Tipos de aplicación y características de los proyectos de microrredes
1. El concepto de microrred
La microrred es un concepto relacionado con la gran red eléctrica tradicional. Se refiere a una red compuesta por múltiples fuentes de energía distribuidas y sus cargas relacionadas de acuerdo con una determinada estructura topológica. Es una forma eficaz de realizar una red de distribución activa, transformando las redes eléctricas tradicionales en redes inteligentes.
La microrred abarca seis áreas principales: generación de energía, almacenamiento de energía, distribución, consumo de electricidad, despacho y comunicaciones. Puede funcionar tanto en modo conectado a la red como en modo aislado y tiene un alto grado de confiabilidad y estabilidad.
2. Aplicación de la microrred
El mercado de aplicaciones de las microrredes se divide principalmente en los siguientes cuatro aspectos: 1. Microrredes domésticas: esta aplicación de mercado todavía es relativamente limitada en China, y la mayoría de las microrredes integran almacenamiento óptico y carga. 2. Microrredes de parques industriales: esta área es ampliamente utilizada. 3. Microrredes insulares: desarrollar la generación de energía fotovoltaica y eólica en las islas para resolver el problema de la estabilidad y seguridad energética de las islas. 4. Microrredes en áreas remotas/sin energía: construir una micro red complementaria de múltiples energías para resolver el problema de la falta de suministro eléctrico en áreas remotas.
La microrred puede funcionar en la red o en una isla. Todo el sistema está diseñado para ser plug-and-play, lo que mejora la flexibilidad y la fiabilidad del suministro eléctrico. La microrred de almacenamiento de energía también se puede utilizar como fuente de alimentación de respaldo, utilizando su función de arranque en negro; además, puede participar en la regulación de la red principal a través del sistema de gestión energética local.
3. Tipos de microrredes
(1) Microred de comunicación
La microrred de CA es principalmente una tecnología de acoplamiento de energía distribuida a través de un bus de CA, que conecta la generación de energía eólica, la generación de energía diésel, la energía fotovoltaica y el almacenamiento de energía al sistema. Finalmente, todo el sistema está conectado a la gran red eléctrica a través de gabinetes de distribución inteligentes para formar una microrred de CA simple. La aplicación de este tipo de microrred de CA es muy típica en las aplicaciones o proyectos actuales de almacenamiento de energía de microrredes, y la tecnología es relativamente madura y la aplicación es muy flexible. Al igual que con todas las tecnologías de microrredes de almacenamiento de energía, es relativamente fácil para los proveedores de equipos o integradores de sistemas lograr la integración del sistema.
Este tipo de microrred de CA es más adecuada para microrredes insulares, ya que en áreas relativamente amplias de la isla se puede utilizar energía fotovoltaica para complementar la energía y, junto con un sistema de almacenamiento de energía, cuando la carga no se puede consumir por completo, la electricidad restante se puede almacenar primero y luego alimentar la carga por la noche. Cuando todo el sistema no puede generar electricidad en días lluviosos, se puede considerar agregar un generador diésel para usarlo como fuente de energía de respaldo.
Características de la microrred de CA: 1. El diseño del sistema de la microrred de CA puede soportar el funcionamiento conectado a la red o fuera de la red. 2. Todo el sistema tiene un amplio rango de potencia de acceso y un diseño flexible, y se puede conectar a energía fotovoltaica, energía eólica, supercondensadores y otros tipos de sistemas de baterías de almacenamiento de energía. 3. Admite la aplicación de baterías en escalera. Las baterías se pueden conectar a múltiples ramas para reducir la conexión en paralelo de los paquetes de baterías. 4. Toda la microrred del sistema de CA se puede convertir en un diseño de contenedor que integre fotovoltaica, almacenamiento de energía y baterías. En situaciones en las que la capacidad es relativamente pequeña, la batería de almacenamiento de energía ocupa un área relativamente grande. Si el dispositivo del sistema se coloca en un área específica y no hay espacio, se puede colocar un contenedor al aire libre y empaquetarlo como un todo.
Las tecnologías clave de la microrred de comunicación: 1. La estrategia de gestión de energía de la microrred, al gestionar el estado operativo de la carga en la microrred, garantiza el funcionamiento económico y confiable de la microrred. Para formar una microrred, la gestión de la energía, la programación y el control de políticas son indispensables en segundo plano. 2. La tecnología de conmutación sin interrupciones dentro y fuera de la red garantiza la confiabilidad del suministro de energía para cargas importantes en la microrred y desempeña un papel importante en el funcionamiento seguro y confiable de la gran red eléctrica. 3. La función VSG aumenta la inercia del sistema y mantiene la estabilidad del voltaje y la frecuencia del sistema.
(2) Microrred de CC
Las microrredes de CC se utilizan principalmente en estaciones de carga de vehículos eléctricos, parques industriales y comerciales y algunas situaciones de suministro de energía de emergencia. La composición del sistema considera principalmente dos puntos: 1. Maximizar el papel de la energía fotovoltaica. Porque los sectores fotovoltaico y de almacenamiento de energía son indispensables en la microrred, y el almacenamiento de energía es el componente central de todo el equipo de la microrred. La generación de energía fotovoltaica es generalmente energía de CC. La energía de CC generada por la energía fotovoltaica se integra en el bus de CC a través de un dispositivo intermedio, y la batería se conecta al sistema a través del convertidor de CC en el medio. De esta manera, la generación de energía fotovoltaica no necesita invertirse y luego rectificarse nuevamente para cargar la batería. La eficiencia de conversión total del sistema será muy alta. 2. En la actualidad, la tecnología de carga de vehículos eléctricos utiliza principalmente pilas de carga de CA o pilas de carga de CC. La energía de dichas pilas de carga proviene de corriente alterna. Una microrred de CC está construida para fluir la energía a través de la carga de CC y la conversión de CC para cargar directamente los vehículos eléctricos. El máximo Mejorar la eficiencia de conversión y la eficiencia de utilización del sistema. Todo el sistema está conectado a la red a través del convertidor de almacenamiento de energía, que desempeña un papel complementario. Cuando la energía fotovoltaica es insuficiente o la fuente de alimentación de carga, la fuente de CC y otras cargas similares necesitan suministro de energía, se puede extraer energía de la red; cuando el consumo de energía fotovoltaica no es suficiente. Cuando termine, puede utilizar la energía restante para conectarse a Internet.
Características de la microrred de CC: 1. La microrred de CC adopta la tecnología de acoplamiento de bus de CC para reducir las pérdidas de conversión de CA a CC. 2. Hacer pleno uso de la generación de energía fotovoltaica para lograr el equilibrio energético en el sistema de microrred. 3. Minimizar la capacidad de distribución de energía en el lado de la red, porque muchas cargas extraen energía de la red cuando se suministra energía, y la capacidad de configuración del transformador en el lado de la red será muy grande. Si hay muchas cargas de CC, se puede utilizar la microrred de CC para resolver el problema. 4. Como una fuente de alimentación de emergencia simple, esta fuente de alimentación de emergencia no puede lograr una conmutación de fuente de alimentación sin interrupciones como un SAI convencional, pero el retraso de conmutación se puede controlar en 15 milisegundos.
Tecnologías clave de la microrred de CC 1. Sistema de gestión de energía, que utiliza un conjunto de software para controlar y programar estratégicamente la energía del sistema. 2. Tecnología de adaptación de impedancia del convertidor de CC. Este circuito de adaptación de impedancia puede reducir el impacto en la frecuencia resonante del circuito resonante del convertidor cuando cambian el circuito de filtro y la carga de salida, de modo que la frecuencia resonante del circuito resonante del convertidor solo esté dentro de un amplio rango durante el funcionamiento. cambia dentro de un pequeño rango de frecuencia para garantizar una alta eficiencia de conversión del convertidor y simplificar el circuito de control del convertidor. 3. La tecnología de control colaborativo distribuido de buses segmentados garantiza la estabilidad de la colaboración y la adaptabilidad del sistema.
(3) Microrred híbrida de CA y CC
La microrred híbrida de CA y CC combina todas las características de los dos tipos de microrredes anteriores y es muy potente. La combinación de todo el sistema requiere un equipamiento y una tecnología muy avanzados. En aspectos como el almacenamiento de energía y el PCS, si no se gestiona adecuadamente la coordinación y el control del acceso de la energía distribuida a todo el sistema, el sistema se paralizará. Las microrredes híbridas de CA y CC pueden utilizarse ampliamente en escenarios como islas, zonas sin electricidad y parques industriales y comerciales.
Solución y aplicación de tecnología de almacenamiento de energía en contenedores de 1 MWh
(1) Solución de almacenamiento de energía en microrredes
Los componentes principales, como baterías integradas, BMS, convertidores, armarios de distribución inteligentes y EMS, se colocan todos en un contenedor, lo que se puede lograr con un contenedor de 40 pies. Esta solución integrada se puede aplicar en la reducción de picos y la modulación de frecuencia de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, o en la utilización de baterías en cascada, situaciones de suministro de energía de emergencia y algunas aplicaciones comerciales para la reducción de picos y el llenado de valles.
2. Soluciones de almacenamiento de energía para centrales eléctricas
Todo el sistema de una central eléctrica de almacenamiento de energía es relativamente grande. Personalmente recomiendo que los componentes de la batería y del sistema de almacenamiento de energía se separen y se coloquen en un contenedor separado. Esto será más razonable en términos de mantenimiento, ventilación y disipación de calor de la batería.
3. Solución de almacenamiento de energía en gabinete
La solución de almacenamiento de energía todo en uno es adecuada para pequeñas aplicaciones comerciales de almacenamiento de energía. Al colocar el PCS y los módulos de batería en un gabinete, todo el sistema ocupa un espacio relativamente pequeño.
Diseño de un contenedor para almacenamiento de energía de 1 MWh
El diseño del contenedor de almacenamiento de energía de 1 MWh se divide principalmente en dos partes:
1. Compartimento de la batería: El compartimento de la batería incluye principalmente una batería de 1 MWh, un bastidor de batería, un armario de control BMS, un armario de extinción de incendios de heptafluoropropano, un aire acondicionado de refrigeración, una iluminación con sensor de humo, una cámara de vigilancia, etc. La batería debe estar equipada con un sistema de gestión BMS correspondiente. Los tipos de batería pueden ser baterías de hierro-litio, baterías de litio, baterías de plomo-carbono y baterías de plomo-ácido. Las baterías de plomo-ácido tienen una densidad energética baja y son de gran tamaño. Es posible que un contenedor estándar de 40 pies no pueda acomodarlas. El diseño estándar actual es una batería de fosfato de hierro-litio de 1 MWh. El aire acondicionado de refrigeración se ajusta en tiempo real según la temperatura del almacén. Las cámaras de vigilancia pueden monitorear de forma remota el estado operativo del equipo en el almacén. Finalmente, se puede formar un cliente remoto para monitorear y administrar el estado operativo y el estado de la batería del equipo en el almacén a través del cliente o la aplicación.
2. Almacén de equipos: El almacén de equipos incluye principalmente gabinetes de control PCS y EMS. PCS puede controlar el proceso de carga y descarga, realizar la conversión de CA y CC, y puede alimentar directamente cargas de CA cuando no hay red eléctrica. En la aplicación de sistemas de almacenamiento de energía, la función y el papel de EMS son relativamente importantes. En términos de red de distribución, EMS recopila principalmente el estado de energía en tiempo real de la red eléctrica a través de la comunicación con medidores inteligentes y monitorea los cambios en la energía de carga en tiempo real. Controla la generación automática de energía y evalúa la seguridad del estado del sistema eléctrico. En un sistema de 1 MWh, la relación de PCS a batería puede ser 1: 1 o 1: 4 (almacenamiento de energía PCS 250kWh, batería 1 MWh).
El diseño de disipación de calor del convertidor tipo contenedor de 1 MW adopta un diseño de distribución hacia adelante y descarga trasera. Este diseño es adecuado para centrales eléctricas de almacenamiento de energía que colocan todos los PCS en el mismo contenedor.
El cableado, los canales de mantenimiento y el diseño de disipación de calor del sistema de distribución de energía interna del contenedor están integrados y optimizados para facilitar el transporte a larga distancia y reducir los costos de mantenimiento posteriores.
3. Composición de una solución estándar de almacenamiento de energía en MW
La solución estándar de almacenamiento de energía de MW integra baterías, BMS, PCS y EMS. La mayoría de los sistemas utilizan PCS como equipo básico y brindan soluciones de almacenamiento de energía personalizadas y completas mediante la integración de baterías, BMS y EMS.
La microrred de almacenamiento de energía se ha convertido en la infraestructura clave de Internet de la energía
- El papel de la microrred de almacenamiento de energía en la red energética
Existe una correspondencia uno a uno entre el almacenamiento de energía e Internet. La energía en el almacenamiento de energía corresponde a los datos en Internet; la batería es el llamado almacenamiento de energía, que corresponde a la memoria caché en Internet; el dispositivo de conversión bidireccional del convertidor de almacenamiento de energía corresponde al papel del enrutador en Internet; la microrred en el almacenamiento de energía es equivalente a una red de área local; todos los datos y dispositivos agregados forman la Internet de la energía, que es equivalente a la estructura de Internet.
2. Aplicación del almacenamiento de energía
Lado de generación de energía: resolver el problema del abandono de la energía eólica y la luz y estabilizar las fluctuaciones. En la actualidad, la tasa de abandono de la energía eólica en algunas áreas alcanza el 10%-15%, y la tasa de abandono de la luz alcanza el 15%-20%. Equipado con almacenamiento de energía en el lado de generación de energía, la generación de energía se puede estabilizar y el impacto en la red eléctrica se reducirá en gran medida.
Lado de la red: participa en la regulación de frecuencia de la red eléctrica para mejorar la estabilidad. En la actualidad, algunos lugares en el mercado de regulación de frecuencia utilizan energía térmica para la regulación de frecuencia, pero el tiempo de respuesta y el ciclo de regulación de frecuencia de energía térmica son relativamente largos. La potencia de salida de almacenamiento de energía cambia muy rápidamente y generalmente puede responder en 10 segundos. La modulación de frecuencia de almacenamiento de energía tiene ventajas en comparación.
Lado del usuario: almacenamiento de energía, reducción de picos y llenado de valles, y obtención de la diferencia de precio de la electricidad entre picos y valles.
Desafíos y obstáculos en el desarrollo de microrredes de almacenamiento de energía
En la actualidad, todo el mercado de almacenamiento de energía se encuentra en un estado tibio, principalmente por dos razones: primero, la política y el costo. Los subsidios de política estatal para vehículos eléctricos son muy grandes. Por lo tanto, después de que se otorguen subsidios para sistemas de almacenamiento de energía o baterías, el costo de todo el sistema se reducirá, la inversión inicial se reducirá y los ingresos del sistema aumentarán. El segundo es el nivel técnico. En primer lugar, todavía existen limitaciones y dificultades técnicas en el desarrollo de redes de distribución activas; aún es necesario explorar la exploración de la tecnología de gestión de la energía; es necesario mejorar la tecnología de operación coordinada y optimizada de microrredes y grandes redes eléctricas; la adaptabilidad a la red de los convertidores de almacenamiento de energía En términos de tecnología de apoyo para la red eléctrica, existen requisitos técnicos y umbrales para los fabricantes de PCS de almacenamiento de energía. La gente piensa que la política y el costo son los principales problemas en la actualidad.
Oportunidades y perspectivas en el desarrollo de microrredes de almacenamiento de energía
(1) La alta tasa de penetración de la energía fotovoltaica y eólica plantea desafíos para la estabilidad de la red eléctrica. Los estudios han demostrado que la tasa máxima de penetración de la generación de energía fotovoltaica generalmente no supera el 25%-50%. De lo contrario, la red eléctrica puede experimentar aumentos de voltaje, fluctuaciones de voltaje causadas por cambios en las nubes y desconexiones a gran escala causadas por fluctuaciones de baja tensión y frecuencia.
(2) La reforma eléctrica ha activado el mercado de almacenamiento de energía del lado del usuario. Con la mayor reducción de los costos de almacenamiento de energía, la mejora del sistema de precios de la electricidad en horas pico y valle, el establecimiento de mecanismos de compensación como los precios de la electricidad en horas pico y la gestión de la demanda, y el desarrollo de diversos servicios de valor agregado en el lado del usuario del mercado eléctrico, aparecerá el mercado de almacenamiento de energía del lado del usuario. Se ha convertido en una de las principales áreas de aplicación comercial del almacenamiento de energía en mi país.
(3) Con la rápida explosión del mercado de vehículos eléctricos, el reciclaje eficaz de las baterías eléctricas y la realización de la utilización secuencial de las baterías se han convertido en uno de los temas importantes en el desarrollo de vehículos de nueva energía, y se han puesto en la agenda. El mercado de las futuras baterías para automóviles es muy grande.
(4) El sistema de microrredes de almacenamiento y carga óptica tiene valor de inversión. Es un esquema de gestión y asignación de energía que utiliza de manera integral la energía verde y tiene grandes beneficios económicos y ambientales.
Ventajas de la tecnología de almacenamiento de energía de múltiples ramas en la utilización de baterías escalonadas
Tecnologías clave para la utilización escalonada
Para el uso escalonado de baterías de energía en desuso de vehículos eléctricos, generalmente se deben llevar a cabo los siguientes procesos: reciclaje de baterías en desuso, desmontaje del PACK de baterías en celdas individuales, selección y clasificación de rendimiento de baterías, y reagrupamiento de baterías en módulos de baterías de uso escalonado o PACK. Pruebas de mantenimiento de equilibrado de grupos
Cuando se retira la batería de potencia, se desmonta todo el paquete del automóvil. Los diferentes modelos tienen diferentes diseños de paquetes de baterías, y sus diseños estructurales internos y externos, métodos de conexión de módulos y tecnologías de proceso son diferentes, lo que significa que es imposible utilizar una línea de montaje de desmontaje para adaptar todos los paquetes de baterías y módulos internos. Luego, en términos de desmontaje de baterías, es necesario realizar una configuración flexible y refinar la línea de montaje de desmontaje en secciones. Al formular el proceso de operación de desmontaje para diferentes paquetes de baterías, es necesario reutilizar las secciones de la línea de montaje existentes tanto como sea posible. y procesos para mejorar la eficiencia operativa y reducir la inversión repetida.
Para su utilización paso a paso, lo más razonable es desmontarlo hasta el nivel de módulo en lugar de hasta el nivel de celda, porque las conexiones entre celdas suelen ser mediante soldadura láser u otros procesos de conexión rígidos, lo que hace que sea extremadamente difícil desmontarlo sin dañarlo. Teniendo en cuenta los costos y los beneficios, la ganancia supera a la pérdida.
Tecnologías clave para la utilización escalonada
PCS adopta una solución modular de múltiples ramas, que puede reducir mejor la cantidad de conexiones paralelas de los paquetes de baterías. La carga y descarga de cada batería no se afectan entre sí.
Puntos críticos resueltos con la tecnología de múltiples ramas: 1. Eliminar los problemas de circulación causados por la conexión en paralelo de diferentes paquetes de baterías. 2. Reducir el complejo proceso de selección después de la utilización en cascada de la batería, reducir el costo de reutilización de las baterías en cascada y mejorar la eficiencia de reciclaje y el valor de utilización de las baterías en cascada. 3. Se pueden conectar baterías de diferentes fabricantes de baterías para mejorar la flexibilidad del sistema. 4. BMS adopta una solución de tecnología de equilibrio activo, que puede maximizar la protección equilibrada de la batería.
Ventajas técnicas
1. El diseño modular de los PCS de almacenamiento de energía tiene una alta estabilidad. La falla monomodo no afecta el funcionamiento de otros módulos. La producción de módulos es conveniente, rápida y eficiente.
2. En términos de valor para el usuario, el sistema se puede encender para agregar, quitar, reemplazar y realizar mantenimiento de módulos, y se puede reemplazar un solo módulo en 10 minutos; la conexión paralela redundante modular evita el desperdicio de recursos; admite acceso a energía múltiple, lo que lo hace conveniente y flexible.
3. Al utilizar una tecnología de topología de tres niveles eficiente y agregar una conversión de nivel cero, la tensión soportada del IGBT es la mitad de la de dos niveles y la pérdida de conmutación es pequeña; el de tres niveles tiene una frecuencia de conmutación más alta y la inductancia del filtro de salida se reduce; el de tres niveles tiene una tensión de escalera de capa más, la forma de onda de la corriente de salida es más cercana a una onda sinusoidal, el contenido armónico es pequeño y el factor de potencia es 0.99. En términos de factor de potencia, se puede ajustar a voluntad de -1 a 1.
4. Diseño de disipación de calor independiente. El módulo adopta una estructura en capas para aislar el centro de control principal y los componentes de calefacción principales; se utiliza un conducto de aire independiente para garantizar que la cavidad de aire tenga suficiente presión de aire. En comparación con un conducto de aire mixto, el diseño térmico es mejor.
Debate sobre la aplicación de la tecnología integrada de almacenamiento y carga óptica
El modo de aplicación típico del almacenamiento y la carga óptica es el modo de microrred de CA. Su arquitectura principal incluye bus de CA, fotovoltaica, pilas de carga, almacenamiento de energía y baterías, etc. El sistema puede funcionar conectado a la red o fuera de ella. El sistema también puede estar equipado con equipos de conmutación fuera de la red para una conmutación sin interrupciones.
En el futuro, la aplicación del almacenamiento y la carga óptica se convertirá en un estado complementario de múltiples energías. En el futuro, no solo se conectarán a este sistema la energía fotovoltaica y el almacenamiento de energía, sino también las cargas térmicas, las bombas de calor, las fuentes de energía distribuida, etc., y evolucionarán gradualmente hacia un enorme sistema de microrredes.
