Základní kompozice a pracovní princip systému fotovoltaické energie
Systém skladování energie fotovoltaické elektrárny je vysoce integrovaný systém řízení energie, jehož hlavní funkcí je dosáhnout prostorového překladu elektrické energie a vyřešit přerušované a kolísavé problémy s výrobou fotovoltaické energie. Systém se skládá hlavně z jádrových komponent, jako jsou jednotky pro výrobu energie fotovoltaického, bateriové baterie, obousměrné převodníky (PC), systémy pro správu energie (EMS) a distribuční systémy, které vytvářejí kompletní pracovní smyčku.
Jako konec vstupu energie systému fotovoltaické moduly používají jedno krystalické křemík nebo polykrystalické křemíkové technologii, přičemž účinnost konverze obecně dosahuje 18% -22%. Za standardních testovacích podmínek (STC) může roční výroba energie každého kilowattu fotovoltaického modulu dosáhnout 1200-1600 kWh, v závislosti na geografickém umístění a úhlu instalace. Poté, co je DC elektřina generovaná komponenty shromažďována skrz kombinovaná skříňka, je některé z ní přímo převedeno na střídavosti střídačem, aby dodával zátěž nebo byl připojen k mřížce, zatímco druhá část je nabíjena do baterie pro skladování energie přes DC\/DC převodník.
Baterie pro skladování energie je jádrovou energií ukládací médium systému. V současné době jsou používáním běžného proudu baterie lithiového železa (LFP) s napětím s jedním buňkami 3,2 V, hustotou energie 160-200 WH\/kg a životností cyklu více než 6000krát (80% míra zadržování kapacity). Systém správy baterií (BMS) monitoruje napětí, teplotu a stav SOC každé baterie v reálném čase, aby se zajistilo, že systém pracuje v bezpečném rozsahu. Pokročilé BMS může také dosáhnout aktivního vyvážení a kontrolovat rozdíl napětí mezi jednotlivými buňkami v baterii v rámci ± 50 mV, což výrazně prodlouží životnost baterie.
Obousměrný převodník (PCS) je klíčové zařízení, které spojuje systémy skladování energie DC s napájecími sítěmi střídavého proudu. Moderní počítače používají zařízení IGBT nebo SIC a účinnost převodu může dosáhnout více než 98%. Mezi jeho základní funkce zahrnují: dosažení obousměrné přeměny mezi AC a DC, nastavení výstupního výstupního faktoru (obvykle v rozmezí 0.
Systém řízení energie (EMS) je mozek celého systému a přijímá hierarchickou kontrolní architekturu. Horní vrstva činí rozhodnutí o plánování energie na základě algoritmů umělé inteligence, zatímco dolní vrstva dosahuje ovládání úrovně zařízení prostřednictvím PLC. Mezi typické funkce patří: Photoltaická predikce energie (pomocí neuronové sítě LSTM, 24- chyba predikce hodiny<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.
Systém distribuce energie zahrnuje transformátory, rozváděče, ochranná zařízení atd., S úrovní napětí obvykle 0. 4KV nebo 10KV. Konstrukce systému musí splňovat standardní požadavky, jako je GB\/T 36547-2018 "Technické předpisy pro elektrochemické systémy pro skladování energie připojené k distribučním sítím", aby se zajistila bezpečnost připojení mřížky. Funkce ochrany proti zpětnému toku a ochrana ostrova jsou nezbytné a požadavek na čas na ochranu je menší než 200 ms.
Srovnání a výběr technologií pro skladování energie běžného
Aktuální dostupné technologie skladování energie pro fotovoltaické elektrárny zahrnují hlavně tři kategorie: elektrochemické ukládání energie, skladování mechanické energie a skladování elektromagnetického energie. V praktických aplikacích dominuje elektrochemické skladování energie díky své vysoké flexibilitě a rychlé rychlosti odezvy, mezi nimiž jsou nejvíce široce používány lithium-iontové baterie.
Baterie lithiakového fosfátu (LFP) jsou v současné době preferovanou volbou pro fotovoltaické elektrárny, přičemž jejich základní výhody se odrážejí ve třech aspektech: bezpečnost, s teplotou tepelného útěku přesahující 200 stupňů, mnohem vyšší než 150 stupňů ternárních materiálů; Pokud jde o životnost cyklu, může dosáhnout více než 6000 cyklů pod 80% podmínek hlubokého vypouštění (DOD); Pokud jde o náklady, s technologickým pokrokem, byla systémová cena snížena na 1. 2-1. 5 Yuan\/Wh. Naměřená data projektu 100MWH ukazují, že celková účinnost bateriového systému LFP dosahuje 92%, s roční mírou rozpadu<2%.
V určitém rozsahu se stále používají olověné kyselé baterie jako tradiční technologie. Jeho výhoda spočívá v jeho nízké počáteční investici (asi {{0}}. Nevýhody jsou však také zřejmé: životnost cyklu je pouze 500-1200 časy (50% DOD), hustota energie je 30-50 wh\/kg a existuje riziko znečištění olova. Olověné kyselé baterie byly postupně postupně vyřazovány v situacích, které vyžadují skladování energie s velkou kapacitou.
Průtokové baterie (jako jsou všechny baterie vanadium) jsou vhodné pro dlouhodobé skladování energie (4-8 hodiny), s životností cyklu více než 10000krát a bez problémů s degradací. Ale hustota energie je pouze 20-30 wh\/kg, účinnost systému je 70% -75% a počáteční investice je stejně vysoká jako 3-4 yuan\/wh. V současné době se používá hlavně pro skladování energie na straně mřížky a méně běžně se používá ve fotovoltaických elektrárnách.
Vznikající iontová baterie sodíku přitahovala velkou pozornost a její pracovní princip je podobný principu lithium-iontových baterií, ale používá sodíkový prvek s nižší cenou. Laboratorní údaje ukazují, že hustota energie iontových baterií sodíku dosáhla 120-160 wh\/kg, s životností cyklu asi 3000krát a nákladem 20% -30% nižší než LFP. Současná úroveň industrializace je však nedostatečná a praktické případy aplikace projektu jsou omezené.
Technický výběr musí komplexně zvážit několik faktorů: U fotovoltaických elektráren nad 1MW se doporučuje upřednostňovat baterie LFP; U malých systémů mřížky ve vzdálených oblastech lze zvážit olověné baterie, aby se snížily počáteční investice; U aplikací, které vyžadují prodlouženou životnost cyklu, jsou tokové baterie potenciální volbou. Srovnávací analýza 10MW fotovoltaické elektrárny ukazuje, že náklady na celý životní cyklus na používání baterií LFP jsou o 35% nižší než olověné baterie a o 50% nižší než průtokové baterie.
Klíčové technologie systému inteligentního řízení energetiky
Moderní systémy řízení energie se vyvinuly z jednoduchého sběru a monitorování dat na inteligentní mozky s rozhodovacími schopnostmi umělé inteligence. Její základní technologická architektura zahrnuje čtyři úrovně: vrstva vnímání, vrstva sítě, vrstva platformy a vrstvu aplikací.
Vnímací vrstva shromažďuje data v reálném čase prostřednictvím různých senzorů: fotovoltaické pole je vybaveno skenerem IV křivky, který může detekovat kaskádové poruchy; Instalace senzorů napětí\/teploty pro bateriové systémy (přesnost ± 0. 5%); PC jsou vybaveny analyzátorem kvality energie (vzorkovací rychlost 256 bodů na cyklus). Podle statistik z určitého projektu vyžaduje typický 10MW systém nasazení více než 2000 monitorovacích bodů, s datovým obnovovací frekvencí až 100 ms.
Síťová vrstva přijímá hybridní síťový přístup průmyslové ethernetové a bezdrátové soukromé sítě. Klíčové kontrolní signály jsou přenášeny optickými vlákny, aby se zajistilo zpoždění menší než 10 ms; Ne kritická data mohou být přenášena pomocí bezdrátových technologií, jako je LORA. Protokol systémové komunikace musí podporovat více standardů, jako jsou IEC 61850 a Modbus, aby se dosáhlo propojení a interoperability zařízení.
Jádrem vrstvy platformy je technologie digitálních dvojčat, která dosahuje tři základní funkce vytvořením virtuálního mapování fyzického systému: Photovoltaická predikce výroby energie přijímá hybridní model LSTM+, kombinovaný s numerickým předpovídáním počasí (NWP), pro kontrolu chyby 72 hodin v 10%; Prognóza zatížení je založena na učení hlubokého vyztužení (DRL), s ohledem na režimy všední den\/svátky, s přesností 92%; Optimalizujte aplikaci plánování pomocí algoritmu s víceobjektivním dynamickým programováním, zatímco zvažte 7 optimalizačních cílů, jako je rozdíl cen elektřiny, útlum baterie a poptávka po mřížce.
Aplikační vrstva implementuje specifické obchodní funkce: Modul ekonomického expedice podporuje Peak Valley Arbitrage (analýza místních 3- ročních údajů o ceně elektřiny, automaticky optimalizuje nabíjení a vybíjení období), správu poptávky (předpovídání měsíční maximální poptávky a ušetření základních nákladů na elektřinu); Pomocný servisní modul se může účastnit trhů, jako je regulace frekvence (doba odezvy<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.
Skutečná provozní data projektu 5 0 MW Photovoltaic Energy Storage Storage ukazuje, že inteligentní EMS zvýšila příjmy systému o 28%. Mezi nimi získal další příjem 0,15 juanů\/kWh účastí na pomocných službách FM; Snižte opuštěné sluneční ztráty o 12% prostřednictvím přesného předpovídání zátěže; Optimalizací strategie nabíjení a vypouštění baterie se životnost baterie prodloužila o 17%. Doba návratnosti investičního systému byla zkrácena z 7,5 let na 5,8 let.
