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探究集裝箱儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應用

瀏覽次數(shù):433更新時間:2024-07-30
摘要: 本研究報告深入探討了集裝箱儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應用。通過分析其工作原理、優(yōu)勢、應用場景、面臨的挑戰(zhàn)以及未來發(fā)展趨勢,為微電網(wǎng)領域的發(fā)展提供了有價值的參考。
一、引言
隨著全球對清潔能源的需求不斷增長以及電力系統(tǒng)的日益復雜,微電網(wǎng)作為一種靈活、可靠的供電解決方案受到了廣泛關注。集裝箱儲能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)中的關鍵組成部分,發(fā)揮著重要的作用。
二、集裝箱儲能系統(tǒng)的工作原理
集裝箱儲能系統(tǒng)通常由電池組、電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量轉換系統(tǒng)(PCS)、溫控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等組成。電池組是儲能的核心部分,常見的電池類型包括鋰離子電池、鉛酸電池等。BMS負責監(jiān)測和管理電池的狀態(tài),如電壓、電流、溫度等,以確保電池的安全和性能。PCS則實現(xiàn)電能的雙向轉換,在充電時將交流電轉換為直流電為電池充電,在放電時將直流電轉換為交流電向電網(wǎng)或負載供電。溫控系統(tǒng)保證電池在適宜的溫度范圍內工作,消防系統(tǒng)提供安全保障,監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
三、集裝箱儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的優(yōu)勢

(一)靈活性

集裝箱式的設計使得儲能系統(tǒng)易于運輸和安裝,可以快速部署在需要的地方,適應不同的微電網(wǎng)場景。
例如,在一些偏遠地區(qū)或臨時用電場所,如礦山、建筑工地等,集裝箱儲能系統(tǒng)可以迅速運抵并投入使用,滿足當?shù)氐碾娏π枨蟆?/div>

(二)大容量儲能

通過集成大量的電池模塊,集裝箱儲能系統(tǒng)能夠提供較大的儲能容量,滿足微電網(wǎng)在不同時間段的能量需求。
在一些大型工業(yè)微電網(wǎng)中,如大型工廠或數(shù)據(jù)中心,需要大量的儲能來應對用電高峰和突發(fā)停電情況,集裝箱儲能系統(tǒng)能夠提供可靠的電力支持。

(三)高效能量轉換

先進的 PCS 技術能夠實現(xiàn)高效的能量轉換,減少能量損失,提高微電網(wǎng)的整體效率。
比如,采用高效的逆變器可以將電池輸出的直流電轉換為高質量的交流電,減少諧波對電網(wǎng)的影響。

(四)可擴展性

可以根據(jù)微電網(wǎng)的發(fā)展和需求的增長,通過增加集裝箱的數(shù)量或升級電池技術來擴展儲能容量。
以一個不斷發(fā)展的工業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)為例,初期可以部署較少的集裝箱儲能系統(tǒng),隨著園區(qū)規(guī)模的擴大和用電需求的增加,逐步增加集裝箱數(shù)量,實現(xiàn)儲能容量的擴展。
四、集裝箱儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應用場景

(一)偏遠地區(qū)供電

在遠離主電網(wǎng)的偏遠地區(qū),如海島、山區(qū)等,建立微電網(wǎng)結合集裝箱儲能系統(tǒng),可以實現(xiàn)穩(wěn)定的電力供應。
例如,一些海島依靠風力發(fā)電和集裝箱儲能系統(tǒng),解決了居民和旅游業(yè)的用電問題,減少了對柴油發(fā)電機的依賴,降低了運行成本和環(huán)境污染。

(二)可再生能源集成

與太陽能、風能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)結合,平抑其輸出功率的波動,提高可再生能源在微電網(wǎng)中的滲透率。
在一個風電場附近的微電網(wǎng)中,集裝箱儲能系統(tǒng)在風力充足時儲存多余的電能,在風力不足時釋放電能,保證了微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

(三)應急備用電源

在電網(wǎng)故障或自然災害等緊急情況下,作為微電網(wǎng)的備用電源,保障關鍵負荷的持續(xù)供電。
醫(yī)院、通信基站等重要設施的微電網(wǎng)中,集裝箱儲能系統(tǒng)能夠在市電中斷時迅速切換供電,確保醫(yī)療設備和通信設備的正常運行。

(四)削峰填谷

利用電價差,在用電低谷時儲存電能,在用電高峰時釋放電能,降低微電網(wǎng)用戶的用電成本。
對于一些商業(yè)建筑的微電網(wǎng),通過集裝箱儲能系統(tǒng)的削峰填谷功能,可以有效降低電費支出,提高能源利用效率。
五、面臨的挑戰(zhàn)

(一)成本較高

包括電池成本、PCS 成本、集裝箱外殼及配套設施成本等,這限制了其大規(guī)模應用。
比如,一些小型微電網(wǎng)項目可能由于資金限制,難以承受集裝箱儲能系統(tǒng)的初始投資。

(二)電池壽命和性能衰減

長期的充放電循環(huán)會導致電池壽命縮短和性能衰減,影響系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。

在一些頻繁進行深度充放電的應用場景中,電池的壽命可能會明顯縮短,需要定期更換電池,增加了運營成本。

(三)安全問題

電池的熱失控、火災等安全風險是集裝箱儲能系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)。
一旦發(fā)生安全事故,可能會造成嚴重的損失,因此需要完善的安全監(jiān)測和防護措施。

(四)標準和規(guī)范不完善

目前集裝箱儲能系統(tǒng)的設計、安裝、運行和維護等方面的標準和規(guī)范還不夠完善,導致市場上產(chǎn)品質量參差不齊。
這給用戶在選擇和使用集裝箱儲能系統(tǒng)時帶來了一定的困惑,也影響了行業(yè)的健康發(fā)展。
六、未來發(fā)展趨勢

(一)技術創(chuàng)新

研發(fā)更高性能、更長壽命、更低成本的電池技術,如固態(tài)電池、鈉離子電池等。
同時,PCS 技術也將不斷優(yōu)化,提高效率和可靠性。

(二)系統(tǒng)集成優(yōu)化

通過與其他能源設備和系統(tǒng)的深度融合,實現(xiàn)更高效、更智能的運行。
例如,與氫能系統(tǒng)結合,實現(xiàn)長時儲能和多能源互補。

(三)商業(yè)模式創(chuàng)新

探索新的商業(yè)模式,如儲能租賃、能源服務合同等,降低用戶的使用成本。
電力公司或第三方儲能運營商可以通過提供儲能服務,實現(xiàn)盈利和可持續(xù)發(fā)展。

(四)政策支持

政府出臺相關政策,鼓勵和支持集裝箱儲能系統(tǒng)的發(fā)展,如補貼政策、儲能容量市場機制等。
這將有助于推動集裝箱儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的廣泛應用。

七、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統(tǒng)

7.1系統(tǒng)概述

安科瑞儲能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES,專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS,具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

7.2系統(tǒng)功能

7.2.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好,能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài),實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息,如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

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7.2.2設備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

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PCS監(jiān)控:滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設置;運行模式設置;實現(xiàn)儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示;實現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

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BMS監(jiān)控:滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設置;實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測;實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

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空調監(jiān)控:滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測,可根據(jù)設置的閾值進行空調溫度的聯(lián)動調節(jié),并實時監(jiān)測空調的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù),以曲線形式進行展示。

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UPS監(jiān)控:滿足UPS的運行狀態(tài)及相關電參量監(jiān)測。

7.2.3曲線報表

系統(tǒng)能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

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7.2.4策略配置

滿足儲能系統(tǒng)設備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

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7.2.5實時報警

儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能,系統(tǒng)能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

7.2.6事件查詢統(tǒng)計

儲能能量管理系統(tǒng)能夠對遙信變位,溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。

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7.2.7遙控操作

可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制,但是當設備未通信上時,控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

 

 

7.2.8用戶權限管理

儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作(如遙控的操作,數(shù)據(jù)庫修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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八、結束語

本文提出了一套適用于微電網(wǎng)的集裝箱儲能系統(tǒng),該集裝箱儲能系統(tǒng)主要包含磷酸鐵鋰電池簇、電池管理系統(tǒng)、功率變換系統(tǒng)和儲能監(jiān)控系統(tǒng),詳細介紹了每個系統(tǒng)的作用及相互間的聯(lián)系。本文提出的集裝箱儲能系統(tǒng)設計方案已經(jīng)在1.5MWh微電網(wǎng)儲能項目中投入使用,在長期運行過程中證實了該方案的實用性及可行性,對改善微電網(wǎng)電能質量起到了積極作用。

參考文獻

[1]郭振,詹梨梨,王冬林,陳頡.集裝箱儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應用研究

[2] 張建華,黃偉.微電網(wǎng)運行控制與保護技術[M].北京:中國電力出版社,2010:110-126.

[3] 企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

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