태양 광 에너지 저장 시스템의 기본 구성 및 작업 원리
태양 광 발전소의 에너지 저장 시스템은 고도로 통합 된 에너지 관리 시스템으로, 전기 에너지의 시공간 번역을 달성하고 광전지 발전의 간헐적이고 변동하는 문제를 해결하는 핵심 기능입니다. 이 시스템은 주로 태양 광 발전 장치, 에너지 저장 배터리 팩, 에너지 저장 배터리 팩, 양방향 컨버터 (PC), 에너지 관리 시스템 (EMS) 및 유통 시스템과 같은 핵심 구성 요소로 구성되어 완전한 작업 루프를 형성합니다.
시스템의 에너지 입력 끝으로서, 태양 광 모듈은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 기술을 사용하며, 전환 효율은 일반적으로 18% -22%에 도달합니다. 표준 테스트 조건 (STC)에서, 태양 광 모듈의 각 킬로와트의 연간 발전은 지리적 위치 및 설치 각도에 따라 1200-1600 kWh에 도달 할 수 있습니다. 구성 요소에 의해 생성 된 DC 전기가 콤비너 박스를 통해 수집 된 후, 일부는 인버터에 의해 AC 전기로 직접 변환되어 하중을 공급하거나 그리드에 연결되며 다른 부분은 DC/DC 컨버터를 통해 에너지 저장 배터리에 충전됩니다.
에너지 저장 배터리 팩은 시스템의 핵심 에너지 저장 매체입니다. 현재 주류 사용은 리튬 철 포스페이트 배터리 (LFP)이며, 단일 셀 전압은 3.2V, 에너지 밀도는 160-200 wh/kg, 6000 배 이상의 사이클 수명 (80% 용량 유지율)입니다. 배터리 관리 시스템 (BMS)은 각 배터리의 전압, 온도 및 SOC 상태를 실시간으로 모니터링하여 시스템이 안전 범위 내에서 작동하도록합니다. 고급 BMS는 또한 활성 밸런싱을 달성하여 ± 50MV 이내의 배터리 팩의 개별 셀 간의 전압 차이를 제어하여 배터리 수명을 크게 연장합니다.
양방향 변환기 (PCS)는 DC 에너지 저장 시스템을 AC 전원 그리드와 연결하는 주요 장비입니다. 최신 PC는 IGBT 또는 SIC 전원 장치를 사용하며 전환 효율은 98%이상에 도달 할 수 있습니다. 핵심 기능에는 AC와 DC 간의 양방향 변환 달성, 출력 전력 계수 조정 (일반적으로 ± 0. 9), LVRT (Low Voltage Ride) 기능 (LVRT) 기능 등을 제공합니다. 전원 그리드 실패의 경우 PCS는 2MS 내에서 모드 스위칭을 완료하여 안정적인 시스템 작동을 완료 할 수 있습니다.
EMS (Energy Management System)는 전체 시스템의 뇌이며 계층 적 제어 아키텍처를 채택합니다. 상부 계층은 인공 지능 알고리즘을 기반으로 한 에너지 일정 결정을 내리는 반면, 하단 계층은 PLC를 통해 장치 레벨 제어를 달성합니다. 일반적인 기능에는 다음이 포함됩니다 : 태양 광 발전 예측 (LSTM 신경망 사용, 24- 시간 예측 오류<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.
전력 분배 시스템에는 변압기, 스위치 기어, 보호 장치 등이 포함되며 전압 레벨은 일반적으로 0. 4kv 또는 10kv입니다. 시스템 설계는 그리드 연결 안전을 보장하기 위해 유통 네트워크에 연결된 전기 화학 에너지 저장 시스템에 대한 GB/T 36547-2018과 같은 표준 요구 사항을 준수해야합니다. 반 플로우 보호 및 섬 보호 기능의 기능은 필수적이며 보호 조치 시간 요구 사항은 200ms 미만입니다.
주류 에너지 저장 기술의 비교 및 선택
태양 광 발전소를위한 현재 사용 가능한 에너지 저장 기술에는 주로 전기 화학 에너지 저장, 기계적 에너지 저장 및 전자기 에너지 저장의 세 가지 범주가 포함됩니다. 실제 응용 분야에서 전기 화학 에너지 저장은 유연성이 높고 빠른 응답 속도로 인해 우세하며, 그 중 리튬 이온 배터리가 가장 널리 사용됩니다.
리튬 철 포스페이트 (LFP) 배터리는 현재 태양 광 발전소에 선호되는 선택이며, 핵심 장점은 세 가지 측면에 반영됩니다. 사이클 수명 측면에서, 80% 깊은 방전 (DoD) 조건에서 6000 회 이상에 도달 할 수 있습니다. 비용 측면에서 기술 진보로 시스템 가격은 1로 감소되었습니다. 2-1. 5 위안/WH. 100MWH 프로젝트의 측정 된 데이터는 LFP 배터리 시스템의 전체 효율이 연간 부패율로 92%에 도달 함을 보여줍니다.<2%.
전통적인 기술로서 납 산 배터리는 여전히 특정 범위 내에서 사용됩니다. 그것의 장점은 초기 투자가 적은 낮은 투자 (약 {{{0}}. 8-1. 0 Yuan/WH) 및 높은 기술 성숙도에 있습니다. 그러나 단점도 분명합니다. 사이클 수명은 500-1200 시간 (50% DoD), 에너지 밀도는 30-50 wh/kg이며 납 오염의 위험이 있습니다. 납 산 배터리는 대용량 에너지 저장이 필요한 상황에서 점차 단계적으로 폐지되었습니다.
흐름 배터리 (예 : 모든 바나듐 흐름 배터리)는 장기 에너지 저장 (4-8} 시간)에 적합하며,주기 수명은 10000 회 이상이며 분해 문제가 없습니다. 그러나 에너지 밀도는 20-30 wh/kg에 불과하며, 시스템 효율은 70% -75%이며 초기 투자는 3-4 yuan/wh만큼 높습니다. 현재는 주로 그리드 측의 에너지 저장에 사용되며 태양 광 발전소에서 덜 일반적으로 사용됩니다.
신흥 나트륨 이온 배터리는 많은 관심을 끌었으며, 그 원리는 리튬 이온 배터리와 유사하지만 저렴한 나트륨 요소를 사용합니다. 실험실 데이터에 따르면 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도는 120-160 wh/kg에 도달했으며주기 수명은 약 3000 배, 비용은 LFP보다 20% -30%입니다. 그러나 현재의 산업화 수준은 불충분하며 실제 프로젝트 신청 사례는 제한적입니다.
기술 선택은 여러 가지 요소를 포괄적으로 고려해야합니다. 1MW 이상의 태양 광 발전소의 경우 LFP 배터리를 우선 순위로 삼는 것이 좋습니다. 원격 지역의 소형 그리드 시스템의 경우 초기 투자를 줄이기 위해 납산 배터리를 고려할 수 있습니다. 사이클 수명이 연장되는 응용 분야의 경우 흐름 배터리가 잠재적으로 선택됩니다. 10MW 태양 광 발전소의 비교 분석에 따르면 LFP 배터리 사용의 전체 수명주기 비용은 납산 배터리보다 35% 낮고 흐름 배터리보다 50% 낮습니다.
지능형 에너지 관리 시스템의 주요 기술
현대 에너지 관리 시스템은 인공 지능 의사 결정 기능을 갖춘 간단한 데이터 수집 및 모니터링에서 지능형 뇌로 발전했습니다. 핵심 기술 아키텍처에는 인식 계층, 네트워크 계층, 플랫폼 계층 및 애플리케이션 계층의 네 가지 레벨이 포함됩니다.
인식 층은 다양한 센서를 통해 실시간 데이터를 수집합니다. 태양 광 배열에는 IV 곡선 스캐너가 장착되어 계단식 결함을 감지 할 수 있습니다. 배터리 시스템의 전압/온도 센서 설치 (정확도 ± 0. 5%); PC에는 전력 품질 분석기 (주기 당 256 포인트의 샘플링 속도)가 장착되어 있습니다. 특정 프로젝트의 통계에 따르면 일반적인 10MW 시스템은 데이터 새로 고침 속도가 최대 100ms의 2000 개가 넘는 모니터링 포인트를 배포해야합니다.
네트워크 계층은 산업 이더넷 및 무선 사설 네트워크의 하이브리드 네트워킹 접근법을 채택합니다. 키 제어 신호는 10ms 미만의 지연을 보장하기 위해 광 섬유를 통해 전송됩니다. LORA와 같은 무선 기술을 사용하여 비 임계 데이터를 전송할 수 있습니다. 시스템 통신 프로토콜은 장치 상호 연결 및 상호 운용성을 달성하기 위해 IEC 61850 및 Modbus와 같은 여러 표준을 지원해야합니다.
플랫폼 계층의 핵심은 디지털 트윈 기술로, 물리적 시스템의 가상 매핑을 설정함으로써 세 가지 핵심 기능을 달성합니다. 태양 광 발전 예측은 10%이내에 72 시간 예측 오류를 제어하기 위해 수치 기상 예측 (NWP)과 결합 된 LSTM+주의 하이브리드 모델을 채택합니다. 부하 예측은 92%의 정확도로 주중/휴일 모드를 고려할 때 DRL (Dep Pentercement Learning)을 기반으로합니다. 전기 가격 차이, 배터리 감쇠 및 그리드 수요와 같은 7 가지 최적화 목표를 고려하면서 다목적 동적 프로그래밍 알고리즘으로 스케줄링 애플리케이션을 최적화하십시오.
응용 프로그램 계층은 특정 비즈니스 기능을 구현합니다. 경제 파견 모듈은 피크 밸리 차익 거래 (로컬 3- 연도 전기 가격 데이터 분석, 자동으로 충전 및 배출 기간을 자동으로 최적화), 수요 관리 (월별 최대 수요 예측, 기본 전기 비용 절약)를 지원합니다. 보조 서비스 모듈은 주파수 규정 (응답 시간)과 같은 시장에 참여할 수 있습니다.<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.
5 {0 MW 태양 광 에너지 저장 프로젝트의 실제 운영 데이터는 지능형 EMS가 시스템 매출을 28%증가 시켰음을 보여줍니다. 그중에서도 FM 보조 서비스에 참여함으로써 0.15 위안/kWh의 추가 소득을 얻는 것; 정확한 부하 예측을 통해 버려진 태양 손실을 12% 줄입니다. 배터리 충전 및 방전 전략을 최적화함으로써 배터리 수명이 17%연장되었습니다. 시스템의 투자 급여 기간은 7.5 년에서 5.8 년으로 단축되었습니다.
