حل تصميم كامل خارج الشبكة للمناطق السكنية العراقية

تخزين الطاقة الضوئية + حل التصميم الكامل لمولدات الديزل خارج الشبكة للمناطق السكنية العراقية

1. نظرة عامة على الحل

تصمم هذه الخطة نظام طاقة خالصًا خارج الشبكة للمناطق السكنية العراقية, مع الفكرة الأساسية ل “الضوئية + تخزين الطاقة باعتباره الرئيسي, طوارئ مولدات الديزل“: باستخدام وحدة تخزين الطاقة بقدرة 5 ميجاوات في الساعة كوحدة أساسية, تم تكوينها حسب المنطقة (4 مساحة الفيلا 30 ميجاوات في الساعة لكل منها, 2 المناطق الشاهقة 25 ميجاوات ساعة لكل منها), نظام واحد مزود بقدرة تخزينية للطاقة الكهروضوئية بقدرة 1.5 ميجاوات (إجمالي 51 ميجاوات), من خلال الاتصال المباشر DC-DC لتحقيق الطاقة الكهروضوئية 4 ساعات تخزين الطاقة الكاملة, لتلبية الطلب اليومي على الكهرباء 122,500 كيلووات ساعة. يتم توصيل النظام بالشبكة بجهد منخفض, يتم إضافة محولات العزل في المناطق الشاهقة لضمان السلامة, ومولدات الديزل (2 5ميغاواط) تستخدم فقط للتعامل مع الطقس القاسي. للفلل الكبيرة, يمكنك اختيار إضافة تخزين طاقة منزلي بقدرة 30 كيلو وات في الساعة لتحسين استقرار مصدر الطاقة, أو يمكنك استخدام الحل الأساسي (لا يوجد تخزين منزلي) لتقليل التكاليف. كلا الوضعين مناسبان لدرجات الحرارة المرتفعة وبيئة الغبار العالية في صحراء الشرق الأوسط.

2. المعلمات الأساسية وإطار التصميم

2.1. المعلمات الرئيسية

• إجمالي استهلاك الكهرباء: 3500 الأسر x 35 كيلووات ساعة/منزلية/يوم = 122500 كيلوواط ساعة/يوم (يتم حساب متوسط ​​استهلاك الكهرباء للفلل والمباني الشاهقة على أساس القيمة المتوسطة 35 كيلووات ساعة)
• المتطلبات الأساسية لتخزين الطاقة: يقابل 100% من استهلاك الكهرباء طوال اليوم (122,500 كيلوواط ساعة/يوم), ولن يعمل مولد الديزل إلا في ظروف خاصة (الطقس القاسي لأكثر من 3 أيام متتالية).
• متطلبات الشحن الكهروضوئية: قم بشحن نظام تخزين الطاقة بالكامل بالداخل 4 ساعات (يحتاج لتغطية استهلاك الطاقة في الوقت الحقيقي أثناء الشحن + كمية شحن تخزين الطاقة)​
• تكوين أجهزة الكمبيوتر: تكوين بنسبة 1/4 من سعة تخزين الطاقة, باستخدام نظام العلامة التجارية من الدرجة الأولى 1.45 ميجاوات (دعم 1500V → 400V اتصال الشبكة ذات الجهد المنخفض)
• تقسيم المنطقة: 6 مناطق تخزين الطاقة (مشتمل 2 المناطق الشاهقة, والتي تتطلب محولات العزل)​
• ما يعادل أشعة الشمس: 1790 ساعات/سنة → 4.9 ساعات يوميا (ذروة أشعة الشمس)​
• كفاءة النظام: الضوئية → تخزين الطاقة (اتصال مباشر DC-DC) كفاءة 0.92, تفريغ تخزين الطاقة → كفاءة التحميل 0.88, كفاءة الشحن والتفريغ الشاملة 0.81
• نظام تخزين الطاقة: يعتمد التكوين القياسي 5MWh/set, ويتم تعديل السعة الإجمالية إلى 170 ميجاوات في الساعة (تلبية الطلب على الكهرباء من 122,500 كيلوواط ساعة/يوم, وهو متعدد 5)​
• تخزين الطاقة المنزلية: الفلل كبيرة الحجم مجهزة بقدرة 30 كيلووات/ساعة لكل منزل (على افتراض وجود 200 فلل كبيرة الحجم , المحاسبة ل 10% من إجمالي عدد الفلل), ومتصلة بشبكة المجتمع.

2.2. منطق التصميم

مع “5وحدة تخزين الطاقة MWh” باعتبارها الوحدة الأساسية, تتكون كل منطقة من عدة وحدات, مجهزة بالطاقة الكهروضوئية, التقارب, تحويل وغيرها من المعدات; يتم استخدام تخزين الطاقة المنزلية كمكمل لتحسين مرونة إمدادات الطاقة. اتباع منطق التكوين لصحراء الشرق الأوسط, الخلايا الكهروضوئية هي المسؤولة عن 85% من متوسط ​​استهلاك الكهرباء اليومي + شحن تخزين الطاقة, ويتم تكوين تخزين الطاقة في 1.2 أضعاف متوسط ​​استهلاك الكهرباء اليومي (لمواجهة التقلبات قصيرة المدى). ​

3. تكوين نظام تخزين الطاقة

3.1. القدرة الإجمالية والتوزيع الإقليمي

• الطلب النظري: 122500 كيلووات ساعة/يوم ÷ كفاءة التفريغ 0.88 ≈ 139205 كيلووات ساعة (كمية الكهرباء التي سيتم تخزينها)​
• التكوين الفعلي: 1.2 تصميم التكرار مرات (للتعامل مع تدهور البطارية والحمل الشديد) → 139205 كيلووات ساعة × 1.2 ≈ 167046 كيلووات ساعة, تم تعديلها إلى 170 ميجاوات في الساعة (تلبية متطلبات متعددة من 5)​
• تكوين منطقة واحدة:
• منطقة الفيلا (4): 30 ميجاوات ساعة لكل → 30 ميجاوات÷5 ميجاوات ساعة/وحدة = 6 الوحدات / المنطقة (4×6=24 وحدة إجمالاً)
• المناطق الشاهقة (2): 25ميجاوات ساعة لكل → 25 ميجاوات÷5 ميجاوات ساعة/مجموعة = 5 مجموعات / المنطقة (2×5=10 مجموعات في المجموع)​
• معلمات البطارية: 5ميغاواط/ساعة لحزمة بطارية ليثيوم فوسفات الحديد (1500في العاصمة, دورة الحياة 6000 مرات, عمق التفريغ 80% → متاح 4MWh / مجموعة)​
• يمكن للفيلا والمباني الشاهقة ضبط نظام تكوين تخزين الطاقة وفقًا لحمل الطاقة الفعلي

3.2. 5وحدة تخزين الطاقة MWh تدعم التصميم (الوحدة الأساسية)

• تكوين الوحدة: 5مقصورة البطارية ميجاوات (بما في ذلك نظام إدارة المباني) + 1 مجموعة من أجهزة الكمبيوتر بقدرة 1.45 ميجاوات من علامة تجارية من الدرجة الأولى + 1 مجموعة من DC-DC خزانة تقاطع
• الدعم الكهروضوئي: يجب أن تتوافق كل 5 ميجاوات ساعة من تخزين الطاقة مع 1.5 ميجاوات من الطاقة الكهروضوئية (للقاء 4 ساعات من الشحن الكامل: 1.5ميجاوات × 4 ساعة × 0.92 كفاءة = 5.52 ميجاوات ساعة, تغطية احتياجات شحن تخزين الطاقة)​
• منطق الاتصال: يتم توصيل الطاقة الكهروضوئية بتخزين الطاقة بقدرة 5 ميجاوات في الساعة عبر خزانة مجمعة ← يتم توصيل DC-DC مباشرة بالشبكة الإقليمية 400 فولت عبر PCS​

4. تكوين نظام تخزين الطاقة الإقليمي

4.1. 5قائمة معدات وحدة تخزين الطاقة MWh

​

4.2 تكامل نظام تخزين الطاقة الإقليمي

• منطقة الفيلا (30ميغاواط ساعة): 6 5يتم توصيل وحدات ميجاوات/ساعة على التوازي وربطها بشبكة الطاقة الإقليمية من خلال مجموعة مفاتيح منخفضة الجهد بقدرة 10 ميجاوات (400الخامس).
• منطقة شاهقة (25ميغاواط ساعة): 5 5وحدات MWh بالتوازي, مجهزة 5 1.5 محولات العزل MVA + 8ميغاواط المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض
• محول العزلة (شاهقة): الأسلاك Dyn11, القمع التوافقي الثالث, مقاومة ماس كهربائى 6%, تلبية متطلبات التأريض للمناطق السكنية

4.3 تخزين الطاقة المنزلية للفلل الكبيرة

• سعة التخزين المنزلية: 200 الأسر × 30 كيلوواط ساعة / المنزلية = 6 ميجاوات ساعة (فوسفات الحديد الليثيوم, عمق التفريغ 80% → متاح 24 كيلو واط ساعة / أُسرَة)​
• العاكس: 30تخزين منزلي كيلووات في الساعة مع عاكس 5 كيلووات (يدعم اتصال الشبكة 400 فولت, مع وظيفة التدفق المضاد للعكس)​
• منطق العملية: إعطاء الأولوية للاستخدام الذاتي, ودمج الطاقة الفائضة في شبكة كهرباء المجتمع. عندما يكون هناك نقص في الطاقة, خذ الطاقة من الشبكة (عندما شركة نفط الجنوب < 20%)

5. تكوين النظام الكهروضوئي

5.1. اشتقاق القدرة المركبة

• كمية الكهرباء المطلوبة لإكمالها 4 ساعات:
• سعة شحن تخزين الطاقة: 170ميغاواط ساعة (إجمالي تخزين الطاقة) × 80% (مشحونة بالكامل) ÷ كفاءة الشحن 0.92 ≈ 148.91MWh​
• 4 ساعات استهلاك الكهرباء في الوقت الحقيقي: 122500 كيلوواط ساعة/يوم×(4/24)≈20417 كيلووات ساعة​
• إجمالي الطلب على الكهرباء: 148910 كيلووات ساعة + 20417 كيلووات ساعة = 169327 كيلووات ساعة​
• القدرة المركبة الضوئية: 169327 درجات ÷ 4 ساعات ÷ كفاءة النظام 0.81 (بما في ذلك خسائر المكونات والكابلات) ≈ 52539kW ≈ 52.5MW​
• التكوين النهائي: 52.5ميغاواط (مدمج مع تخزين الطاقة بقدرة 5 ميجاوات في الساعة والخلايا الكهروضوئية بقدرة 1.5 ميجاوات, 34 مجموعات × 1.5 ميجاوات = 51 ميجاوات, بالإضافة إلى 1 ميجاوات من الخلايا الكهروضوئية للفلل الكبيرة, إجمالي 52 ميجاوات)

5.2 تخزين طاقة فردي بقدرة 5 ميجاوات في الساعة باستخدام الخلايا الكهروضوئية

• القدرة المثبتة: 1.5ميغاواط (تلبية الشحن لمدة 4 ساعات: 1.5ميجاوات × 4 ساعة × 0.92 كفاءة = 5.52 ميجاوات ساعة, تغطية احتياجات شحن تخزين الطاقة)​
• عدد الوحدات: 1.5MW÷0.69kW/module≈2174 وحدة (690وحدات دبليو)​
• تصميم التقارب: اتصال متسلسل بخزانة تقارب 1.5 ميجاوات (بما في ذلك الحماية من الصواعق وحماية الصمامات)

5.3 التوزيع الكهروضوئي الإقليمي ( اختياري لسقف الفيلا )

• منطقة فيلا واحدة (30تخزين الطاقة ميغاواط/ساعة): 6 مجموعات من وحدات 5 ميجاوات في الساعة → 6 × 1.5 ميجاوات = 9 ميجاوات كهروضوئية
• تخصيص فيلا لأسرة واحدة: 2,000 الأسر (فلل عادية) سيتم تجهيزها بمتوسط ​​51 ميجاوات من الطاقة الكهروضوئية → 25.5 كيلووات / منزل (25.5كيلوواط ÷ 0.69 كيلو واط / كتلة ≈ 37 قطعة / منزل)​
• منطقة السقف: 37 كتل × 2.31㎡ × 1.1 ≈ 95㎡/منزلي (فيلا عادية), تحتفظ الفيلات الكبيرة بمساحة إضافية تبلغ 10 أمتار مربعة لتخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية

5.4 التقاء الضوئية والاتصال

• خزانة الموحد: 1 خزانة الموحد (تيار مستمر 1500 فولت, التصنيف الحالي 1250A) لكل 1.5 ميجاوات من الطاقة الكهروضوئية, ما مجموعه 34 خزائن (مطابقة عدد مجموعات تخزين الطاقة بقدرة 5 ميجاوات في الساعة)
• كابل العاصمة: كابل (90مقاومة درجات الحرارة درجة مئوية, مقاومة الغبار ومقاومة الشيخوخة), الخلايا الكهروضوئية → الموحد → DC-DC → تخزين الطاقة

6. تكوين المعدات الكهربائية الرئيسية

6.1 المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض (تكييف)​

• تحديد: 400الخامس التيار المتردد, التصنيف الحالي , مجهزة بقاطع الدائرة من نوع الدرج
• كمية: 6 مجموعات (1 تعيين لكل منطقة ), منطقة شاهقة مع واجهة محول العزل
• وظيفة الحماية: التيار الزائد, الجهد الزائد, حماية التسلسل الصفري, وتعثر الربط PCS

6.2 معدات دعم مولدات الديزل

• خزانة تبديل المولدات: 10 1 مولدات الديزل ميجاوات مجهزة بكل منها 1 خزانة التبديل (بما في ذلك جهاز متصل بالشبكة متزامن)
• خزانة تبديل ATS: 10 وحدات (مفتاح النقل التلقائي, وقت التبديل <50آنسة), ربط المولد وشبكة الكهرباء الرئيسية للمجتمع

6.3 معدات القياس والرصد

• مقياس البوابة: 1 مستوى 0.2 العداد الذكي لكل منطقة (مراقبة الانتاج الكهروضوئية, تخزين الطاقة والشحن والتفريغ, وتحميل استهلاك الطاقة)​
• المراقبين البيئيين: 6 (1 لكل منطقة), مراقبة درجة الحرارة, تركيز الغبار, سرعة الرياح (مرتبطة بالتنظيف الكهروضوئي)​

7. مولدات الديزل والدعم في حالات الطوارئ

7.1 تكوين مولد الديزل

• سعة: يحافظ على 10 وحدات من 1000 دبليو (إجمالي 10 ميجاوات), متطابقة مع 170 ميجاوات ساعة من تخزين الطاقة (للقاء 3 أيام من إمدادات الطاقة في الظروف الجوية القاسية)

7.2 تحسين منطق بدء التشغيل

• مستوى 1 مشغل: تخزين الطاقة الإقليمية SOC < 15% والإخراج الكهروضوئي < 30% (دائم 12 ساعات)​
• الزناد المستوى الثاني: 2 أو أكثر من المناطق خارج السلطة في نفس الوقت, أو أن متوسط ​​SOC للتخزين المنزلي أقل من 10% ( إنذار مركزي للفلل الكبيرة )

8. منطق تشغيل النظام

8.1 تخزين طاقة فردي بقدرة 5 ميجاوات في الساعة + 1.5تشغيل الطاقة الكهروضوئية ميغاواط

• صباح ( عن 8 :00-12 : 00 ) : تعطي الطاقة الكهروضوئية الأولوية لشحن مخزون الطاقة (1.5ميغاواط بكامل طاقتها), شحن تخزين الطاقة من 20% ل 100% داخل 4 ساعات
• بعد الظهر ( عن 12 :00-18:00): إمدادات الطاقة الكهروضوئية مباشرة, الطاقة الزائدة لتكملة تخزين الطاقة (الحفاظ على SOC ≥ 90% )
• ليلا (18:00- 8:00 ): يتم تفريغ تخزين الطاقة من خلال أجهزة الكمبيوتر وتوزيعها وفقًا لطلب الحمل الإقليمي (أقصى تفريغ لمجموعة واحدة هو 1.45 ميجاوات)

8.2 التنسيق الإقليمي (مع أخذ 30 ميجاوات في الساعة في منطقة الفيلا كمثال)​

• 6 يتم توصيل مجموعات من وحدات 5MWh بالتوازي, بقدرة تفريغ إجمالية 6×1.45 ميجاوات = 8.7 ميجاوات​
• حمل الذروة (18:00-22:00): 6 مجموعات التفريغ في وقت واحد لتلبية الطلب الإقليمي الذروة بحوالي 8 ميجاوات
• خارج ساعات الذروة (2:00-6:00): 2-3 مجموعات كافية, والباقي في وضع الاستعداد

8.3 تنسيق الودائع المنزلية للفلل الكبيرة الحجم

• الظهر (12:00-14:00): توليد الطاقة الكهروضوئية المنزلية → تعطى الأولوية لتكييف الهواء المنزلي (تحميل الذروة), ويتم دمج الطاقة المتبقية في شبكة كهرباء المجتمع
• ليلا (20:00-22:00): تصريفات تخزين الطاقة المنزلية لتكملة استهلاك الكهرباء المنزلية وتقليل ضغط تفريغ تخزين الطاقة في المجتمع
• حالة الطوارئ: عندما تتعطل شبكة الكهرباء المجتمعية, يتحول التخزين المنزلي تلقائيًا إلى وضع خارج الشبكة (دعم 4 ساعات من إمدادات الطاقة للأحمال المنزلية الرئيسية)​

8.4 الاستجابة للطقس القاسي (3 أيام متتالية من العواصف الرملية)​

• ينخفض ​​​​إنتاج PV إلى 20% → متوسط ​​توليد الطاقة اليومي 52 ميجاوات×4.9 ساعات×0.2=50.96 ميجاوات/ساعة​
• يتم تفريغ تخزين الطاقة إلى 50% في اليوم الأول, تفريغها ل 30% في اليوم الثاني, ويتم تشغيل مولد الديزل في اليوم الثالث (المكمل 71540 درجة / يوم)

9. قائمة المعدات

​

10. الموثوقية والاقتصاد

10.1. تصميم الموثوقية

• مقاومة الغبار الضوئية: طلاء نانو على سطح الوحدة (يقلل من التصاق الغبار عن طريق 30%), تنظيفها مرة واحدة في الأسبوع
• التكرار في تخزين الطاقة: 30ميغاواط ساعة (فيلا), 25ميغاواط ساعة (شاهقة) في منطقة واحدة, مشتمل 10% القدرة الاحتياطية, يمكن أن تدعم مجالات أخرى
• ضمان إمدادات الطاقة: توافر النظام ≥ 99.8% (انقطاع التيار الكهربائي ≥ 7 ساعة في السنة)​
• التخزين المنزلي يحسن الموثوقية: يمكن أن يدعم التخزين المنزلي في الفيلات الكبيرة 5% من الحمل الإجمالي للمجتمع (عن 6,000 درجة / يوم), وتقليل عدد مرات تشغيل مولدات الديزل في الحالات القصوى; يرتبط التخزين المنزلي بالشبكة الرئيسية: من خلال نظام الإدارة البيئية, “أولوية الشبكة الرئيسية, يتم استخدام التخزين المنزلي” لتجنب تأثير الجزيرة

11. ملخص الحل

يحقق هذا الحل تكوينًا موحدًا للنظام وتوسعًا مرنًا من خلال التصميم المعياري لـ “5تخزين الطاقة ميغاواط/ساعة + 1.5ميغاواط كهروضوئية”. المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي المضافة حديثًا, تعمل خزانة التوصيل والمعدات الأخرى على تحسين وصلة السلامة الكهربائية, ويؤدي التخزين المنزلي للفيلات كبيرة الحجم إلى تحسين تكرار إمدادات الطاقة. يلبي الحل احتياجات التشغيل النقي خارج الشبكة للمجتمعات السكنية العراقية, يتكيف مع الخصائص البيئية لمنطقة صحراء الشرق الأوسط, ويؤدي بشكل جيد من حيث الموثوقية والاقتصاد. يمكن تعديل مقياس التخزين المنزلي وفقًا للعدد الفعلي للفلل كبيرة الحجم , أو يمكن تحسين التباعد بين الوحدات الكهروضوئية للتكيف مع مساحة سقف أصغر.