Compoziția de bază și principiul de lucru al sistemului fotovoltaic de stocare a energiei
Sistemul de stocare a energiei unei centrale fotovoltaice este un sistem de gestionare a energiei extrem de integrat, a cărui funcție de bază este de a realiza traducerea spatiotemporală a energiei electrice și de a rezolva problemele intermitente și fluctuante ale generarii de energie fotovoltaică. Sistemul constă în principal din componente de bază, cum ar fi unități de generare a energiei fotovoltaice, pachete de baterii de stocare a energiei, convertoare bidirecționale (PC -uri), sisteme de gestionare a energiei (EMS) și sisteme de distribuție, formând o buclă de lucru completă.
Ca capăt de intrare energetic al sistemului, modulele fotovoltaice folosesc tehnologie de siliciu cu un singur cristal sau siliciu policristalin, cu o eficiență de conversie atingând în general 18% -22%. În condiții de testare standard (STC), generarea anuală de energie a fiecărui kilowatt de modul fotovoltaic poate ajunge la 1200-1600 kWh, în funcție de locația geografică și unghiul de instalare. După ce energia electrică DC generată de componente este colectată prin cutia de combinație, o parte din ea este transformată direct în electricitate de alternativă de către invertor pentru a furniza sarcina sau a fi conectată la rețea, în timp ce cealaltă parte este încărcată la bateria de stocare a energiei prin convertorul DC\/DC.
Pachetul de baterii de stocare a energiei este mediul de stocare a energiei de bază al sistemului. În prezent, utilizarea mainstream este bateriile cu fosfat de fier de litiu (LFP), cu o singură tensiune celulară de 3,2V, o densitate energetică de 160-200 WH\/kg și o durată de viață a ciclului de peste 6000 de ori (rata de retenție a capacității de 80%). Sistemul de gestionare a bateriilor (BMS) monitorizează tensiunea, temperatura și starea SOC a fiecărei baterii în timp real pentru a se asigura că sistemul funcționează într-un interval sigur. BMS avansat poate obține, de asemenea, o echilibrare activă, controlând diferența de tensiune între celulele individuale din pachetul de baterii în ± 50mV, prelungind semnificativ durata de viață a bateriei.
Convertorul bidirecțional (PCS) este un echipament cheie care conectează sistemele de stocare a energiei DC cu rețele de curent alternativ. PC -urile moderne folosesc dispozitive de alimentare IGBT sau SIC, iar eficiența de conversie poate atinge peste 98%. Funcțiile sale principale includ: obținerea conversiei bidirecționale între AC și DC, ajustarea factorului de putere de ieșire (de obicei în interiorul ± 0. 9), oferind o călătorie de joasă tensiune prin capacitate (LVRT), etc. În cazul unei defecțiuni a rețelei de putere, PC -urile pot completa modul de comutare a modului de 2MS pentru a asigura funcționarea sistemului stabil.
Sistemul de gestionare a energiei (EMS) este creierul întregului sistem și adoptă o arhitectură de control ierarhic. Stratul superior ia decizii de planificare a energiei bazate pe algoritmi de inteligență artificială, în timp ce stratul inferior atinge controlul nivelului dispozitivului prin PLC. Funcțiile tipice includ: predicția fotovoltaică de generare a puterii (folosind rețeaua neuronală LSTM, 24- eroare de predicție a orei<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.
Sistemul de distribuție a puterii include transformatoare, comutator, dispozitive de protecție etc., cu un nivel de tensiune de obicei de 0. 4KV sau 10kV. Proiectarea sistemului trebuie să respecte cerințele standard, cum ar fi GB\/T 36547-2018 "Reglementări tehnice pentru sistemele electrochimice de stocare a energiei conectate la rețelele de distribuție" pentru a asigura siguranța conexiunii la rețea. Funcțiile de protecție anti -flux și protecție insulară sunt esențiale, iar cerința de timp de acțiune de protecție este mai mică de 200ms.
Comparația și selecția tehnologiilor de stocare a energiei mainstream
Tehnologiile actuale de stocare a energiei disponibile pentru centralele fotovoltaice includ în principal trei categorii: stocare electrochimică a energiei, stocare mecanică de energie și stocare electromagnetică de energie. În aplicații practice, stocarea electrochimică a energiei domină datorită flexibilității ridicate și vitezei de răspuns rapid, printre care bateriile cu litiu-ion sunt cele mai utilizate.
Bateriile cu fosfat de fier de litiu (LFP) sunt în prezent alegerea preferată pentru centralele electrice fotovoltaice, cu avantajele lor de bază reflectate în trei aspecte: siguranță, cu o temperatură de debut termică termică care depășește 200 de grade, mult mai mare decât 150 de grade de materiale ternare; În ceea ce privește durata de viață a ciclului, poate ajunge la peste 6000 de cicluri în condiții de descărcare profundă (DOD) de 80%; În ceea ce privește costurile, cu progresul tehnologic, prețul sistemului a fost redus la 1. 2-1. 5 yuan\/wh. Datele măsurate ale unui proiect de 100MWh arată că eficiența generală a sistemului de baterii LFP atinge 92%, cu o rată anuală de descompunere a<2%.
Bateriile cu acid cu plumb, ca tehnologie tradițională, sunt încă utilizate într -un anumit interval. Avantajul său constă în investiția sa inițială scăzută (aproximativ {{0}}. 8-1. 0 yuan\/wh) și maturitate tehnologică ridicată. Dar dezavantajele sunt, de asemenea, evidente: viața ciclului este doar 500-1200 de ori (50% DOD), densitatea energetică este 30-50 WH\/kg și există un risc de poluare a plumbului. Bateriile cu acid cu plumb au fost treptat treptat în situații care necesită stocare de energie cu capacitate mare.
Bateriile cu flux (cum ar fi toate bateriile cu flux de vanadiu) sunt potrivite pentru stocarea de energie pe termen lung (4-8 ore), cu o durată de viață a ciclului de peste 10000 de ori și fără probleme de degradare. Dar densitatea energetică este doar 20-30 wh\/kg, eficiența sistemului este de 70% -75%, iar investiția inițială este la fel de mare ca 3-4 yuan\/wh. În prezent, este utilizat în principal pentru depozitarea energiei pe partea rețelei și este mai puțin utilizat în centralele electrice fotovoltaice.
Bateria emergentă cu ioni de sodiu a atras multă atenție, iar principiul său de lucru este similar cu cel al bateriilor cu ioni de litiu, dar folosește elementul de sodiu cu preț mai mic. Datele de laborator arată că densitatea energetică a bateriilor cu ioni de sodiu a ajuns la 120-160 WH\/kg, cu o durată de viață a ciclului de aproximativ 3000 de ori și un cost de 20% -30% mai mic decât LFP. Cu toate acestea, nivelul actual de industrializare este insuficient, iar cazurile practice de aplicare a proiectului sunt limitate.
Selecția tehnică trebuie să ia în considerare mai mulți factori în mod cuprinzător: pentru centralele fotovoltaice de peste 1MW, este recomandat să acorde prioritate bateriilor LFP; Pentru sistemele mici de grilă din zonele îndepărtate, pot fi considerate baterii cu plumb-acid pentru a reduce investițiile inițiale; Pentru aplicațiile care necesită o durată de viață extinsă a ciclului, bateriile cu flux sunt o alegere potențială. Analiza comparativă a unei centrale fotovoltaice de 10MW arată că costul complet al ciclului de viață al utilizării bateriilor LFP este cu 35% mai mic decât bateriile cu plumb-acid și cu 50% mai mic decât bateriile cu flux.
Tehnologii cheie ale sistemului inteligent de gestionare a energiei
Sistemele moderne de gestionare a energiei au evoluat de la colectarea și monitorizarea simplă a datelor la creierele inteligente cu capacități de luare a deciziilor de inteligență artificială. Arhitectura sa tehnologică principală include patru niveluri: strat de percepție, strat de rețea, strat de platformă și strat de aplicații.
Stratul de percepție colectează date în timp real prin diverși senzori: tabloul fotovoltaic este echipat cu un scaner de curbă IV, care poate detecta defecțiuni în cascadă; Instalarea senzorilor de tensiune\/temperatură pentru sisteme de baterii (precizie ± 0. 5%); PC -urile sunt echipate cu un analizor de calitate a puterii (rata de eșantionare de 256 de puncte pe ciclu). Conform statisticilor dintr -un anumit proiect, un sistem tipic de 10MW necesită implementarea a peste 2000 de puncte de monitorizare, cu o rată de actualizare a datelor de până la 100ms.
Stratul de rețea adoptă o abordare de rețea hibridă a rețelei private industriale Ethernet și wireless. Semnalele cheie de control sunt transmise prin fibre optice pentru a asigura o întârziere mai mică de 10ms; Datele non -critice pot fi transmise folosind tehnologii wireless, cum ar fi LORA. Protocolul de comunicare a sistemului trebuie să suporte mai multe standarde, cum ar fi IEC 61850 și Modbus, pentru a realiza interconectarea și interoperabilitatea dispozitivului.
Nucleul stratului de platformă este tehnologia Digital Twin, care realizează trei funcții de bază prin stabilirea unei mapare virtuală a sistemului fizic: predicția fotovoltaică de generare a energiei adoptă un model hibrid LSTM+atenție, combinat cu prognoza numerică a meteorologică (NWP), pentru a controla eroarea de predicție de 72 de ore în 10%; Prognoza încărcăturii se bazează pe învățarea profundă a consolidării (DRL), luând în considerare modurile de săptămână\/vacanță, cu o precizie de 92%; Optimizați aplicația de planificare cu algoritmul de programare dinamic multi-obiectiv, în timp ce luând în considerare 7 obiective de optimizare, cum ar fi diferența de preț a energiei electrice, atenuarea bateriei și cererea de rețea.
Stratul de aplicații implementează funcții specifice de afaceri: Modulul de expediere economică acceptă arbitrajul Valley Peak Valley (analizând datele locale 3- an de prețuri ale prețurilor electrice, optimizarea automată a perioadelor de încărcare și descărcare), gestionarea cererii (prezicând cererea maximă lunară, economisind costuri de bază de energie electrică); Modulul de servicii auxiliare poate participa la piețe precum reglarea frecvenței (timpul de răspuns<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.
Datele operaționale reale ale unui proiect de stocare fotovoltaică de 5 0} MW arată că EMS inteligente a crescut veniturile sistemului cu 28%. Printre aceștia, obținerea unui venit suplimentar de 0,15 yuani\/kWh prin participarea la serviciile auxiliare FM; Reducerea pierderilor solare abandonate cu 12% prin prognoza exactă a sarcinii; Prin optimizarea strategiei de încărcare și descărcare a bateriei, durata de viață a bateriei a fost prelungită cu 17%. Perioada de rambursare a investițiilor a sistemului a fost scurtată de la 7,5 ani la 5,8 ani.
