An Khoa Thụy Lưu Thu Hà

Tóm tắt: Từ thành phần của cấu trúc hệ thống cũng như các công nghệ quan trọng mà dự án cần giải quyết, việc thiết kế giải pháp nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang học đã xác minh tính khả thi của giải pháp này thông qua các trường hợp vận hành lắp ráp thực tế và tìm ra một giải pháp thiết thực cho PV trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang học.

Từ khóa: mái nhà; Nhà máy điện quang điện phân tán; Nhất thể hóa quang trữ; Hiệu ứng chạy

0. Giới thiệu

Trong những năm gần đây, công nghệ phát điện quang điện đã đạt được sự phát triển đáng kể, chi phí giảm dần và lĩnh vực ứng dụng ngày càng mở rộng. Nhà máy điện quang điện phân tán trên mái nhà, với những lợi thế độc đáo của nó, đã trở thành một hình thức ứng dụng quan trọng của quang điện. Tuy nhiên, có một số bất ổn nhất định trong quang điện, chẳng hạn như ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và điều kiện thời tiết, làm cho sản lượng quang điện dao động đáng kể. Để giải quyết vấn đề này, công nghệ nhất thể hóa lưu trữ quang đã ra đời. Công nghệ tích hợp lưu trữ quang cho phép sản lượng điện mặt trời mượt mà, cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống bằng cách kết hợp phát điện quang điện với hệ thống lưu trữ năng lượng, mở rộng lĩnh vực ứng dụng phát điện quang điện.

Cấu trúc hệ thống nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang

1.1 Khung tổng thể của hệ thống

Khung tổng thể của hệ thống cho các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang điện, bao gồm mảng quang điện và biến tần, hệ thống lưu trữ năng lượng, lập kế hoạch điện và hệ thống quản lý năng lượng. Các mảng PV chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng DC; Biến tần chuyển đổi năng lượng DC thành năng lượng AC, lưới cung cấp hoặc sử dụng tải; Hệ thống lưu trữ năng lượng chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng cho tải khi năng lượng quang điện không đủ để đáp ứng nhu cầu tải và lưu trữ năng lượng điện khi năng lượng quang điện dư thừa; Lập kế hoạch điện và hệ thống quản lý năng lượng để đạt được sự phối hợp kiểm soát hệ thống lưu trữ và phát điện quang điện theo nhu cầu tải và tình hình phát điện quang điện. Thông qua sự hợp tác chặt chẽ của các bộ phận trên, hệ thống nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên lưu trữ quang học tích hợp có thể đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời, cải thiện sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống.

1.2 mảng PV và biến tần

Các mảng quang điện là một phần cốt lõi của hệ thống nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang điện và chịu trách nhiệm chính trong việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng DC. Việc lựa chọn và thiết kế mảng quang điện nên xem xét hiệu suất, chi phí và độ tin cậy của các mô-đun quang điện, v.v., để chọn mảng quang điện phù hợp dựa trên nhu cầu ứng dụng khác nhau. Đồng thời, để đạt được * theo dõi công suất cao và cải thiện hiệu quả hệ thống, lựa chọn và chiến lược điều khiển biến tần cũng rất quan trọng.

1.3 Hệ thống lưu trữ năng lượng

Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể chọn các loại công nghệ lưu trữ năng lượng khác nhau theo các kịch bản ứng dụng và nhu cầu khác nhau, chẳng hạn như pin lithium ion, pin lưu lượng chất lỏng vanadi, v.v. Thiết kế công suất của hệ thống lưu trữ năng lượng đòi hỏi phải xem xét đầy đủ các yếu tố như sự biến động của sản lượng điện mặt trời, nhu cầu tải và chi phí hệ thống. Ngoài ra, chiến lược kiểm soát hệ thống lưu trữ năng lượng cũng là khâu quan trọng đảm bảo vận hành ổn định của hệ thống. Để chọn hệ thống lưu trữ năng lượng phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau, sau đây là sự so sánh giữa các loại lưu trữ năng lượng phổ biến (xem bảng 1).

1.4 Lập kế hoạch điện và hệ thống quản lý năng lượng

Hệ thống quản lý năng lượng và lập kế hoạch điện chịu trách nhiệm điều khiển phối hợp hệ thống lưu trữ và phát điện quang điện để đạt được đầu ra mượt mà của sản lượng điện quang điện và cải thiện sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống. Hệ thống quản lý năng lượng và lập kế hoạch điện cần theo dõi sản lượng điện mặt trời, tình trạng hệ thống lưu trữ năng lượng và nhu cầu tải trong thời gian thực để phát triển các chiến lược lập kế hoạch hợp lý. Các chiến lược lập kế hoạch điển hình bao gồm làm mịn đỉnh và thung lũng, ưu tiên đáp ứng nhu cầu tải, tối ưu hóa chiến lược sạc và xả, v.v. Để cải thiện mức độ thông minh của hệ thống, bạn có thể kết hợp trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu lớn và các công nghệ khác để lập kế hoạch điện và quản lý năng lượng.

2. Công nghệ chính

Các công nghệ chính trong hệ thống nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang điện, bao gồm * lựa chọn và thiết kế mô-đun PV hiệu quả, công nghệ biến tần, công nghệ hệ thống lưu trữ năng lượng và chiến lược quản lý năng lượng và lập lịch điện, cũng như tối ưu hóa cấu trúc mái nhà và thiết kế an toàn.

2.1 Lựa chọn và thiết kế mô-đun PV

Hiệu suất của các mô-đun PV ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát điện của toàn bộ hệ thống. Khi lựa chọn mô-đun PV, các yếu tố như thông số hiệu suất, chi phí, độ tin cậy và tuổi thọ của mô-đun nên được xem xét đầy đủ. Các loại mô-đun quang điện phổ biến trên thị trường hiện nay bao gồm mô-đun pin mặt trời silicon tinh thể, mô-đun pin mặt trời màng mỏng, v.v. Ngoài ra, tùy thuộc vào điều kiện và nhu cầu cụ thể của mái nhà, bố trí mảng PV hợp lý có thể được thiết kế để cho phép hệ thống đạt được công suất phát điện lớn trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.

2.2 Công nghệ Inverter

Biến tần là một thiết bị quan trọng trong hệ thống phát điện quang điện và chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng DC được tạo ra bởi mảng PV thành năng lượng AC. Hiệu suất và chiến lược kiểm soát của biến tần có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả và sự ổn định của toàn bộ hệ thống. Hiện nay, trên thị trường chủ yếu có các loại khác nhau như biến tần tập trung, biến tần chuỗi nhóm và biến tần vi mô. Khi lựa chọn biến tần, nó nên được xem xét toàn diện theo kích thước hệ thống, đặc điểm thành phần, điều kiện lắp đặt và các yếu tố khác. Đồng thời, thuật toán theo dõi điểm công suất cao (MPPT) và chức năng bảo vệ của biến tần cũng có tác động quan trọng đến hiệu suất hệ thống.

2.3 Công nghệ lưu trữ năng lượng

Hệ thống lưu trữ năng lượng là một phần quan trọng trong các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà tích hợp lưu trữ quang, và hiệu suất và thiết kế của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống.

2.3.1 Lựa chọn loại lưu trữ năng lượng

Theo kịch bản ứng dụng khác nhau và nhu cầu, các loại công nghệ lưu trữ năng lượng khác nhau có thể được lựa chọn, chẳng hạn như pin lithium ion, pin dòng chảy chất lỏng vanadi, tụ điện lớp * vv Khi chọn loại lưu trữ năng lượng, các yếu tố như hiệu suất, chi phí, tuổi thọ, an toàn của thiết bị lưu trữ năng lượng nên được xem xét.

2.3.2 Thiết kế công suất lưu trữ

Việc thiết kế công suất lưu trữ năng lượng đòi hỏi phải xem xét đầy đủ các yếu tố như sự biến động của sản lượng điện mặt trời, nhu cầu tải và chi phí hệ thống. Thiết kế dung lượng lưu trữ hợp lý đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống trong các điều kiện ánh sáng và tải khác nhau, đồng thời tránh đầu tư quá mức. Các phương pháp như phân tích cân bằng năng lượng, phân tích thống kê xác suất và các phương pháp khác thường được sử dụng để tính toán và tối ưu hóa dung lượng lưu trữ năng lượng.

2.3.3 Chiến lược kiểm soát hệ thống lưu trữ năng lượng

Chiến lược kiểm soát của hệ thống lưu trữ năng lượng có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống và nâng cao hiệu quả phát điện. Các chiến lược kiểm soát phổ biến bao gồm tối ưu hóa chiến lược sạc và xả, ước tính trạng thái, chẩn đoán sự cố và bảo vệ, v.v. Đồng thời, có thể kết hợp trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu lớn và các công nghệ khác * để đạt được điều khiển hệ thống lưu trữ năng lượng thông minh hơn.

2.4 Lập kế hoạch năng lượng và chiến lược quản lý năng lượng

Lập kế hoạch năng lượng và chiến lược quản lý năng lượng đóng một vai trò quan trọng trong việc đạt được hoạt động đồng bộ của điện quang điện với hệ thống lưu trữ năng lượng. Các chiến lược lập kế hoạch điển hình bao gồm làm mịn đỉnh và thung lũng, ưu tiên đáp ứng nhu cầu tải, tối ưu hóa chiến lược sạc và xả, v.v. Các chiến lược lập kế hoạch và quản lý năng lượng điện phải được điều chỉnh động theo nhu cầu tải thực tế, tình hình phát điện quang điện và trạng thái hệ thống lưu trữ năng lượng để đạt được hoạt động ổn định của hệ thống và phát điện hiệu quả.

2.5 Tối ưu hóa kết cấu mái và thiết kế an toàn

Tối ưu hóa cấu trúc mái nhà và thiết kế an toàn là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà và kéo dài tuổi thọ của hệ thống. Trong quá trình thiết kế, các yếu tố như khả năng chịu tải mái, hình thức cấu trúc, cách lắp đặt, chống sét, chống cháy, chống gió nên được xem xét đầy đủ. Ngoài ra, các mô-đun PV, biến tần, hệ thống lưu trữ năng lượng và các thiết bị khác cần được bố trí hợp lý để tạo điều kiện lắp đặt, bảo trì và khắc phục sự cố hệ thống. Về thiết kế an toàn, các tiêu chuẩn và quy tắc quốc gia và khu vực cần được tuân thủ để đảm bảo hoạt động an toàn của hệ thống trong các điều kiện môi trường khác nhau.

3. Trường hợp thực hiện

Căn cứ vào ý tưởng thiết kế và công nghệ then chốt trên đã tiến hành ứng dụng thực tế tại một khu phức hợp thương mại lớn. Khu phức hợp có diện tích mái khoảng 5.000m2. Để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm chi phí điện, lắp đặt nhà máy quang điện phân tán tích hợp lưu trữ quang trên mái nhà. Mục tiêu thiết kế của dự án là đáp ứng khoảng 60% nhu cầu sử dụng điện hàng ngày của khu phức hợp thương mại.

3.1 Thiết kế và thực hiện

Chọn phần cứng tương ứng theo diện tích mái nhà và nhu cầu của chủ đầu tư. Mô-đun PV: Mô-đun silicon đơn tinh thể LONGiSolarLR6-72HPH450W được lựa chọn, tổng cộng 560 tấm, tổng công suất lắp đặt là 252kWp. Biến tần: SungrowSG110CX 3 pha nhóm chuỗi biến tần được lựa chọn, tổng cộng 2 bộ, tổng công suất 220kW. Hệ thống lưu trữ năng lượng: pin lithium-ion CATLFP được lựa chọn, dung lượng lưu trữ là 300kW · h. Trong quá trình thực hiện, các mô-đun quang điện được bố trí trên mái nhà theo độ nghiêng 20 ° về phía nam, tăng công suất phát điện * lên. Trong khi đó, biến tần và hệ thống lưu trữ năng lượng được lắp đặt trong phòng máy gần mái nhà để giảm tổn thất đường dây.

3.2 Đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất

Sau một năm hoạt động, nhà máy quang điện này đã đạt công suất khoảng 305 MW · h, đáp ứng mục tiêu dự kiến. Hệ thống lưu trữ năng lượng lưu trữ lượng điện dư thừa từ quang điện vào ban ngày và giải phóng vào ban đêm, cho phép khu phức hợp thương mại đạt được sự mịn màng của đỉnh và thung lũng trong thời gian sử dụng điện cao điểm. Sau đây là những thay đổi về tải thay đổi chính sau khi nhà máy điện hoạt động (xem Bảng 2). Thông qua giám sát và phân tích hiệu suất của hệ thống, người ta thấy rằng hiệu quả phát điện của mô-đun PV cần được cải thiện hơn nữa, do đó tần số làm sạch được tăng lên để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của mô-đun PV.

3.3 Phân tích lợi ích kinh tế

Tổng mức đầu tư của dự án là khoảng 1,5 triệu RMB. Sau một năm hoạt động, tiết kiệm được khoảng 180 nghìn tệ chi phí điện. Đồng thời, theo chính sách trợ cấp của chính quyền địa phương, dự án còn nhận được khoảng 70.000 nhân dân tệ thu nhập trợ cấp mỗi năm. Nhìn chung, thời gian hoàn vốn của dự án là khoảng 6 năm, mang lại lợi ích kinh tế tốt hơn.

3.4 Phân tích dự án

Trường hợp này được cấu hình hợp lý với các mô-đun PV, biến tần và hệ thống lưu trữ năng lượng phù hợp với nhu cầu sử dụng điện thực tế của khu phức hợp thương mại, cho phép toàn bộ hệ thống đáp ứng khoảng 60% nhu cầu sử dụng điện hàng ngày, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện bên ngoài. Mô-đun silicon đơn tinh thể LONGiSolarLR6-72HPH450W được lựa chọn, có hiệu suất chuyển đổi cao (20,6%), đảm bảo hiệu suất cao và ổn định của hệ thống phát điện quang điện. Ngoài ra, bộ biến tần chuỗi ba pha SungrowSG110CX đã được thông qua, có hiệu suất cao * lớn, có thể thích ứng với hoạt động trong các điều kiện ánh sáng khác nhau, cải thiện sản lượng năng lượng của toàn bộ hệ thống. Trong khi đó, pin lithium-ion CATLFP được sử dụng làm hệ thống lưu trữ năng lượng, có mật độ năng lượng cao, tuổi thọ cao và độ an toàn, cho phép lưu trữ và sử dụng hiệu quả sản lượng điện quang điện. Thông qua lập kế hoạch điện và hệ thống quản lý năng lượng, việc lưu trữ và giải phóng năng lượng quang điện ban ngày vào ban đêm đã được thực hiện, giảm tải điện trong thời gian cao điểm sử dụng điện và cải thiện sự ổn định của toàn bộ hệ thống. Các giai đoạn sau cũng được tối ưu hóa để phát hiện và giải quyết các vấn đề về hiệu quả phát điện của mô-đun PV, tăng tần suất làm sạch và đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của mô-đun PV.

4. ANCORI Acrel-2000MG Hệ thống quản lý năng lượng microgrid

4.1 Tổng quan

Hệ thống quản lý năng lượng lưu trữ Acrel-2000MG là hệ thống quản lý năng lượng địa phương được phát triển đặc biệt bởi ANCORI cho các nhà máy lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại. Nó có thể nhận ra các chức năng như thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, truy vấn và phân tích dữ liệu, giám sát trực quan, quản lý báo động, báo cáo thống kê, quản lý chiến lược, đường cong lịch sử của các nhà máy lưu trữ năng lượng. Trong đó quản lý chiến lược, hỗ trợ nhiều lựa chọn chiến lược điều khiển, bao gồm đường cong kế hoạch, cắt đỉnh điền cốc, kiểm soát nhu cầu, chống ngược dòng...... Hệ thống này không chỉ có thể thực hiện giám sát và quản lý thống nhất các đơn vị lưu trữ năng lượng cấp dưới, mà còn có thể thực hiện giao tiếp và tương tác dữ liệu với hệ thống điều phối cấp trên và nền tảng đám mây, vừa có thể chấp nhận các hướng dẫn điều hành cấp trên, vừa có thể đáp ứng giám sát và vận hành từ xa, đảm bảo hệ thống lưu trữ năng lượng hoạt động an toàn, ổn định, đáng tin cậy và kinh tế.

4.2 Ứng dụng Scene

Thích hợp cho nhà máy điện lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại, nhà máy phân phối năng lượng mới.

4.3 Cấu trúc hệ thống

4.4 Chức năng hệ thống

(1) Quy định thời gian thực

Hoạt động của microgrid được giám sát theo thời gian thực, bao gồm điện thành phố, quang điện, gió, lưu trữ năng lượng, cọc sạc và tải điện, đồng thời cũng bao gồm dữ liệu thu nhập, điều kiện thời tiết, tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải.

(2) Giám sát thông minh

Giám sát thời gian thực môi trường hệ thống, mô-đun quang điện, biến tần quang điện, biến tần điều khiển gió, pin lưu trữ năng lượng, bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng, thiết bị sử dụng điện, v.v. để nắm vững tình trạng hoạt động của hệ thống lưới điện vi mô.

(3) Dự đoán năng lượng

Thực hiện các dự báo công suất phát điện ngắn hạn và siêu ngắn hạn cho các hệ thống phát điện phân tán và thể hiện tỷ lệ phù hợp và phân tích lỗi.

(4) Chất lượng điện

Thực hiện giám sát liên tục về chất lượng điện và độ tin cậy của điện trong toàn bộ hệ thống lưới điện vi mô. Chẳng hạn như sóng hài điện áp, nhấp nháy điện áp, mất cân bằng điện áp và dữ liệu trạng thái ổn định khác và tăng/giảm điện áp tạm thời, dữ liệu tạm thời gián đoạn điện áp để phân tích giám sát và hiển thị ghi âm, và theo dõi điện áp, chuyển tiếp hiện tại.

(5) Hoạt động trực quan

Thực hiện việc quản lý mạng lưới siêu nhỏ không người quản lý, thực hiện số hóa, thông minh hóa, thuận tiện hóa; Giám sát liên tục các tải trọng và thiết bị quan trọng.

(6) Kiểm soát tối ưu

Bằng cách phân tích dữ liệu sử dụng điện lịch sử, điều kiện thời tiết để dự báo tải điện và kết hợp với nguồn cung cấp phân tán và trạng thái lưu trữ năng lượng, để đạt được lịch trình tối ưu hóa kinh tế để giảm mức tiêu thụ điện vào thời điểm cao điểm hoặc cao điểm và giảm chi phí điện toàn diện của doanh nghiệp.

(7) Phân tích thu nhập

Người dùng có thể xem dữ liệu về lượng điện và thu nhập hàng ngày cho ba phần quang điện, lưu trữ năng lượng và cọc sạc, đồng thời có thể chuyển đổi báo cáo hàng năm để xem lượng điện và thu nhập hàng tháng.

(8) Phân tích năng lượng

Bằng cách phân tích hiệu quả phát điện, hiệu quả chuyển đổi của quang điện, gió và thiết bị lưu trữ năng lượng, nó được sử dụng để đánh giá hiệu suất và trạng thái của thiết bị.

(9) Cấu hình chính sách

Cấu hình microgrid chủ yếu được thiết lập cho thành phần hệ thống microgrid, các thông số cơ bản, chiến lược hoạt động và giá trị thống kê. Trong đó chiến lược bao gồm đường cong kế hoạch, cắt đỉnh điền cốc, kiểm soát nhu cầu, tiêu thụ năng lượng mới, kiểm soát ngược công suất......

5. Phần cứng và các sản phẩm hỗ trợ

6 Kết luận

Các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà tích hợp lưu trữ quang điện kết hợp hệ thống lưu trữ và năng lượng quang điện để tối ưu hóa năng lượng và lợi ích kinh tế đáng kể. Cấu trúc hệ thống bao gồm mảng quang điện, biến tần, hệ thống lưu trữ năng lượng và hệ thống quản lý năng lượng và lập kế hoạch điện. Các công nghệ chính liên quan đến lựa chọn và thiết kế mô-đun PV, công nghệ biến tần, công nghệ hệ thống lưu trữ năng lượng và lập kế hoạch điện và chiến lược quản lý năng lượng. Thông qua phân tích trường hợp ứng dụng thực tế, các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà tích hợp lưu trữ quang có thể được tìm thấy với triển vọng ứng dụng rộng rãi trên các tòa nhà. Với sự phát triển hơn nữa của quang điện và công nghệ lưu trữ năng lượng và hỗ trợ chính sách, lợi thế kỹ thuật và lợi ích kinh tế của nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà tích hợp lưu trữ quang điện sẽ trở nên rõ ràng hơn. Trong tương lai, các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà tích hợp lưu trữ quang học sẽ cung cấp các giải pháp năng lượng sạch, bền vững cho nhiều tòa nhà hơn, góp phần tích cực vào cuộc khủng hoảng năng lượng và chống biến đổi khí hậu.

Tài liệu tham khảo

[1] Trần Vũ Manh. Thiết kế và thực hiện các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà dựa trên tích hợp lưu trữ quang.

[2] Lý tưởng, Lee. Thiết kế và thực hiện các nhà máy quang điện phân tán trên mái nhà [J]. Ứng dụng mạch tích hợp, 2023, 40 (3): 52-54.

(văn) ① Lầm lẫn; ② Giả dối. Phương pháp tính toán công suất điện dự đoán cho các nhà máy quang điện phân tán dựa trên thông tin thiết kế [J]. Tín dụng năng lượng mặt trời, 2021, 42 (4): 253-259.

[4] Anchory Enterprise Microgrid Thiết kế&Ứng dụng Hướng dẫn sử dụng. Phiên bản 2022 05