shí)間與資源，可以投資研發(fā)和制造噪音更小的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并精準(zhǔn)地記錄其噪音數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)制造商和運(yùn)營(yíng)商需要確保噪音問(wèn)題得到有效控制。
隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的普及，開(kāi)始在人口稠密的地區(qū)部署，土地資源的稀缺性使得這一趨勢(shì)不可避免。因此，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)噪音及其控制措施成為了高度相關(guān)的話題。在歐洲人口密集的區(qū)域，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)噪音問(wèn)題尤為突出，而同樣的情況也在美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)逐漸加劇。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)制造商需要更加重視聲學(xué)設(shè)計(jì)，以提供可以滿足居民生活需求的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
噪音的來(lái)源
人們可能會(huì)想：“電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是如何產(chǎn)生噪音的?”
以下是主要的噪音來(lái)源：
（1）冷卻系統(tǒng)
就像任何電子設(shè)備一樣，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在理想的溫度和濕度下運(yùn)行得最理想、最安全。因此，需要使用各種空氣冷卻或液體冷卻系統(tǒng)。這些聲音來(lái)自這些系統(tǒng)的通風(fēng)口以及風(fēng)扇和水泵。這些設(shè)備發(fā)出的聲音就像住宅和商業(yè)建筑的供暖、通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備一樣長(zhǎng)期存在。
（2）逆變器
圖2 采用聲級(jí)計(jì)測(cè)量逆變器噪音
逆變器可以將電池提供的直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電(AC)供電，而當(dāng)電池充電時(shí)，逆變器還可以將交流電整流成直流電。在這種電流轉(zhuǎn)換過(guò)程中，有少量的電能以熱量的形式損失，因此需要進(jìn)行冷卻以防止過(guò)熱，通常是通過(guò)風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，這不可避免地產(chǎn)生一些噪音。
將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過(guò)程需要高速開(kāi)關(guān)來(lái)改變極性(或電流的方向)。在美國(guó)，交流電的頻率為60Hz（赫茲是電流在一秒鐘中周期性變換方向的次數(shù)），所以高速開(kāi)關(guān)在一赫茲中有兩次動(dòng)作。這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生兩倍于供電頻率(120Hz)的聲音，此外還產(chǎn)生其他諧波(例如240Hz、360Hz、480Hz或更高)。
許多國(guó)家和地區(qū)的交流電頻率為50Hz，因此其產(chǎn)生諧波略有不同(100Hz、200Hz、300Hz、400Hz)。這種聲音通常是嗡嗡聲。在有其他背景聲音的情況下，這種噪音往往更加突出，從而給聽(tīng)到的人帶來(lái)極大的困擾。
圖3 采用聲級(jí)計(jì)測(cè)量變壓器的噪音
大多數(shù)人認(rèn)為變壓器的聲音是一種獨(dú)特的“嗡嗡聲”。如果在室外變電站或建筑物的變壓器附近，人們可能很熟悉這種聲音。變壓器用來(lái)改變交流電壓，使電壓上升或下降。變壓器可以將高壓輸電線路的電壓降低到家庭和企業(yè)使用的安全水平。而電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也安裝了自己的變壓器。
變壓器內(nèi)部有三種噪音源：（1）鐵芯噪音、（2）線圈噪音和（3）風(fēng)扇噪音。鐵芯和線圈噪音是由磁力引起的，與逆變器一樣，變壓器將會(huì)產(chǎn)生120Hz或100Hz的聲音及其諧波。第三種聲音來(lái)源于安裝在變壓器外部的冷卻風(fēng)扇，但有些變壓器沒(méi)有采用風(fēng)扇，而是采用的散熱片，當(dāng)然這是一個(gè)更安靜的選項(xiàng)。
噪音的緩解措施
盡管電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是一項(xiàng)較新的技術(shù)，但也不可避免產(chǎn)生一些噪音。因此，擁有必要的工具和技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)配備適當(dāng)噪音控制措施的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以有效地降低噪音。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要采取以下關(guān)鍵措施：
首先，深入了解噪音標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。通常情況下，世界各國(guó)和地區(qū)都會(huì)遵行一些明確的噪音法規(guī)，旨在限制工業(yè)設(shè)施噪音對(duì)居民區(qū)的侵?jǐn)_。這些法規(guī)的詳盡程度和明確性各不相同，有些為噪音排放設(shè)定了非常具體的指標(biāo)和條件，而有些則只規(guī)定了分貝數(shù)值限制。在某些地區(qū)，可能尚未制定與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)的噪音條例。然而，即便在這種情況下，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)商也應(yīng)充分考慮到對(duì)周邊環(huán)境的影響，以及居民對(duì)噪音的負(fù)面反應(yīng)，即便法律并未強(qiáng)制要求減少噪音。
多個(gè)噪音標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的噪音進(jìn)行限制，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的一些設(shè)備和組件（例如逆變器和變壓器）具有獨(dú)特的聲音特征。而完全減輕單一頻率成分組成的聲音（例如哨聲或嗡嗡聲）尤其具有挑戰(zhàn)性。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的聲音建模
在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，聲學(xué)顧問(wèn)和技術(shù)專(zhuān)家需要準(zhǔn)確識(shí)別并確定來(lái)自各類(lèi)設(shè)備的關(guān)鍵聲源。設(shè)備供應(yīng)商可能會(huì)提供有關(guān)產(chǎn)品噪音排放的詳細(xì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有時(shí)是基于對(duì)現(xiàn)有設(shè)施的實(shí)際場(chǎng)地測(cè)量得出的。利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)聲學(xué)模型，該模型能夠模擬電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在其周邊（如住宅）產(chǎn)生的聲音水平。這個(gè)聲學(xué)模型不僅包含了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的聲源，還納入了周?chē)鷧^(qū)域的地形特征。建模評(píng)估的最終結(jié)果將與工程項(xiàng)目所適用的噪音限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的聲音建模分析示例的結(jié)果如下圖所示。
圖4 一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的聲音建模圖
如上所述，并不是所有的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備制造商都有其產(chǎn)品有噪音的數(shù)據(jù)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的各種設(shè)備可能有多個(gè)不同的供應(yīng)商，如果某些信息缺失，這無(wú)疑增加了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)噪音水平進(jìn)行準(zhǔn)確建模的難度。
在測(cè)量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的噪音方面面，很多國(guó)家和地區(qū)都制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了電氣設(shè)備達(dá)到NEMA評(píng)級(jí)時(shí)的噪音水平。
此外，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、電氣與電子工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEEE）也為量化各類(lèi)電氣設(shè)備的聲音輸出制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。同樣，美國(guó)空調(diào)采暖與制冷協(xié)會(huì)（AHRI）、美國(guó)采暖和制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）也針對(duì)制冷系統(tǒng)發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)。
這些標(biāo)準(zhǔn)不僅為儲(chǔ)能行業(yè)提供了規(guī)范，還能與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)聲音測(cè)量數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充，以更全面地評(píng)估和管理電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的噪音。
測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境聲音水平
許多噪音條例（例如馬薩諸塞州環(huán)境保護(hù)部的噪音規(guī)定）規(guī)定工業(yè)設(shè)施的聲音水平不得超過(guò)環(huán)境條件的閾值。這些環(huán)境的聲音水平需要在工業(yè)設(shè)施安裝之前或在設(shè)施完全關(guān)閉時(shí)確定。通常在相對(duì)平靜的天氣中測(cè)量一周或更長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境聲音，以獲得現(xiàn)場(chǎng)聲音環(huán)境的完整特征。由于噪音限值與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件有關(guān)，因此安靜區(qū)域需要比嘈雜的區(qū)域更低的限值。
其他地方的噪音條例通常會(huì)規(guī)定電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音的固定上限。這可能不一定需要在現(xiàn)場(chǎng)研究來(lái)證明合規(guī)性，但是通常推薦環(huán)境噪音測(cè)量方法來(lái)幫助將建模工作的結(jié)果置于現(xiàn)有環(huán)境的場(chǎng)景中。
采取措施控制噪音
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的噪音控制是一個(gè)不斷改進(jìn)的過(guò)程。如果產(chǎn)生噪音的設(shè)備的設(shè)計(jì)和布局超過(guò)工程項(xiàng)目的有關(guān)噪音限制，那么聲學(xué)顧問(wèn)需要設(shè)計(jì)新的解決方案，以降低噪音水平。通過(guò)考慮源/路徑/接收器模型，可以找到噪音問(wèn)題的有效解決方案。
儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商可以將不同的緩解措施添加到設(shè)施和周邊地區(qū)的聲學(xué)模型中。當(dāng)預(yù)測(cè)的聲音水平符合電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有關(guān)噪音標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以有效地控制噪音。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝完成之后的聲音測(cè)量
在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝完成之后測(cè)量聲音水平，以證明符合該地點(diǎn)的噪音標(biāo)準(zhǔn)。這通常是在夜間環(huán)境聲音最小的時(shí)候進(jìn)行的，可能包括在一段時(shí)間內(nèi)開(kāi)啟和關(guān)閉電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的所有設(shè)備，以充分表征其整體噪音。
對(duì)于測(cè)量環(huán)境聲音的設(shè)備，要求具有國(guó)際上有關(guān)測(cè)量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度。這些設(shè)備按精度和性能等方面進(jìn)分類(lèi)。而在監(jiān)管或遭到訴訟情況下，未能使用適當(dāng)?shù)穆曇魷y(cè)量設(shè)備可能會(huì)使研究報(bào)告失去價(jià)值。
圖5 使用聲級(jí)計(jì)測(cè)量光伏系統(tǒng)的噪音
不要認(rèn)為噪音是一種理所當(dāng)然的現(xiàn)象
在規(guī)劃電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)地時(shí)，不應(yīng)將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)存在的噪音視為一種理所當(dāng)然的現(xiàn)象。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商尋求聲學(xué)顧問(wèn)幫助至關(guān)重要，以采取有效的噪音控制措施。在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段就需要考慮如何降低噪音，能夠避免未來(lái)可能出現(xiàn)的監(jiān)管難題和公共關(guān)系方面挑戰(zhàn)。通過(guò)精心策劃的方法和高效的噪音控制措施，在確保電池儲(chǔ)能系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)的同時(shí)不會(huì)對(duì)周邊的居民造成噪音干擾。
