Basissamenstelling en werkingsprincipe van fotovoltaïsche energieopslagsysteem
Het energieopslagsysteem van een fotovoltaïsche krachtcentrale is een sterk geïntegreerd energiebeheersysteem, waarvan de kernfunctie is om de spatiotemporele vertaling van elektrische energie te bereiken en de intermitterende en fluctuerende problemen van fotovoltaïsche stroomopwekking op te lossen. Het systeem bestaat voornamelijk uit kerncomponenten zoals fotovoltaïsche stroomopwekkingseenheden, batterijpakketten voor energieopslag, bidirectionele converters (PCS), Energy Management Systems (EMS) en distributiesystemen, die een complete werkende lus vormen.
Aangezien het energie -input -uiteinde van het systeem, gebruiken fotovoltaïsche modules een silicium met één kristallen of polykristallijne siliciumtechnologie, met een conversie -efficiëntie die in het algemeen 18% -22% bereikt. Onder standaard testomstandigheden (STC) kan de jaarlijkse stroomopwekking van elke kilowatt fotovoltaïsche module 1200-1600 kWh bereiken, afhankelijk van de geografische locatie en installatiehoek. Nadat de door de componenten gegenereerde DC -elektriciteit door de combinatiedoos is verzameld, wordt een deel ervan door de omvormer direct omgezet in AC -elektriciteit om de belasting te leveren of te worden aangesloten op het rooster, terwijl het andere deel wordt opgeladen aan de energieopslagbatterij via de DC\/DC -omzetter.
Het batterij van de energieopslag is het kernenergie -opslagmedium van het systeem. Momenteel is het mainstreamgebruik lithiumijzerfosfaatbatterijen (LFP), met een enkele celspanning van 3,2 V, een energiedichtheid van 160-200 WH\/kg, en een cyclusleven van meer dan 6000 keer (80% capaciteitsbehoudsnelheid). Het Battery Management System (BMS) bewaakt de spanning, temperatuur en SOC-status van elke batterij in realtime om ervoor te zorgen dat het systeem binnen een veilig bereik werkt. Geavanceerd BMS kan ook actief balanceren bereiken, het spanningsverschil tussen afzonderlijke cellen in het batterij binnen ± 50 mV regelen, waardoor de levensduur van de batterij aanzienlijk wordt verlengd.
Bidirectionele converter (PCS) is een belangrijke apparatuur die DC -energieopslagsystemen verbindt met AC -vermogensnetten. Moderne pc's gebruiken IGBT- of SIC -stroomapparaten en de conversie -efficiëntie kan meer dan 98%bereiken. De kernfuncties zijn omvatten: het bereiken van bidirectionele conversie tussen AC en DC, het aanpassen van de uitgangsfactor (meestal binnen ± 0. 9), waardoor een lage spanningsrit door (LVRT) mogelijkheden, enz. In het geval van een vermogensrooster, pc's kunnen pc's de modus binnen 2ms maken om een stabiele systeem te garanderen.
Het Energy Management System (EMS) is de hersenen van het hele systeem en neemt een hiërarchische controle -architectuur aan. De bovenste laag neemt beslissingen over energieplanning op basis van kunstmatige intelligentie -algoritmen, terwijl de onderste laag apparaatniveau -regeling bereikt via PLC. Typische functies omvatten: fotovoltaïsche stroomopwekking voorspelling (met behulp van LSTM neuraal netwerk, 24- uur voorspellingsfout<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.
Het stroomdistributiesysteem omvat transformatoren, schakelapparaten, beschermende apparaten, enz., Met een spanningsniveau meestal van 0. 4KV of 10KV. Het systeemontwerp moet voldoen aan standaardvereisten zoals GB\/T 36547-2018 "Technische voorschriften voor elektrochemische energieopslagsystemen die zijn aangesloten op distributienetwerken" om de veiligheid van de roosterverbinding te garanderen. De functies van anti -terugstroombescherming en eilandbescherming zijn essentieel en de vereiste voor beschermingstijd is minder dan 200 ms.
Vergelijking en selectie van mainstream energieopslagtechnologieën
De huidige beschikbare energieopslagtechnologieën voor fotovoltaïsche energiecentrales omvatten voornamelijk drie categorieën: opslag van elektrochemische energie, mechanische energieopslag en opslag van elektromagnetische energie. In praktische toepassingen domineert elektrochemische energieopslag vanwege de hoge flexibiliteit en snelle responssnelheid, waaronder lithium-ionbatterijen het meest worden gebruikt.
Lithiumijzerfosfaat (LFP) batterijen zijn momenteel de voorkeurskeuze voor fotovoltaïsche energiecentrales, met hun kernvoordelen weerspiegeld in drie aspecten: veiligheid, met een thermische weggelopen begintemperatuur van meer dan 200 graden, veel hoger dan de 150 graden ternaire materialen; In termen van het leven op de cyclus kan het meer dan 6000 cycli bereiken onder 80% diepe ontladingscondities (DoD); In termen van kosten, met technologische vooruitgang, is de systeemprijs verlaagd tot 1. 2-1. 5 yuan\/wh. De gemeten gegevens van een 100mWh -project laten zien dat de algehele efficiëntie van het LFP -batterijsysteem 92%bereikt, met een jaarlijks vervalpercentage van<2%.
Loodzuurbatterijen, als een traditionele technologie, worden nog steeds binnen een bepaald bereik gebruikt. Het voordeel ligt in zijn lage initiële investering (ongeveer {{0}}. 8-1. 0 yuan\/wh) en hoge technologische volwassenheid. Maar de nadelen zijn ook duidelijk: de cyclusleven is slechts 500-1200 maal (50% DOD), de energiedichtheid is 30-50 wh\/kg, en er is een risico op loodvervuiling. Loodzuurbatterijen zijn geleidelijk afgebouwd in situaties die grote capaciteitsopslag vereisen.
Stroombatterijen (zoals alle vanadiumstroombatterijen) zijn geschikt voor langdurige energieopslag (4-8 uren), met een cycle-levensduur van meer dan 10000 keer en geen degradatieproblemen. Maar de energiedichtheid is slechts 20-30 wh\/kg, de systeemefficiëntie is 70% -75% en de initiële investering is zo hoog als 3-4 yuan\/wh. Momenteel wordt het voornamelijk gebruikt voor energieopslag aan de rasterzijde en wordt het minder vaak gebruikt in fotovoltaïsche energiecentrales.
De opkomende natriumionbatterij heeft veel aandacht getrokken en het werkprincipe is vergelijkbaar met dat van lithium-ionbatterijen, maar het gebruikt het goedkoper natriumelement. Laboratoriumgegevens tonen aan dat de energiedichtheid van natriumionbatterijen 120-160 wh\/kg heeft bereikt, met een cycle -levensduur van ongeveer 3000 keer en een kost 20% -30% lager dan LFP. Het huidige niveau van industrialisatie is echter onvoldoende en de praktische projecttoepassingsgevallen zijn beperkt.
Technische selectie moet meerdere factoren volledig overwegen: voor fotovoltaïsche energiecentrales boven 1 MW, wordt aanbevolen om prioriteit te geven aan LFP -batterijen; Voor kleine off-grid-systemen in afgelegen gebieden kunnen loodzuurbatterijen worden overwogen om de initiële investeringen te verminderen; Voor toepassingen die een uitgebreide levensduur vereisen, zijn flowbatterijen een potentiële keuze. Vergelijkende analyse van een fotovoltaïsche krachtcentrale van 10 MW toont aan dat de volledige levenscycluskosten van het gebruik van LFP-batterijen 35% lager zijn dan loodzuurbatterijen en 50% lager dan stroombatterijen.
Belangrijkste technologieën van intelligent energiebeheersysteem
Moderne energiebeheersystemen zijn geëvolueerd van eenvoudige gegevensverzameling en monitoring naar intelligente hersenen met besluitvormingsmogelijkheden voor kunstmatige intelligentie. De kerntechnologie -architectuur omvat vier niveaus: perceptielaag, netwerklaag, platformlaag en applicatielaag.
De perceptielaag verzamelt realtime gegevens via verschillende sensoren: de fotovoltaïsche array is uitgerust met een IV-curve-scanner, die trapsgewijze fouten kan detecteren; Installatie van spanning\/temperatuursensoren voor batterijsystemen (nauwkeurigheid ± 0. 5%); PCS is uitgerust met een energiekwaliteitsanalysator (bemonsteringssnelheid van 256 punten per cyclus). Volgens statistieken van een bepaald project vereist een typisch 10 MW -systeem de implementatie van meer dan 2000 monitoringpunten, met een gegevensvernieuwingssnelheid van maximaal 100 ms.
De netwerklaag hanteert een hybride netwerkbenadering van industrieel Ethernet en draadloos privé -netwerk. Belangrijkste besturingssignalen worden verzonden via optische vezels om een vertraging van minder dan 10 ms te garanderen; Niet -kritieke gegevens kunnen worden verzonden met behulp van draadloze technologieën zoals Lora. Het systeemcommunicatieprotocol moet meerdere normen ondersteunen, zoals IEC 61850 en Modbus om apparaatinterconnectie en interoperabiliteit te bereiken.
De kern van de platformlaag is Digital Twin Technology, die drie kernfuncties behaalt door een virtuele mapping van het fysieke systeem op te zetten: fotovoltaïsche voorspelling van stroomopwekking neemt een LSTM+Attention Hybrid -model aan, gecombineerd met numerieke weersvoorspelling (NWP), om de 72 uur voorspellingsfout binnen 10%te regelen; Laadvoorspelling is gebaseerd op diepe versterking leren (DRL), rekening houdend met weekdag\/vakantiemodi, met een nauwkeurigheid van 92%; Optimaliseer de planningstoepassing met multi-objectief dynamisch programmeeralgoritme, terwijl 7 optimalisatiedoelstellingen zoals elektriciteitsprijsverschil, batterij-verzwakking en roostervraag worden overwogen.
De applicatielaag implementeert specifieke bedrijfsfuncties: de economische verzendmodule ondersteunt Peak Valley Arbitrage (het analyseren van lokaal 3- jaar elektriciteitsprijsgegevens, automatisch optimaliseren van laad- en ontlaadperioden), vraagbeheer (voorspelling van maandelijkse maximale vraag, het besparen van basis elektriciteitskosten); De hulpdienstmodule kan deelnemen aan markten zoals frequentieregulering (responstijd<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.
De werkelijke operationele gegevens van een 5 0 MW fotovoltaïsche energieopslagproject laten zien dat intelligente EMS de systeeminkomsten met 28%heeft verhoogd. Onder hen, het verkrijgen van een extra inkomen van 0,15 yuan\/kWh door deel te nemen aan FM -hulpdiensten; Verminderde verlaten zonne -verliezen met 12% verminderen door nauwkeurige belastingvoorspelling; Door de strategie voor het opladen en ontladen van de batterij te optimaliseren, is de levensduur van de batterij met 17%verlengd. De terugverdientijd van het systeem van het systeem is ingekort van 7,5 jaar tot 5,8 jaar.
