Thành phần cơ bản và nguyên tắc làm việc của hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện
Hệ thống lưu trữ năng lượng của nhà máy điện quang điện là một hệ thống quản lý năng lượng tích hợp cao, có chức năng cốt lõi là đạt được dịch không gian của năng lượng điện và giải quyết các vấn đề không liên tục và dao động của việc phát điện quang điện. Hệ thống này chủ yếu bao gồm các thành phần cốt lõi như các đơn vị phát điện quang điện, bộ pin lưu trữ năng lượng, bộ chuyển đổi hai chiều (PCS), hệ thống quản lý năng lượng (EMS) và hệ thống phân phối, tạo thành một vòng hoạt động hoàn chỉnh.
Là đầu vào năng lượng của hệ thống, các mô -đun quang điện sử dụng công nghệ silicon tinh thể đơn hoặc polycrystalline, với hiệu suất chuyển đổi thường đạt 18% -22%. Trong các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC), việc tạo năng lượng hàng năm của mỗi kilowatt của mô -đun quang điện có thể đạt đến 1200-1600 kWh, tùy thuộc vào vị trí địa lý và góc cài đặt. Sau khi điện DC được tạo ra bởi các bộ phận được thu thập thông qua hộp kết hợp, một số trong đó được chuyển đổi trực tiếp thành điện AC bởi biến tần để cung cấp tải hoặc được kết nối với lưới, trong khi phần khác được sạc vào pin lưu trữ năng lượng thông qua bộ chuyển đổi DC\/DC.
Bộ pin lưu trữ năng lượng là phương tiện lưu trữ năng lượng cốt lõi của hệ thống. Hiện tại, việc sử dụng chính là pin lithium sắt phosphate (LFP), với một điện áp tế bào duy nhất là 3,2V, mật độ năng lượng là 160-200 wh\/kg và tuổi thọ chu kỳ trên 6000 lần (tốc độ duy trì công suất 80%). Hệ thống quản lý pin (BMS) theo dõi điện áp, nhiệt độ và trạng thái SOC của từng pin trong thời gian thực để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động trong một phạm vi an toàn. BMS nâng cao cũng có thể đạt được sự cân bằng tích cực, kiểm soát chênh lệch điện áp giữa các ô riêng lẻ trong bộ pin trong vòng ± 50mV, kéo dài đáng kể thời lượng pin.
Bộ chuyển đổi hai chiều (PCS) là một thiết bị chính kết nối các hệ thống lưu trữ năng lượng DC với lưới điện AC. PC hiện đại sử dụng các thiết bị năng lượng IGBT hoặc SIC và hiệu quả chuyển đổi có thể đạt hơn 98%. Các chức năng cốt lõi của nó bao gồm: đạt được chuyển đổi hai chiều giữa AC và DC, điều chỉnh hệ số công suất đầu ra (thường trong ± 0. 9), cung cấp việc đi xe điện áp thấp thông qua khả năng (LVRT), v.v.
Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) là bộ não của toàn bộ hệ thống và áp dụng kiến trúc kiểm soát phân cấp. Lớp trên đưa ra các quyết định lập kế hoạch năng lượng dựa trên các thuật toán trí tuệ nhân tạo, trong khi lớp thấp hơn đạt được điều khiển mức độ thiết bị thông qua PLC. Các chức năng điển hình bao gồm: Dự đoán phát điện quang điện (sử dụng mạng thần kinh LSTM, 24- Lỗi dự đoán giờ<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.
Hệ thống phân phối năng lượng bao gồm các máy biến áp, thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ, v.v., với mức điện áp thường là 0. 4kV hoặc 10kV. Thiết kế hệ thống phải tuân thủ các yêu cầu tiêu chuẩn như GB\/T 36547-2018 "Các quy định kỹ thuật cho các hệ thống lưu trữ năng lượng điện hóa được kết nối với mạng phân phối" để đảm bảo an toàn kết nối lưới. Các chức năng của bảo vệ dòng chảy ngược và bảo vệ đảo là rất cần thiết, và yêu cầu thời gian hành động bảo vệ là ít hơn 200ms.
So sánh và lựa chọn các công nghệ lưu trữ năng lượng chính thống
Các công nghệ lưu trữ năng lượng hiện có cho các nhà máy điện quang điện chủ yếu bao gồm ba loại: lưu trữ năng lượng điện hóa, lưu trữ năng lượng cơ học và lưu trữ năng lượng điện từ. Trong các ứng dụng thực tế, lưu trữ năng lượng điện hóa chi phối do tính linh hoạt cao và tốc độ phản ứng nhanh, trong đó pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi nhất.
Pin Lithium Iron Phosphate (LFP) hiện là lựa chọn ưa thích cho các nhà máy điện quang điện, với lợi thế cốt lõi của chúng được phản ánh trong ba khía cạnh: an toàn, với nhiệt độ khởi phát nhiệt vượt quá 200 độ, cao hơn nhiều so với 150 độ của vật liệu ternary; Về tuổi thọ chu kỳ, nó có thể đạt đến hơn 6000 chu kỳ theo điều kiện phóng điện sâu (DoD) sâu 80%; Về chi phí, với tiến trình công nghệ, giá hệ thống đã giảm xuống còn 1. 2-1. 5 nhân dân tệ\/wh. Dữ liệu đo lường của dự án 100mWH cho thấy hiệu quả tổng thể của hệ thống pin LFP đạt 92%, với tỷ lệ phân rã hàng năm là<2%.
Pin axit chì, như một công nghệ truyền thống, vẫn được sử dụng trong một phạm vi nhất định. Ưu điểm của nó nằm ở khoản đầu tư ban đầu thấp của nó (về {{0}}. 8-1. 0 Yuan\/wh) và trưởng thành công nghệ cao. Nhưng những nhược điểm cũng rõ ràng: tuổi thọ chu kỳ chỉ là 500-1200 lần (50% DoD), mật độ năng lượng là 30-50 wh\/kg, và có nguy cơ ô nhiễm chì. Pin axit chì đã dần dần bị loại bỏ trong các tình huống đòi hỏi lưu trữ năng lượng công suất lớn.
Pin dòng chảy (như tất cả các pin dòng chảy Vanadi) phù hợp để lưu trữ năng lượng dài hạn (4-8 giờ), với tuổi thọ chu kỳ hơn 10000 lần và không có vấn đề suy thoái. Nhưng mật độ năng lượng chỉ là 20-30 wh\/kg, hiệu quả của hệ thống là 70% -75% và đầu tư ban đầu cao như 3-4 Yuan\/wh. Hiện tại, nó chủ yếu được sử dụng để lưu trữ năng lượng ở phía lưới và ít được sử dụng trong các nhà máy điện quang điện.
Pin natri ion mới nổi đã thu hút nhiều sự chú ý và nguyên tắc làm việc của nó tương tự như pin lithium-ion, nhưng nó sử dụng nguyên tố natri có giá thấp hơn. Dữ liệu trong phòng thí nghiệm cho thấy mật độ năng lượng của pin ion natri đã đạt đến 120-160 wh\/kg, với tuổi thọ chu kỳ khoảng 3000 lần và chi phí 20% -30% thấp hơn LFP. Tuy nhiên, mức độ công nghiệp hóa hiện tại là không đủ và các trường hợp ứng dụng dự án thực tế bị hạn chế.
Lựa chọn kỹ thuật cần xem xét nhiều yếu tố một cách toàn diện: Đối với các nhà máy điện quang điện trên 1MW, nên ưu tiên ưu tiên pin LFP; Đối với các hệ thống lưới nhỏ ở các vùng xa xôi, pin axit chì có thể được xem xét để giảm đầu tư ban đầu; Đối với các ứng dụng đòi hỏi một vòng đời kéo dài, pin Flow là một lựa chọn tiềm năng. Phân tích so sánh của nhà máy điện quang điện 10MW cho thấy chi phí vòng đời đầy đủ của việc sử dụng pin LFP thấp hơn 35% so với pin axit-chì và thấp hơn 50% so với pin dòng chảy.
Công nghệ chính của hệ thống quản lý năng lượng thông minh
Các hệ thống quản lý năng lượng hiện đại đã phát triển từ việc thu thập và giám sát dữ liệu đơn giản đến bộ não thông minh với khả năng ra quyết định trí tuệ nhân tạo. Kiến trúc công nghệ cốt lõi của nó bao gồm bốn cấp độ: lớp nhận thức, lớp mạng, lớp nền tảng và lớp ứng dụng.
Lớp nhận thức thu thập dữ liệu thời gian thực thông qua các cảm biến khác nhau: mảng quang điện được trang bị máy quét đường cong IV, có thể phát hiện các lỗi xếp tầng; Lắp đặt cảm biến điện áp\/nhiệt độ cho các hệ thống pin (độ chính xác ± 0. 5%); PC được trang bị máy phân tích chất lượng năng lượng (tốc độ lấy mẫu 256 điểm mỗi chu kỳ). Theo số liệu thống kê từ một dự án nhất định, một hệ thống 10MW điển hình yêu cầu triển khai hơn 2000 điểm giám sát, với tốc độ làm mới dữ liệu lên tới 100ms.
Lớp mạng áp dụng một cách tiếp cận mạng lai của Ethernet công nghiệp và mạng riêng không dây. Tín hiệu điều khiển chính được truyền qua các sợi quang để đảm bảo độ trễ dưới 10ms; Dữ liệu không quan trọng có thể được truyền đi bằng các công nghệ không dây như Lora. Giao thức truyền thông hệ thống cần hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn như IEC 61850 và MODBUS để đạt được kết nối và khả năng tương tác của thiết bị.
Cốt lõi của lớp nền tảng là công nghệ sinh đôi kỹ thuật số, đạt được ba chức năng cốt lõi bằng cách thiết lập ánh xạ ảo của hệ thống vật lý: Dự đoán phát điện quang điện áp dụng mô hình lai chú ý LSTM+, kết hợp với dự báo thời tiết số (NWP), để kiểm soát lỗi dự đoán 72 giờ trong vòng 10%; Dự báo tải dựa trên học tập củng cố sâu (DRL), xem xét các chế độ trong tuần\/kỳ nghỉ, với độ chính xác là 92%; Tối ưu hóa ứng dụng lập lịch với thuật toán lập trình động đa mục tiêu, trong khi xem xét 7 mục tiêu tối ưu hóa như chênh lệch giá điện, suy giảm pin và nhu cầu lưới.
Lớp ứng dụng thực hiện các chức năng kinh doanh cụ thể: Mô -đun công văn kinh tế hỗ trợ phân tích tại Thung lũng Đỉnh (phân tích dữ liệu giá điện 3- năm, tự động tối ưu hóa thời gian sạc và xả), quản lý nhu cầu (dự đoán nhu cầu tối đa hàng tháng, tiết kiệm chi phí điện cơ bản); Mô -đun dịch vụ phụ trợ có thể tham gia vào các thị trường như quy định tần số (thời gian phản hồi<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.
Dữ liệu hoạt động thực tế của dự án lưu trữ năng lượng quang điện 5 {2}} MW cho thấy EMS thông minh đã tăng doanh thu hệ thống lên 28%. Trong số đó, có được thu nhập bổ sung 0,15 nhân dân tệ\/kWh bằng cách tham gia vào các dịch vụ phụ trợ của FM; Giảm 12% tổn thất năng lượng mặt trời bị bỏ rơi thông qua dự báo tải chính xác; Bằng cách tối ưu hóa chiến lược sạc và xả pin, thời lượng pin đã được kéo dài 17%. Thời gian hoàn vốn đầu tư của hệ thống đã được rút ngắn từ 7,5 năm xuống còn 5,8 năm.
