Composizione di base e principio di lavoro del sistema di accumulo di energia fotovoltaica
Il sistema di accumulo di energia di una centrale elettrica fotovoltaica è un sistema di gestione dell'energia altamente integrato, la cui funzione di base è raggiungere la traduzione spazio -temporale dell'energia elettrica e risolvere i problemi intermittenti e fluttuanti della generazione di energia fotovoltaica. Il sistema è costituito principalmente da componenti di base come unità di generazione di energia fotovoltaica, pacchi batterie di accumulo di energia, convertitori bidirezionali (PC), sistemi di gestione dell'energia (EMS) e sistemi di distribuzione, formando un ciclo di lavoro completo.
Poiché l'estremità di input energetica del sistema, i moduli fotovoltaici utilizzano silicio a cristallo singolo o tecnologia di silicio policristallino, con un'efficienza di conversione che raggiunge generalmente il 18% -22%. In condizioni di prova standard (STC), la generazione di energia annuale di ogni chilowatt del modulo fotovoltaico può raggiungere 1200-1600 kWh, a seconda della posizione geografica e dell'angolo di installazione. Dopo che l'elettricità DC generata dai componenti viene raccolta attraverso la scatola del combinatore, parte di essi viene convertita direttamente in elettricità CA dall'inverter per fornire il carico o essere collegati alla griglia, mentre l'altra parte viene caricata alla batteria di accumulo di energia attraverso il convertitore DC\/DC.
Il pacco batteria di accumulo di energia è il mezzo di accumulo di energia centrale del sistema. Attualmente, l'uso mainstream è le batterie al fosfato di ferro al litio (LFP), con una tensione a cella singola di 3,2 V, una densità di energia di 160-200 WH\/kg e una durata del ciclo di oltre 6000 volte (tasso di ritenzione della capacità dell'80%). Il sistema di gestione delle batterie (BMS) monitora la tensione, la temperatura e lo stato del SOC di ciascuna batteria in tempo reale per garantire che il sistema funzioni entro un intervallo sicuro. I BM avanzati possono anche ottenere un bilanciamento attivo, controllando la differenza di tensione tra le singole celle nel pacco batteria entro ± 50 mV, estendendo in modo significativo la durata della batteria.
Il convertitore bidirezionale (PCS) è un'apparecchiatura chiave che collega i sistemi di accumulo di energia DC con le griglie di potenza CA. I PC moderni utilizzano dispositivi di alimentazione IGBT o SIC e l'efficienza di conversione può raggiungere oltre il 98%. Le sue funzioni fondamentali includono: ottenere la conversione bidirezionale tra AC e DC, regolare il fattore di potenza di uscita (di solito all'interno di ± 0. 9), fornendo una capacità di bassa tensione attraverso la funzionalità (LVRT), ecc. In caso di guasto della griglia di potenza, PCS può completare la cambio di modalità in 2MS per garantire il funzionamento del sistema stabile.
Il sistema di gestione dell'energia (EMS) è il cervello dell'intero sistema e adotta un'architettura di controllo gerarchica. Lo strato superiore prende decisioni di pianificazione dell'energia basate su algoritmi di intelligenza artificiale, mentre lo strato inferiore raggiunge il controllo a livello di dispositivo tramite PLC. Le funzioni tipiche includono: previsione della generazione di energia fotovoltaica (utilizzando la rete neurale LSTM, 24- Errore di previsione dell'ora<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.
Il sistema di distribuzione dell'alimentazione include trasformatori, quadri, dispositivi di protezione, ecc., Con un livello di tensione di solito di 0. 4kv o 10kv. La progettazione del sistema deve essere conforme a requisiti standard come GB\/T 36547-2018 "Regolamenti tecnici per i sistemi di accumulo di energia elettrochimica collegati alle reti di distribuzione" per garantire la sicurezza della connessione della rete. Le funzioni della protezione antiflow e della protezione dell'isola sono essenziali e il requisito del tempo di azione di protezione è inferiore a 200 ms.
Confronto e selezione di tecnologie di accumulo di energia tradizionali
Le attuali tecnologie di accumulo di energia disponibili per le centrali fotovoltaiche includono principalmente tre categorie: accumulo di energia elettrochimica, accumulo di energia meccanica e conservazione di energia elettromagnetica. In applicazioni pratiche, lo stoccaggio di energia elettrochimica domina grazie alla sua elevata flessibilità e velocità di risposta rapida, tra cui le batterie agli ioni di litio sono le più utilizzate.
Le batterie del fosfato di ferro al litio (LFP) sono attualmente la scelta preferita per le centrali fotovoltaiche, con i loro vantaggi fondamentali riflessi in tre aspetti: sicurezza, con una temperatura di insorgenza in fuga termica superiore a 200 gradi, molto più alta dei 150 gradi di materiali ternari; In termini di durata del ciclo, può raggiungere oltre 6000 cicli in condizioni di scarico profondo dell'80% (DOD); In termini di costo, con progressi tecnologici, il prezzo del sistema è stato ridotto a 1. 2-1. 5 Yuan\/Wh. I dati misurati di un progetto da 100 mWh mostrano che l'efficienza complessiva del sistema di batterie LFP raggiunge il 92%, con un tasso di decadimento annuale di<2%.
Le batterie a piombo, come tecnologia tradizionale, sono ancora utilizzate in una certa gamma. Il suo vantaggio risiede nel suo basso investimento iniziale (circa {0}}. 8-1. 0 Yuan\/Wh) e alta maturità tecnologica. Ma gli svantaggi sono anche ovvi: la durata del ciclo è solo 500-1200 volte (50% DOD), la densità di energia è 30-50 wh\/kg e c'è il rischio di inquinamento da piombo. Le batterie al piombo sono state gradualmente eliminate in situazioni che richiedono un accumulo di energia a grande capacità.
Le batterie a flusso (come tutte le batterie a flusso di vanadio) sono adatte per lo stoccaggio di energia a lungo termine (4-8 ore), con una durata del ciclo di oltre 10000 volte e senza problemi di degradazione. Ma la densità di energia è solo 20-30 WH\/kg, l'efficienza del sistema è al 70% -75% e l'investimento iniziale è alto quanto 3-4 yuan\/wh. Attualmente, viene utilizzato principalmente per lo stoccaggio di energia sul lato della griglia ed è meno comunemente utilizzato nelle centrali fotovoltaiche.
La batteria emergente di ioni di sodio ha attirato molta attenzione e il suo principio di lavoro è simile a quello delle batterie agli ioni di litio, ma utilizza l'elemento di sodio a basso prezzo. I dati di laboratorio mostrano che la densità energetica delle batterie a ioni di sodio ha raggiunto 120-160 WH\/kg, con una durata del ciclo di circa 3000 volte e un costo del 20% -30% inferiore a LFP. Tuttavia, l'attuale livello di industrializzazione è insufficiente e i casi di applicazione di progetto pratici sono limitati.
La selezione tecnica deve considerare più fattori in modo completo: per le centrali fotovoltaiche superiori a 1 MW, si consiglia di dare la priorità alle batterie LFP; Per i piccoli sistemi di rete in aree remote, è possibile considerare le batterie al piombo-acido per ridurre gli investimenti iniziali; Per le applicazioni che richiedono una durata del ciclo estesa, le batterie a flusso sono una scelta potenziale. L'analisi comparativa di una centrale fotovoltaica da 10 MW mostra che l'intero costo del ciclo di vita dell'uso delle batterie LFP è inferiore del 35% rispetto alle batterie al acido di piombo e al 50% in meno rispetto alle batterie a flusso.
Tecnologie chiave del sistema di gestione dell'energia intelligente
I moderni sistemi di gestione dell'energia si sono evoluti dalla semplice raccolta e dal monitoraggio dei dati a cervelli intelligenti con capacità decisionali di intelligenza artificiale. La sua architettura tecnologica principale include quattro livelli: livello di percezione, livello di rete, livello della piattaforma e livello dell'applicazione.
Il livello di percezione raccoglie dati in tempo reale attraverso vari sensori: l'array fotovoltaico è dotato di uno scanner per curve IV, che può rilevare guasti a cascata; Installazione di sensori di tensione\/temperatura per i sistemi di batterie (precisione ± 0. 5%); PCS è dotato di un analizzatore di qualità di potenza (velocità di campionamento di 256 punti per ciclo). Secondo le statistiche di un determinato progetto, un tipico sistema da 10 MW richiede la distribuzione di oltre 2000 punti di monitoraggio, con una velocità di aggiornamento dei dati fino a 100 ms.
Il livello di rete adotta un approccio di networking ibrido della rete privata ethernet industriale e wireless. I segnali di controllo chiave vengono trasmessi attraverso fibre ottiche per garantire un ritardo inferiore a 10 ms; I dati non critici possono essere trasmessi utilizzando tecnologie wireless come Lora. Il protocollo di comunicazione del sistema deve supportare molteplici standard come IEC 61850 e ModBus per ottenere l'interconnessione e l'interoperabilità dei dispositivi.
Il nucleo del livello della piattaforma è la tecnologia gemella digitale, che raggiunge tre funzioni fondamentali stabilendo una mappatura virtuale del sistema fisico: la previsione della generazione di energia fotovoltaica adotta un modello ibrido LSTM+attenzione, combinato con la previsione numerica del tempo (NWP), per controllare l'errore di previsione di 72 ore entro il 10%; Le previsioni di carico si basano su Deep Rinformance Learning (DRL), considerando le modalità nei giorni feriali\/vacanze, con una precisione del 92%; Ottimizza l'applicazione di pianificazione con algoritmo di programmazione dinamica multi-obiettivo, considerando 7 obiettivi di ottimizzazione come la differenza dei prezzi elettrici, l'attenuazione della batteria e la domanda di rete.
Il livello dell'applicazione implementa funzioni aziendali specifiche: il modulo di invio economico supporta il picco di arbitraggio della valle (analizzando i dati locali del prezzo elettrico 3- anni, ottimizzando automaticamente i periodi di addebito e scarico), gestione della domanda (prevedendo la domanda massima mensile, risparmiando costi di elettricità di base); Il modulo di servizio ausiliario può partecipare a mercati come la regolazione della frequenza (tempo di risposta<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.
I dati operativi effettivi di un progetto di stoccaggio di energia fotovoltaica MW 5 0 MW mostrano che EMS intelligente ha aumentato le entrate del sistema del 28%. Tra questi, ottenere un reddito aggiuntivo di 0,15 yuan\/kWh partecipando a servizi ausiliari FM; Ridurre le perdite solari abbandonate del 12% attraverso previsioni di carico accurate; Ottimizzando la strategia di ricarica e scarico della batteria, la durata della batteria è stata estesa del 17%. Il periodo di rimborso degli investimenti del sistema è stato ridotto da 7,5 anni a 5,8 anni.
