Основен състав и принцип на работа на системата за съхранение на фотоволтаична енергия
Системата за съхранение на енергия на фотоволтаична електроцентрала е силно интегрирана система за управление на енергията, чиято основна функция е да се постигне пространствено -временният превод на електрическата енергия и да разреши периодичните и колебаещи се проблеми на генерирането на фотоволтаично енергия. Системата се състои главно от основни компоненти като фотоволтаични единици за производство на енергия, батерии за съхранение на енергия, двупосочни преобразуватели (PCS), системи за управление на енергията (EMS) и разпределителни системи, образувайки пълен работен цикъл.
Като край на енергийния вход на системата, фотоволтаичните модули използват еднокристален силиций или поликристална силиконова технология, като ефективността на конверсия обикновено достига 18% -22%. При стандартни тестови условия (STC), годишното генериране на електроенергия на всеки киловат от фотоволтаичен модул може да достигне {{2} kWh, в зависимост от географското местоположение и ъгъла на инсталиране. След като DC електричеството, генерирано от компонентите, се събира през комбинираната кутия, част от тях се преобразува директно в променливотоковия електричество от инвертора, за да се достави натоварването или да бъде свързано към мрежата, докато другата част се зарежда към батерията за съхранение на енергия през DC\/DC конвертора.
Батерията за съхранение на енергия е основната среда за съхранение на енергия на системата. Понастоящем основната употреба е литиево желязо фосфатни батерии (LFP), с едно клетъчно напрежение от 3.2V, енергийна плътност 160-200 WH\/kg и цикъл живот над 6000 пъти (80% скорост на задържане на капацитета). Системата за управление на батерията (BMS) следи напрежението, температурата и статуса на SOC на всяка батерия в реално време, за да гарантира, че системата работи в безопасен диапазон. Разширените BMS също могат да постигнат активно балансиране, контролирайки разликата в напрежението между отделните клетки в батерията в рамките на ± 50 mv, като значително удължават живота на батерията.
Двупосочният преобразувател (PCS) е ключово оборудване, което свързва DC системите за съхранение на енергия с променливи мрежи. Съвременните компютри използват IGBT или SIC захранващи устройства, а ефективността на преобразуване може да достигне над 98%. Основните му функции включват: постигане на двупосочно преобразуване между AC и DC, регулиране на коефициента на изходна мощност (обикновено в рамките на ± 0. 9), осигурявайки ниско напрежение през (LVRT) в рамките на 2MS и т.н. В случай на повреда на електрическата мрежа, PCS може да завърши превключване на режим в рамките на 2ms, за да осигури стабилна работа на системата.
Системата за управление на енергията (EMS) е мозъкът на цялата система и приема йерархична архитектура за контрол. Горният слой взема решения за планиране на енергия въз основа на алгоритмите за изкуствен интелект, докато долният слой постига контрол на нивото на устройството чрез PLC. Типичните функции включват: Прогнозиране на фотоволтаичното производство на енергия (с помощта на LSTM невронна мрежа, 24- грешка в прогнозата<8%), load demand forecasting, economic optimization scheduling, etc. Modern EMS also supports remote monitoring and fault diagnosis, and achieves cloud management through 4G/5G networks.
Системата за разпределение на мощността включва трансформатори, разпределителни уреди, защитни устройства и т.н., с ниво на напрежение, обикновено 0. 4kV или 10kV. Дизайнът на системата трябва да отговаря на стандартните изисквания като GB\/T 36547-2018 "Технически разпоредби за електрохимични системи за съхранение на енергия, свързани с разпределителни мрежи", за да се гарантира безопасността на връзката на мрежата. Функциите на противозачатъчната защита и защитата на островата са от съществено значение, а изискването за време за защита е по -малко от 200ms.
Сравнение и подбор на основни технологии за съхранение на енергия
Настоящите налични технологии за съхранение на енергия за фотоволтаични електроцентрали включват главно три категории: електрохимично съхранение на енергия, механично съхранение на енергия и съхранение на електромагнитна енергия. В практически приложения електрохимичните съхранение на енергия доминират поради високата си гъвкавост и бързата скорост на реакция, сред които най-широко използваните литиево-йонни батерии са най-широко използвани.
Понастоящем батериите с литиево желязо (LFP) са предпочитаният избор за фотоволтаични електроцентрали, като основните им предимства се отразяват в три аспекта: безопасност, с термична температура на настъпване над 200 градуса, далеч по -висока от 150 градуса на тройните материали; По отношение на живота на цикъла, той може да достигне над 6000 цикъла при 80% дълбоки условия на изхвърляне (DOD); По отношение на разходите, с технологичния прогрес, цената на системата е намалена до 1. 2-1. 5 юана\/wh. Измерените данни на проект от 100 mwh показват, че общата ефективност на системата на батерията на LFP достига 92%, с годишен процент на разпадане на<2%.
Водещите киселинни батерии като традиционна технология все още се използват в определен диапазон. Предимството му се крие в ниската му първоначална инвестиция (около {{0}}. 8-1. 0 Yuan\/WH) и висока технологична зрялост. Но недостатъците също са очевидни: Животът на цикъла е само 500-1200 пъти (50% doD), енергийната плътност е 30-50 wh\/kg и съществува риск от замърсяване на олово. Батериите с оловни киселини постепенно се премахват в ситуации, които изискват съхранение на енергия с голям капацитет.
Батериите на потока (като всички батерии на ванадий) са подходящи за дългосрочно съхранение на енергия (4-8 часа), с цикъл живот над 10000 пъти и без проблеми с деградацията. Но енергийната плътност е само 20-30 wh\/kg, ефективността на системата е 70% -75%, а първоначалната инвестиция е толкова висока, колкото 3-4 yuan\/wh. Понастоящем той се използва главно за съхранение на енергия от страна на мрежата и се използва по -рядко във фотоволтаичните електроцентрали.
Възникващата натриева йонна батерия привлече много внимание, а принципът му на работа е подобен на този на литиево-йонните батерии, но използва натриев елемент с по-ниска цена. Лабораторните данни показват, че енергийната плътност на натриевите йонни батерии е достигнала 120-160 WH\/kg, с живот на цикъла около 3000 пъти и цена 20% -30% по -ниска от LFP. Настоящото ниво на индустриализация обаче е недостатъчно и практическите случаи на кандидатстване на проекти са ограничени.
Техническият подбор трябва да разгледа цялостно множество фактори: За фотоволтаичните електроцентрали над 1MW се препоръчва да се приоритизират LFP батериите; За малки мрежови системи в отдалечени райони може да се счита, че оловно-кисели батерии за намаляване на първоначалните инвестиции; За приложения, които изискват удължен живот на цикъла, батериите на потока са потенциален избор. Сравнителен анализ на 10MW фотоволтаична електроцентрала показва, че пълната цена на жизнения цикъл за използване на LFP батерии е 35% по-ниска от батериите на олово-киселина и 50% по-ниска от батериите на потока.
Основни технологии на интелигентната система за управление на енергията
Съвременните системи за управление на енергията са се развили от просто събиране на данни и мониторинг до интелигентни мозъци с възможности за вземане на решения за изкуствен интелект. Основната му технологична архитектура включва четири нива: слой възприятие, мрежов слой, слой на платформата и слой на приложение.
Слоят за възприятие събира данни в реално време чрез различни сензори: Фотоволтаичният масив е оборудван с IV скенер за крива, който може да открие каскадни неизправности; Инсталиране на сензори за напрежение\/температура за системи на батерията (точност ± 0. 5%); PCS е оборудван с анализатор за качество на мощността (скорост на вземане на проби от 256 точки на цикъл). Според статистиката на определен проект, типичната 10MW система изисква внедряване на над 2000 точки за наблюдение, със скорост на опресняване на данните до 100ms.
Мрежовият слой възприема хибриден подход за работа в мрежата на индустриалната Ethernet и безжичната частна мрежа. Ключовите контролни сигнали се предават през оптични влакна, за да се осигури забавяне по -малко от 10 ms; Не критичните данни могат да се предават с помощта на безжични технологии като Lora. Протоколът за комуникация на системата трябва да поддържа множество стандарти като IEC 61850 и MODBUS за постигане на взаимосвързаност и оперативна съвместимост на устройството.
Ядрото на слоя на платформата е Digital Twin Technology, която постига три основни функции чрез установяване на виртуално картографиране на физическата система: Прогнозата за генериране на фотоволтаично производство на енергия приема LSTM+хибриден модел, комбиниран с числено прогнозиране на времето (NWP), за да се контролира 72 -часовата грешка при прогнозиране в рамките на 10%; Прогнозата за натоварване се основава на дълбоко укрепване на обучението (DRL), като се имат предвид режимите на делнични\/празници, с точност 92%; Оптимизирайте приложението за планиране с многообективен алгоритъм за динамично програмиране, като същевременно разгледате 7 целите за оптимизация като разлика в цената на електроенергията, затихване на батерията и търсенето на мрежата.
Приложният слой реализира специфични бизнес функции: Модулът за икономически диспечери поддържа арбитраж на върховата долина (анализирайки локални данни за цената на електроенергията, автоматично оптимизиране на периодите на зареждане и изхвърляне), управление на търсенето (прогнозиране на месечното максимално търсене, спестяване на основни разходи за електроенергия); Модулът за спомагателни услуги може да участва на пазари като регулиране на честотата (време за отговор<500ms) and peak shaving (adjustment amplitude ± 20% Pn); The operation and maintenance management module has functions such as fault warning (predicting equipment failures 24 hours in advance with an accuracy rate of 85%) and energy efficiency analysis.
Действителните оперативни данни на 5 {2}} MW проект за фотоволтаично съхранение на енергия показват, че интелигентните EMS увеличават приходите от системата с 28%. Сред тях получаването на допълнителен доход от 0,15 юана\/kWh, като участва в спомагателните услуги на FM; Намаляване на изоставените слънчеви загуби с 12% чрез точно прогнозиране на натоварването; Чрез оптимизиране на стратегията за зареждане и зареждане на батерията животът на батерията е удължен със 17%. Периодът на изплащане на инвестициите на системата е съкратен от 7,5 години до 5,8 години.
