Fotovoltaik enerji depolama sisteminin temel bileşimi ve çalışma prensibi
Bir fotovoltaik elektrik santralinin enerji depolama sistemi, temel işlevi elektrik enerjisinin uzamsal çevirisini elde etmek ve fotovoltaik enerji üretiminin aralıklı ve dalgalanan problemlerini çözmek olan oldukça entegre bir enerji yönetim sistemidir. Sistem esas olarak fotovoltaik enerji üretim birimleri, enerji depolama pil paketleri, çift yönlü dönüştürücüler (PC'ler), enerji yönetim sistemleri (EMS) ve dağıtım sistemlerinden oluşur ve eksiksiz bir çalışma döngüsü oluşturur.
Sistemin enerji girişi sonu olarak, fotovoltaik modüller tek kristal silikon veya polikristalin silikon teknolojisi kullanır, dönüşüm verimliliği genellikle% 18'e ulaşır -22%. Standart test koşulları (STC) altında, fotovoltaik modülün her kilowattının yıllık enerji üretimi, coğrafi konuma ve kurulum açısına bağlı olarak 1200-1600 kWh'ye ulaşabilir. Bileşenler tarafından üretilen DC elektriği birleştirici kutusu aracılığıyla toplandıktan sonra, bazıları yükü sağlamak veya ızgaraya bağlı olmak için invertör tarafından doğrudan AC elektriğine dönüştürülürken, diğer kısım DC\/DC dönüştürücü aracılığıyla enerji depolama piline şarj edilir.
Enerji Depolama Pil Paketi, sistemin temel enerji depolama ortamıdır. Şu anda, ana akım kullanımı, tek bir hücre voltajı 3.2V, 160-200 wh\/kg enerji yoğunluğu ve 6000 katın üzerinde bir döngü ömrü (% 80 kapasiteli tutma hızı) olan lityum demir fosfat pilleri (LFP). Pil Yönetim Sistemi (BMS), sistemin güvenli bir aralıkta çalışmasını sağlamak için her pilin voltajını, sıcaklığını ve SOC durumunu gerçek zamanlı olarak izler. Gelişmiş BM'ler, akü paketindeki münferit hücreler arasındaki voltaj farkını ± 50mV içindeki voltaj farkını kontrol ederek aktif dengeleme sağlayabilir ve pil ömrünü önemli ölçüde genişletebilir.
Çift yönlü dönüştürücü (PCS), DC enerji depolama sistemlerini AC güç ızgaralarıyla bağlayan önemli bir ekipmandır. Modern PC'ler IGBT veya SIC güç cihazları kullanır ve dönüşüm verimliliği%98'in üzerine ulaşabilir. Çekirdek işlevleri şunları içerir: AC ve DC arasında çift yönlü dönüşümün elde edilmesi, çıkış güç faktörünün ayarlanması (genellikle ± 0. 9 dahilinde), (LVRT) yeteneği vb. Düşük voltaj sürüşü sağlar. Bir güç ızgarası arızası durumunda, PC'ler kararlı sistem çalışmasını sağlamak için 2 ms içinde tam mod geçişini tamamlayabilir.
Enerji Yönetim Sistemi (EMS) tüm sistemin beynidir ve hiyerarşik bir kontrol mimarisini benimser. Üst katman, yapay zeka algoritmalarına dayalı enerji planlama kararları verirken, alt katman PLC aracılığıyla cihaz seviyesi kontrolünü elde eder. Tipik işlevler şunları içerir: fotovoltaik enerji üretimi tahmini (LSTM sinir ağı kullanarak, 24- saat tahmin hatası<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.
Güç dağıtım sistemi, genellikle 0. 4kv veya 10kV voltaj seviyesi olan transformatörler, şalt, koruyucu cihazlar vb. İçerir. Sistem tasarımı, ızgara bağlantısı güvenliğini sağlamak için dağıtım ağlarına bağlı elektrokimyasal enerji depolama sistemleri için "GB\/T 36547-2018" teknik düzenlemeler gibi standart gereksinimlere uymalıdır. Backflow önleme koruması ve adama korumasının işlevleri esastır ve koruma eylem süresi gereksinimi 200 ms'den azdır.
Ana enerji depolama teknolojilerinin karşılaştırılması ve seçimi
Fotovoltaik santraller için mevcut mevcut enerji depolama teknolojileri esas olarak üç kategori içerir: elektrokimyasal enerji depolama, mekanik enerji depolama ve elektromanyetik enerji depolama. Pratik uygulamalarda, elektrokimyasal enerji depolama, yüksek esnekliği ve hızlı tepki hızı nedeniyle hâkimdir, burada lityum iyon piller en yaygın olarak kullanılanlardır.
Lityum demir fosfat (LFP) pilleri şu anda fotovoltaik enerji santralleri için tercih edilen seçimdir, temel avantajları üç yönüyle yansıtılır: güvenlik, 200 dereceyi aşan bir termal kaçak başlangıç sıcaklığı, 150 derece üçlü malzemelerden çok daha yüksektir; Döngü ömrü açısından,% 80 derin deşarj (DOD) koşullarının altında 6000'den fazla döngüe ulaşabilir; Maliyet açısından, teknolojik ilerleme ile sistem fiyatı 1'e düşürülmüştür. 2-1. 5 yuan\/wh. 100MWh projenin ölçülen verileri, LFP pil sisteminin genel verimliliğinin yıllık bozulma oranı ile%92'ye ulaştığını göstermektedir.<2%.
Geleneksel bir teknoloji olarak kurşun asit piller hala belirli bir aralıkta kullanılmaktadır. Avantajı düşük ilk yatırımında ({{0}}}. 8-1. 0 yuan\/wh) ve yüksek teknolojik olgunlukta yatmaktadır. Ancak dezavantajlar da açıktır: döngü ömrü sadece 500-1200 zamanlardır (% 50 DOD), enerji yoğunluğu 30-50 Wh\/kg'dır ve kurşun kirliliği riski vardır. Kurşun asit piller, büyük kapasiteli enerji depolama gerektiren durumlarda yavaş yavaş aşamalı olarak kaldırılmıştır.
Akış pilleri (tüm vanadyum akış pilleri gibi), 10000 katın üzerinde bir döngü ömrü ve bozulma sorunu olmayan uzun süreli enerji depolama (4-8 saatleri) için uygundur. Ancak enerji yoğunluğu sadece 20-30 wh\/kg'dır, sistem verimliliği% 70 -75 ve ilk yatırım 3-4 yuan\/wh kadar yüksektir. Şu anda, esas olarak ızgara tarafında enerji depolama için kullanılmaktadır ve fotovoltaik enerji santrallerinde daha az yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ortaya çıkan sodyum iyon pili çok dikkat çekmiştir ve çalışma prensibi lityum iyon pillerinkine benzer, ancak daha düşük fiyatlı sodyum elemanı kullanır. Laboratuvar verileri, sodyum iyon pillerinin enerji yoğunluğunun 120-160 wh\/kg'a ulaştığını, yaklaşık 3000 kat ve maliyet% 20 -30 LFP'den daha düşük olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, mevcut sanayileşme seviyesi yetersizdir ve pratik proje uygulama vakaları sınırlıdır.
Teknik seçimin birden çok faktörü kapsamlı bir şekilde dikkate alması gerekir: 1MW üzerindeki fotovoltaik enerji santralleri için LFP pillere öncelik verilmesi önerilir; Uzak alanlardaki küçük ızgara sistemleri için, kurşun asit piller ilk yatırımı azaltmak için düşünülebilir; Uzatılmış bir döngü ömrü gerektiren uygulamalar için, akış pilleri potansiyel bir seçimdir. 10MW fotovoltaik elektrik istasyonunun karşılaştırmalı analizi, LFP pilleri kullanmanın tam yaşam döngüsü maliyetinin kurşun asit pillerden% 35 daha düşük ve akış pillerinden% 50 daha düşük olduğunu göstermektedir.
Akıllı enerji yönetim sisteminin temel teknolojileri
Modern enerji yönetim sistemleri, basit veri toplama ve izlemeden yapay zeka karar verme yeteneklerine sahip akıllı beyinlere dönüştü. Temel teknoloji mimarisi dört seviye içerir: algı katmanı, ağ katmanı, platform katmanı ve uygulama katmanı.
Algı katmanı, çeşitli sensörler aracılığıyla gerçek zamanlı verileri toplar: fotovoltaik dizi, basamaklı hataları tespit edebilen bir IV eğri tarayıcısı ile donatılmıştır; Pil sistemleri için voltaj\/sıcaklık sensörlerinin kurulumu (doğruluk ± 0.%5); PC'ler bir güç kalitesi analizörü ile donatılmıştır (döngü başına 256 puanlık örnekleme oranı). Belirli bir projeden gelen istatistiklere göre, tipik bir 10MW sistemi, 100 ms'ye kadar veri yenileme hızı ile 2000'den fazla izleme noktasının dağıtılmasını gerektirir.
Ağ katmanı, endüstriyel ethernet ve kablosuz özel ağın hibrit bir ağ yaklaşımını benimser. Anahtar kontrol sinyalleri, 10 ms'den daha az bir gecikme sağlamak için optik lifler yoluyla iletilir; Kritik olmayan veriler, Lora gibi kablosuz teknolojiler kullanılarak iletilebilir. Sistem iletişim protokolünün, cihaz arabağlantı ve birlikte çalışabilirliği elde etmek için IEC 61850 ve Modbus gibi birden fazla standardı desteklemesi gerekir.
Platform katmanının çekirdeği, fiziksel sistemin sanal bir haritasını oluşturarak üç temel işlevi sağlayan dijital ikiz teknolojisidir: fotovoltaik enerji üretimi tahmini,%10 içinde 72 saatlik tahmin hatasını kontrol etmek için sayısal hava tahmini (NWP) ile birlikte bir LSTM+dikkat hibrid modelini benimser; Yük tahmini, hafta içi\/tatil modları göz önüne alındığında,%92'lik bir doğrulukla derin takviye öğrenimine (DRL) dayanmaktadır; Elektrik fiyat farkı, pil zayıflaması ve ızgara talebi gibi 7 optimizasyon hedefini göz önünde bulundururken, çok amaçlı dinamik programlama algoritması ile zamanlama uygulamasını optimize edin.
Uygulama katmanı belirli iş fonksiyonlarını uygular: Ekonomik Dağıtım modülü Peak Valley Arbitrajını (yerel 3- yıl elektrik fiyat verilerini analiz etmek, şarj ve deşarj sürelerini otomatik olarak optimize etmek), talep yönetimini (aylık maksimum talebi tahmin etmek, temel elektrik maliyetlerinden tasarruf etmek) destekler; Yardımcı servis modülü, frekans düzenlemesi (yanıt süresi gibi pazarlara katılabilir<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.
5 0 MW fotovoltaik enerji depolama projesinin gerçek operasyonel verileri, akıllı EMS'nin sistem gelirini%28 oranında artırdığını göstermektedir. Bunlar arasında, FM yardımcı hizmetlerine katılarak 0.15 yuan\/kWh ek gelir elde etmek; Doğru yük tahmini yoluyla terk edilmiş güneş kayıplarını% 12 oranında azaltın; Pil şarjı ve deşarj stratejisini optimize ederek, pil ömrü%17 oranında uzatılmıştır. Sistemin yatırım geri ödeme süresi 7,5 yıldan 5.8 yıla kısalmıştır.
