Кроме того, устойчивое снижение тарифов на электроэнергию, поступающую в сеть, привело к тому, что все больше владельцев электростанций используют производимую ими энергию вместо того, чтобы подавать ее в сеть. Для максимизации собственного потребления часто используются системы хранения энергии в сочетании с системами управления энергопотреблением. Эти фотоэлектрические системы хранения энергии требуют от инверторов более сложных систем управления и потоков энергии, чем те, которые были доступны ранее, поскольку они ориентированы не только на максимизацию собственного потребления, но и на дополнительные функции, такие как:
- Оптимизированное планирование работы инвертора для использования преимуществ внепиковых нагрузок
- Улучшенное качество электросети
- Функция аварийного отключения электроэнергии
В данной статье подробно описываются новые технические характеристики, необходимые современным инверторам для выполнения этих функций.
Поток энергии в системах хранения
. В общем, фотоэлектрическая система хранения может работать со следующими пятью потоками нагрузки (рис. 1):
1. Фотоэлектрический генератор → Инвертор: энергия фотоэлектрической системы
2. Инвертор → Потребитель или подача в сеть
3. Инвертор → Аккумулятор: зарядка аккумулятора
4. Аккумулятор → Инвертор: разряд аккумулятора
5. Сеть переменного тока → Инвертор: зарядка аккумулятора энергией сети переменного тока
Первые два потока энергии типичны для фотоэлектрических систем без функции хранения.
Однако системы с накопителями энергии должны быть способны обрабатывать потоки энергии 3 и 4 для зарядки и разрядки батареи.
Поток энергии 5, который заряжает батарею от сети переменного тока, не является обязательным требованием для системы с накопителем, поэтому не все системы хранения предлагают эту опцию.
Этот последний режим работы позволяет реализовать множество дополнительных приложений, некоторые из которых уже важны сегодня, а другие станут важными в будущем, как показано в примерах ниже:
Функция зарядки переменным током.
Хотя функция зарядки переменным током не является наиболее важной для оптимизации собственного потребления, более детальный анализ показывает, что многие приложения невозможны без этой функции. Зарядка переменным током может осуществляться с использованием как частных или самостоятельно генерируемых источников энергии (домохозяйства), так и общественных сетей (сетевые источники питания). Примеры приложений для зарядки переменным током можно проанализировать с точки зрения следующих трех групп заинтересованных сторон:
С точки зрения системного оператора
– подключение к другим источникам энергии (подключение к сети переменного тока):
В последние годы на рынке наблюдается рост числа небольших установок комбинированного производства тепла и электроэнергии (микро-ТЭЦ) и даже ветропарков малой мощности. В таких системах электроэнергия доступна даже при низкой выработке фотоэлектрической энергии, то есть зимой, когда система хранения энергии работает с пониженной мощностью. Функция зарядки переменным током позволяет временно хранить избыточную энергию от вспомогательных источников для последующего использования.
Кроме того, подключение к сети переменного тока позволяет установить систему хранения энергии внутри существующей фотоэлектрической системы.
Экономия заряда:
Если в течение длительного времени доступно мало или совсем нет энергии от фотоэлектрических панелей (из-за неисправных модулей, заснеженных фотоэлектрических генераторов или других факторов), функция зарядки переменным током предотвращает полную разрядку системы хранения и, как следствие, преждевременное изнашивание батареи.
Минимальная нагрузка в аварийных ситуациях
: Многие фотоэлектрические системы хранения энергии включают функцию аварийного электропитания на случай отключения или сбоя в электросети. Независимо от состояния изоляции, переменная нагрузка обеспечивает минимальную емкость системы хранения. Это также позволяет планировать, будет ли достаточно времени для полной зарядки системы в случае отключения или сбоя в электросети.
С точки зрения потребителей электроэнергии:
тарифы на электроэнергию в зависимости от времени суток.
Внедрение интеллектуальных счетчиков позволило компаниям по распределению электроэнергии предлагать своим клиентам тарифы на электроэнергию в зависимости от времени суток. Это позволяет системам хранения энергии получать электроэнергию из сети в непиковые периоды, а затем использовать эту энергию в пиковые периоды. Это особенно полезно в периоды низкой освещенности.
Использование гибких систем хранения энергии для оптимизации и балансировки сети:
роль рынков электроэнергии (рынков кВт·ч) и их участников заключается в достижении максимально возможного баланса между предложением (производством) и спросом (потреблением) до того, как потребуется электроэнергия. Для оптимальной интеграции этих источников энергии на рынок, особенно фотоэлектрической и ветровой энергетики, в связи с их естественными колебаниями, необходимы инструменты прогнозирования с различными вариантами. Одним из таких вариантов является децентрализованное хранение энергии в батареях (которое объединяется, образуя «виртуальную электростанцию»).
С точки зрения оператора электросети:
улучшение качества сети.
Значительное увеличение количества фотоэлектрических систем, подключенных к сети, приводит к большей ответственности этих систем за предоставление услуг и обеспечение качества в сети. Использование систем хранения энергии означает, что фотоэлектрические системы могут играть решающую роль в поддержании необходимых уровней напряжения и частоты в распределительной сети. Дополнительная функция зарядки аккумуляторов переменным током из сети (после прохождения через инвертор постоянного тока) обеспечивает фотоэлектрической системе большую универсальность.
Участие в рынке балансировки электроэнергии:
Оператор электросети компенсирует дисбаланс электроэнергии, управляя производством электроэнергии, когда производство и мгновенный спрос не совпадают. Таким образом, управление электроэнергией осуществляется в соответствии с потребностями сети для достижения баланса между спросом и производством электроэнергии. Подобно тому, как оператор электроэнергетической системы использует эту мощность сети (см. ниже), децентрализованные системы хранения энергии на основе аккумуляторов предлагают гибкий вариант управления электроэнергией, основанный на потребностях как пользователя, так и сети.
Технология многопоточного управления.
Описанные в предыдущем разделе потоки энергии необходимы для обеспечения оптимальной работы системы хранения энергии на основе фотоэлектрических элементов. Для этих режимов работы требуется не только инвертор, но и возможность параллельного (одновременного) протекания токовых потоков. Технология многопоточного управления, используемая в серии Fronius Symo Hybrid, представляет собой комплексный подход к управлению потоками энергии, в котором инвертор становится интеллектуальным центром управления всеми токовыми потоками. Следующие примеры иллюстрируют преимущества систем хранения энергии с технологией многопоточного управления. Одновременная
подача энергии от фотоэлектрической системы и аккумулятора в дом.
Для удовлетворения энергетических потребностей дома фотоэлектрическая система подает электроэнергию, а любой дефицит покрывается аккумулятором.
Без технологии Multi-Flow, то есть если потоки энергии не могут происходить параллельно, фотоэлектрическая система не сможет удовлетворить потребности домохозяйства, даже при наличии накопленной энергии в аккумуляторах. Кроме того, фотоэлектрическая система будет вынуждена отключаться, что приведет к потерям энергии.
'
Зарядка аккумуляторов и электроснабжение дома с помощью фотоэлектрических систем:
если выходная мощность фотоэлектрической системы превышает потребление дома, избыток энергии накапливается в аккумуляторе. Этот избыток энергии не подается в сеть до тех пор, пока аккумулятор не будет полностью заряжен.
Без технологии Multi Flow инвертору пришлось бы снижать мощность, что привело бы к потерям энергии.
'
Одновременное электроснабжение дома и зарядка аккумулятора с помощью фотоэлектрических систем и других источников энергии:
для удовлетворения энергетических потребностей дома используется энергия, вырабатываемая фотоэлектрической системой и другими источниками энергии (например, небольшой ветряной турбиной или когенерационной установкой), а избыток энергии одновременно накапливается в аккумуляторе. Это обеспечивает гораздо большую автономность, даже в зимние месяцы.
Системы без технологии Multi Flow не способны использовать аккумулятор для временного хранения энергии из других источников.
'
Покрытие энергопотребления в чрезвычайных ситуациях с помощью фотоэлектрической энергии и аккумулятора.
В чрезвычайных ситуациях энергопотребление домохозяйства может быть одновременно покрыто фотоэлектрической системой и аккумулятором. Таким образом, аварийная работа продолжается даже при разрядке аккумулятора, при условии, что вырабатываемая мощность превышает потребляемую.
В случае системы без технологии Multi Flow, энергия фотоэлектрической системы часто не может быть использована для аварийных режимов работы и, следовательно, теряется.
'
6. Резюме.
Требования к инверторам в системах хранения энергии выше, чем в обычных фотоэлектрических системах без накопителя. Инвертор в современной системе хранения должен осуществлять интеллектуальное управление каждым потоком энергии, а также максимизировать собственное потребление. Для обеспечения отсутствия потерь энергии и достижения наивысшего уровня энергоэффективности необходимо обеспечить одновременную подачу всех потоков энергии. Для некоторых применений это возможно только при использовании функции зарядки переменным током, что делает эту функцию еще более важной.
Энергетический пакет Fronius и технология Multi Flow соответствуют строгим требованиям к системам управления современных систем хранения энергии. Технология Multi Flow позволяет использовать систему хранения в самых разнообразных областях применения, как сейчас, так и в будущем.
