كيفية بناء نظام مستقر لتخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية

إن إضافة توربينات الرياح والألواح الشمسية والبطاريات لا يضمن استقرار الطاقة. لا يزال من الممكن أن يتسبب الحجم السيئ أو الضوابط الضعيفة في حدوث انقطاعات.

يجب أن توازن الشبكة الصغيرة الموثوقة لتخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية بين التوليد المتغير والأحمال المتغيرة وحدود البطارية في كل ثانية. ويجب أن تتعاون مكوناتها أيضًا أثناء الأعطال وفقدان الشبكة.

يشرح هذا الدليل كيفية تحديد المتطلبات واختيار البنية وحجم تخزين الطاقة وضوابط التصميم والتحقق من التشغيل الآمن.

ابدأ بأهداف الاستقرار وبيانات الموقع الحقيقية

تحديد مهمة تشغيل Microgrid

ابدأ بوصف معنى 'مستقر' لموقعك. قد يقوم المصنع بحماية معدات العملية من الانقطاعات القصيرة. قد تحتاج العيادة إلى عدة ساعات من النسخ الاحتياطي للأحمال الحرجة. قد يتطلب المجتمع البعيد عملية مستمرة على الجزيرة طوال الطقس الصعب.

حدد أهدافًا قابلة للقياس قبل اختيار المعدات:

• تحديد وقت الانقطاع المسموح به وتوافر الخدمة السنوية. سجل أطول فترة جزر مخطط لها. تحديد أي أحمال غير قادرة على تحمل تأخير النقل.

• ضبط حدود الجهد والتردد المقبولة. قم بتضمين عمليات تشغيل المحرك، والمنحدرات العاكسة، وأكبر خطوة تحميل متوقعة.

• اختر الهدف التجاري الرئيسي. قد تكون المرونة، أو الاستهلاك الذاتي المتجدد، أو الحلاقة القصوى، أو توفير الوقود، أو عدة فوائد مجتمعة.

تصنيف كل حمولة

قم بإنشاء ثلاث مجموعات تحميل: حرجة ومرنة وقابلة للتساقط. تحظى الأحمال الحرجة بالأولوية الأولى أثناء التوليد المحدود. يمكن أن تتحول الأحمال المرنة إلى ساعات مشمسة أو عاصفة. يتم فصل الأحمال القابلة للفصل قبل أن تصل البطارية إلى احتياطيها المحمي.

لا تحجم من الفواتير الشهرية وحدها. اجمع ما لا يقل عن سنة واحدة من البيانات الفاصلة، ويفضل أن يكون ذلك في خطوات مدتها 15 دقيقة. تساعد السجلات الأسرع في الكشف عن بدء تشغيل المحرك وذروات الشحن والاضطرابات القصيرة. أضف الأحمال المستقبلية وتغييرات الإنتاج الموسمية والكهرباء المخطط لها.

نموذج الموارد المحلية المتجددة

استخدم بيانات الرياح المقاسة عند ارتفاع المحور المقترح. قد تؤدي متوسطات المطارات القريبة إلى تحريف الاضطرابات أو العوائق. يجب أن تتضمن تقديرات الطاقة الشمسية الميل والتظليل ودرجة الحرارة والتلوث والتدهور المتوقع.

ثم قم بمحاذاة كلا الموردين مع نفس ملف تعريف التحميل المستند إلى الوقت. غالبًا ما تضيف الرياح قيمة بعد غروب الشمس أو أثناء الفترات الملبدة بالغيوم. ومع ذلك، يجب أن يظهر التكامل في البيانات المحلية، وليس في افتراضات التسويق.

يعد توافق المكونات مهمًا عبر مسار الطاقة الكامل. تأكد من نطاقات الجهد وسلوك العاكس وبروتوكولات التحكم وواجهات الحماية قبل الشراء. حتى الأجهزة التي أثبتت جدواها يمكن أن يكون أداؤها سيئًا عندما تتعارض افتراضات التشغيل الخاصة بها.

يجب أن يحتوي خط الأساس النهائي على أولويات التحميل، وملفات تعريف الطاقة المتجددة، وأهداف الانقطاع، والتعريفات، والحدود البيئية، وخطط التوسع. تصبح هذه المدخلات بمثابة عقد التصميم لعمليات المحاكاة اللاحقة.

اختر بنية شبكة صغيرة لتخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية

رسم خريطة لمسار الطاقة الكامل

تربط البنية المستقرة بين التوليد والتحويل والتخزين والتوزيع والحماية والتحكم. تحتاج كل واجهة إلى جهد وطاقة واتصالات وسلوك خطأ محدد. يمكن لمواصفات الواجهة المفقودة أن تهزم المعدات الموثوقة.

حدد طريقة الاقتران

يقوم التصميم المقترن بالتيار المتردد بتوصيل محولات طاقة الرياح والطاقة الشمسية والبطارية المنفصلة بحافلة تيار متردد مشتركة. إنها مرنة وتناسب التعديلات التحديثية. قد تؤدي التحويلات الإضافية إلى تقليل الكفاءة أثناء الشحن المتجدد.

يجمع التصميم المقترن بالتيار المستمر بين المصادر الموجودة على ناقل التيار المستمر قبل عاكس رئيسي واحد. قد يقلل من مراحل التحويل وخسائر القطع المتجددة. يمكن أن تصبح الحماية وتكامل البائعين أكثر تخصصًا.

يمزج التخطيط المختلط بين كلا النهجين. اختره عندما يجب أن تتواجد أصول التيار المتردد القديمة جنبًا إلى جنب مع توليد التيار المستمر أو التخزين الجديد. قارن الكفاءة عبر مسارات الطاقة الفعلية، وليس تصنيفًا رئيسيًا واحدًا.

ال تخزين الطاقة - حلول مبتكرة للاستدامة - تتضمن GWZK البطاريات والأنظمة الهجينة وخيارات العاكس. قد تدعم هذه الفئات بنيات مختلفة. لا تزال نوافذ الجهد النهائي وبروتوكولات الاتصال وإعدادات الحماية بحاجة إلى التحقق.

تعيين مسؤولية تشكيل الشبكة

تحتاج العاكسات التي تتبع الشبكة إلى مرجع للجهد والتردد الحالي. لا يمكنهم دائمًا الحفاظ على جزيرة بمفردهم. يجب أن يشكل مصدر واحد على الأقل الشبكة أثناء التشغيل المعزول.

عادةً ما يقوم عاكس البطارية المشكل بالشبكة بتحديد الجهد والتردد. ثم تتبع العاكسون الأخرى مرجعها. تحديد الطاقة الاحتياطية للأحمال المتدرجة، والطلب التفاعلي، وبدء تشغيل المحرك.

حدد أيضًا نقطة الاقتران المشترك. إنه يحتاج إلى قاطع ربط، وضوابط المزامنة، والقياس، وحماية ضد الجزيرة. يجب أن تتعرف وحدة التحكم على فقدان الشبكة، وتفتح الرابط البيني، وتثبت الجزيرة، وتعيد الاتصال بأمان بعد ذلك.

حجم تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة كنظام واحد

توليد الحجم ضد الطلب المتزامن

يمكن لميزان الطاقة السنوي أن يخفي أصعب ساعات التشغيل. نموذج لإنتاج الطاقة الشمسية، وإنتاج الرياح، والتحميل على جدول زمني واحد. قم بتضمين أخطاء التنبؤ ووقت توقف المعدات وفقدان درجات الحرارة والفجوات الموسمية في الموارد.

قم بتشغيل ثلاث حالات على الأقل: التشغيل العادي، والظروف منخفضة الطاقة المتجددة، وانقطاع المرافق. أضف حالة النمو المستقبلي عند التخطيط لآلات جديدة أو سيارات كهربائية. تصميم قوي يلبي الأحمال الحرجة دون الاعتماد على الطقس المثالي.

فصل طاقة البطارية والطاقة

تحدد طاقة البطارية، المُقاسة بالكيلوواط، مدى سرعة استجابة وحدة التخزين. وتحدد طاقة البطارية، التي تقاس بالكيلوواط ساعة، المدة التي يمكن أن تستمر فيها هذه الاستجابة. يجب أن تفي كلتا القيمتين بالمهمة.

يجب أن تعكس السعة القابلة للاستخدام حدود حالة الشحن وعمق التفريغ ودرجة الحرارة والعمر وكفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا. قم بتضمين الاستهلاك الإضافي من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، وأجهزة التحكم، وأنظمة الحريق، والمحولات. تستمر هذه الأحمال أثناء الجزر.

للحصول على تقدير أولي، اضرب طاقة الحمل الحرج بالاستقلالية المطلوبة. ثم قم بضبط خسائر التحويل والتفريغ المسموح به وهامش الاحتياطي وعمر البطارية. وينبغي أن تحل المحاكاة محل هذا التقدير التقريبي قبل الشراء.

تحسين النظام بأكمله

المزيد من البطاريات لا تؤدي دائمًا إلى تحسين قيمة المشروع. قد تغطي طاقة الرياح الإضافية العجز في الشتاء أو الليل. قد تقوم الطاقة الشمسية الإضافية بشحن التخزين بتكلفة أقل خلال النوافذ النهارية المتوقعة.

استخدم تحليل الحساسية عبر العديد من مجموعات طاقة الرياح والطاقة الشمسية والبطاريات. ال مجموعة أدوات تصميم Microgrid - الطاقة تقارن التكلفة والأداء والموثوقية الخاصة بالموقع. ويمكن لأدوات النمذجة المماثلة اختبار المقايضات قبل الالتزام برأس المال.

تحقق من قص العاكس، ومعدل C للبطارية، وعدد الدورات، والطاقة المتجددة المحدودة، والحمل غير الملباة، ووقت تشغيل المولد. يجب أن يظل التصميم المفضل ثابتًا بعد عدم توفر أحد المكونات الرئيسية.

استخدم EMS وعناصر التحكم في العاكس للحفاظ على الاستقرار

تنسيق الإرسال وحالة الشحن

يتعامل نظام إدارة الطاقة مع القرارات البطيئة خلال دقائق أو ساعات. فهو يتنبأ بالأحمال والتوليد المتجدد، ويجدول الشحن، ويدير التعريفات، ويحمي احتياطي الانقطاع. تدير وحدة التحكم microgrid عمليات التنسيق والتشغيل بشكل أسرع.

قد يتبع أمر الإرسال العملي هذه القواعد:

1. خدمة الأحمال الحالية من طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتاحة.

2. شحن تخزين الطاقة باستخدام حدود الطاقة الآمنة وSOC.

3. تصدير الطاقة الفائضة أو تقليصها بعد استيفاء أولويات التخزين.

4. التفريغ أثناء العجز أو الفترات الباهظة الثمن أو اضطرابات الشبكة.

5. قم بإلقاء الأحمال ذات الأولوية المنخفضة قبل اختراق أرضية SOC المحمية.

توفر القواعد الثابتة احتياطيًا يمكن الاعتماد عليه. يمكن أن يؤدي التحسين القائم على التنبؤ إلى تحسين المدخرات والاستخدام المتجدد. لا تدع الإطلاق الاقتصادي يستهلك القدرة المخصصة للمرونة.

الحفاظ على الجهد والتردد وجودة الطاقة

يؤثر توازن الطاقة على التردد فورًا أثناء التشغيل على الجزيرة. تؤثر ظروف الطاقة والشبكة التفاعلية على الجهد. يجب أن تستجيب ضوابط تشكيل الشبكة قبل أن يكمل البرنامج الإشرافي جدولًا جديدًا.

استخدم التحكم في التدلي أو طريقة مشاركة أخرى تم التحقق من صحتها عبر المصادر المتوازية. تحديد حدود الطاقة النشطة والمتفاعلة لكل عاكس. التحقق من التوافقيات، وعدم التوازن، وتجاوز الأخطاء، والسلوك منخفض القصور الذاتي.

ال تعمل إرشادات البنية الأساسية للشبكة الصغيرة التابعة لوزارة الطاقة على توصيل التحويل والتحكم والحماية والجزيرة والاتصالات والتخزين. تعامل مع هذه الوظائف كتصميم واحد منسق.

خطط لكل عملية انتقالية للتشغيل

تسلسل المستندات لفقدان الشبكة، والجزيرة المخططة، والبدء الأسود، وإعادة المزامنة، وفشل الاتصال. يحتاج كل تسلسل إلى توقيت واضح ومسموح به وحالات احتياطية.

أثناء بداية التشغيل باللون الأسود، يقوم مصدر تشكيل الشبكة بتزويد الحافلة بالطاقة أولاً. تعود الأحمال والعاكسات المتجددة في كتل خاضعة للرقابة. هذا يمنع تدفق المحولات أو بدء تشغيل المحرك من انهيار الجهد.

GWZK نظام شحن تخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكل في واحد بقدرة 1 كيلو وات يدمج وظائف تخزين الرياح والطاقة الكهروضوئية وLFP ونظام إدارة المباني والتحكم والعاكس. ويوضح مبدأ التنسيق للأحمال الصغيرة. تتطلب الأنظمة الأكبر حجمًا دراسات مراقبة خاصة بالمشروع واتصالات زائدة عن الحاجة.

حماية المهندس، والتشغيل، والتشغيل على المدى الطويل

دراسات الحماية والربط البيني الكاملة

غالبًا ما توفر الموارد المعتمدة على العاكس تيارًا أقل للخطأ من شبكة المرافق. وبالتالي فإن إعدادات التيار الزائد التقليدية قد تفوت الأخطاء الجزرية. يجب أن تتكيف الحماية مع الظروف المتصلة بالشبكة والجزرية.

دراسات كاملة لدائرة القصر، وتنسيق الحماية، والتأريض، والفلاش القوسي، والتوافقي، والعابر. التحقق من تنشيط المحولات وتشغيل المحرك والمنحدرات المتجددة وتغييرات الحمل المفاجئة. قم بمراجعة قواعد ربط المرافق ومتطلبات مكافحة الحرائق المحلية قبل الاختيار النهائي للمعدات.

افصل لوحات التحميل الحرجة عن وحدات التغذية غير الحرجة. وهذا يجعل التخلص الانتقائي من الأحمال أسرع وأكثر قابلية للتنبؤ به. يجب أن تظل الحماية السلكية فعالة في حالة فشل نظام الإدارة البيئية أو شبكة الاتصالات.

اختبار حالات الفشل الحقيقية قبل التسليم

اختبارات قبول المصنع تتحقق من المعدات ومنطق الاتصالات. اختبارات قبول الموقع تتحقق من النظام المثبت. يجب أن يعيد التشغيل إنشاء الأحداث الصعبة، وليس فقط التدفق الطبيعي للطاقة.

اختبار هذه الشروط في ظل إجراءات خاضعة للرقابة:

• فقدان شبكة المرافق عند مستويات تحميل متعددة.

• فقدان مفاجئ للطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو البطارية أو وحدة التغذية الرئيسية.

• أكبر خطوة تحميل متوقعة وبدء تشغيل المحرك.

• انخفاض SOC، وفشل المستشعر، وفقدان الاتصال.

• البداية السوداء، والتقاط الحمل المرحلي، والمزامنة، وإعادة الاتصال.

• إيقاف التشغيل في حالات الطوارئ، وأجهزة الإنذار، وواجهات نظام الإطفاء، والتحكم اليدوي.

سجل نظير التردد، واستعادة الجهد، ووقت النقل، واستجابة SOC، وترتيب فصل الأحمال. تصحيح السلوك غير المستقر قبل التشغيل التجاري.

تعمل من الأدلة

مراقبة الإنتاجية المتجددة، والطاقة المخفضة، ودرجة حرارة البطارية، وعدم توازن الخلايا، وأجهزة إنذار العاكس، وكفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا، وأحداث الأحمال غير الملباة. قارن النتائج الفعلية بنموذج التصميم كل شهر.

قم بتحديث توقعات EMS بعد التغييرات الموسمية أو إضافات الأحمال الرئيسية. أعد فحص احتياطي SOC المحمي قبل الطقس القاسي. فحص المفاتيح الكهربائية والتبريد وأجهزة التوربينات والتوصيلات الكهروضوئية وأنظمة سلامة البطارية ضمن الجداول الزمنية المخطط لها.

الأمن السيبراني ينتمي إلى عملية روتينية. شبكات التحكم في القطاعات، وتقييد الوصول عن بعد، وإدارة بيانات الاعتماد، واختبار النسخ الاحتياطية. الحفاظ على إجراء التشغيل اليدوي للاتصالات المفقودة.

تتحسن الشبكة الصغيرة المستقرة من خلال التشغيل المُقاس. يمكن أن تكشف بيانات الاتجاه عن الألواح القذرة، أو ضعف أداء التوربينات، أو تقادم البطارية، أو التوزيع السيئ قبل أن تتأثر الموثوقية.

خاتمة

تبدأ الشبكة الصغيرة المستقرة لتخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية بالأحمال المقاسة وبيانات الموارد المحلية. إن الحجم المنسق وعناصر التحكم في تشكيل الشبكة والحماية والاختبار الواقعي يجعلها جديرة بالثقة.

يجب أن يخدم تخزين الطاقة الاستقرار السريع والمرونة طويلة الأمد. للحصول على تكوين خاص بالموقع، اتصل بـ GWZK وقارن التصميم المقترح بأهداف التشغيل والأكواد المحلية وميزانية دورة الحياة.

الأسئلة الشائعة حول شبكات تخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية الصغيرة

س: ما الذي يجعل الشبكة الصغيرة لتخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية مستقرة؟

ج: تعمل السعة المتوازنة، والتحكم في تشكيل الشبكة، واحتياطيات البطارية المحمية، والحماية المنسقة، وتحولات التشغيل المختبرة على إنشاء أداء مستقر.

س: ما الحجم الذي يجب أن تكون عليه البطارية؟

ج: حجم البطارية كيلوواط للاستجابة القصوى و كيلوواط ساعة للاستقلالية المطلوبة، والخسائر، والاحتياطي، والشيخوخة، والتفريغ القابل للاستخدام.

س: هل يمكن للشبكة الصغيرة أن تعمل بدون شبكة المرافق؟

ج: نعم، إذا كان لديه القدرة على تشكيل الشبكة، والتوليد الكافي، والتخزين، والحماية، ومنطق البداية السوداء، والأحمال ذات الأولوية.

س: لماذا تعتبر بطاريات LFP شائعة في الشبكات الصغيرة؟

ج: توفر بطاريات LFP ثباتًا حراريًا قويًا وعمر دورة طويل وأداء عملي لركوب الدراجات اليومية الثابتة.

س: ما الذي يجب اختباره؟

ج: اختبار فقدان الشبكة، ورحلات المصدر، وخطوات التحميل، وانخفاض SOC، وفشل الاتصال، والبدء الأسود، والحماية، وإعادة الاتصال.