solució completa de disseny fora de xarxa per a zones residencials iraquianes

Emmagatzematge d'energia fotovoltaica + Solució completa de disseny de generador dièsel fora de xarxa per a zones residencials iraquianes

1. Visió general de la solució

Aquest pla dissenya un sistema energètic pur fora de xarxa per a zones residencials iraquianes, amb la idea central de “fotovoltaica + emmagatzematge d'energia com a principal, emergència del generador dièsel“: utilitzant una unitat d'emmagatzematge d'energia de 5 MWh com a mòdul bàsic, configurat per regió (4 zones de vila 30MWh cadascuna, 2 zones de gran alçada de 25 MWh cadascuna), un únic sistema amb 1,5 MW d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica/conjunt (total de 51 MW), mitjançant connexió directa DC-DC per aconseguir fotovoltaica 4 hores d'emmagatzematge complet d'energia, per cobrir la demanda diària d'electricitat de 122,500 kWh. El sistema està connectat a la xarxa a baixa tensió, S'afegeixen transformadors d'aïllament a les zones de gran alçada per garantir la seguretat, i generadors dièsel (2 5MW) només s'utilitzen per fer front al clima extrem. Per viles grans, podeu optar per afegir un emmagatzematge d'energia domèstic de 30 kWh per millorar l'estabilitat del subministrament d'energia, o podeu utilitzar la solució bàsica (sense emmagatzematge domèstic) per reduir costos. Tots dos modes són adequats per a l'ambient d'alta temperatura i pols alta al desert de l'Orient Mitjà.

2. Paràmetres bàsics i marc de disseny

2.1. Paràmetres clau

• Consum total d'electricitat: 3500 llars x 35 kWh/llar/dia = 122500 kWh/dia (el consum mitjà d'electricitat de xalets i edificis de gran alçada es calcula a partir del valor mitjà de 35 kWh)
• Requisits bàsics d'emmagatzematge d'energia: conèixer 100% del consum elèctric al llarg del dia (122,500 kWh/dia), i el generador dièsel no s'engegarà tret que hi hagi circumstàncies especials (temps extrem per més de 3 dies consecutius).
• Requisits de càrrega fotovoltaica: Carregueu completament el sistema d'emmagatzematge d'energia 4 hores (necessita cobrir el consum d'energia en temps real durant la càrrega + quantitat de càrrega d'emmagatzematge d'energia)​
• Configuració de PCS: Configurat en una proporció de 1/4 de la capacitat d'emmagatzematge d'energia, utilitzant un sistema de primer nivell de 1,45 MW (Admet connexió a la xarxa de baixa tensió de 1500V→400V)
• Divisió d'àrea: 6 zones d'emmagatzematge d'energia (inclòs 2 zones de gran alçada, que requereixen transformadors d'aïllament)​
• Sol equivalent: 1790 hores/any → 4.9 hores al dia (sol màxim)​
• Eficiència del sistema: Fotovoltaica → emmagatzematge d'energia (Connexió directa DC-DC) eficiència 0.92, descàrrega d'emmagatzematge d'energia → eficiència de càrrega 0.88, eficiència completa de càrrega i descàrrega 0,81​
• Sistema d'emmagatzematge d'energia: adopta una configuració estàndard de 5 MWh/conjunt, i la capacitat total s'ajusta a 170 MWh (cobrir la demanda elèctrica de 122,500 kWh/dia, i és múltiple de 5)​
• Emmagatzematge d'energia domèstica: Les viles de grans dimensions estan equipades amb 30 kWh/llar (suposant que n'hi ha 200 viles de grans dimensions , comptabilitat 10% del nombre total de vil·les), i connectat a la xarxa comunitària.

2.2. Lògica del disseny

Amb el “5Unitat d'emmagatzematge d'energia MWh” com a mòdul bàsic, cada àrea es compon de diversos mòduls, equipat amb fotovoltaica, convergència, conversió i altres equips; L'emmagatzematge d'energia domèstic s'utilitza com a complement per millorar la flexibilitat del subministrament d'energia. Seguint la lògica de configuració del desert de l'Orient Mitjà, la fotovoltaica és responsable 85% del consum elèctric mitjà diari + càrrega d'emmagatzematge d'energia, i l'emmagatzematge d'energia està configurat a 1.2 vegades el consum elèctric mitjà diari (per fer front a les fluctuacions a curt termini). ​

3. Configuració del sistema d'emmagatzematge d'energia

3.1. Capacitat total i distribució regional

• Demanda teòrica: 122500 kWh/dia ÷ eficiència de descàrrega 0.88 ≈ 139205 kWh (quantitat d'electricitat a emmagatzemar)​
• Configuració real: 1.2 vegades disseny de redundància (per fer front a la degradació de la bateria i la càrrega extrema) → 139205 kWh × 1.2 ≈ 167046 kWh, ajustat a 170 MWh (complint el requisit múltiple de 5)​
• Configuració d'una sola regió:
• Zona de la vila (4): 30 MWh cadascun → 30MWh÷5MWh/unitat = 6 unitats/àrea (4×6=24 unitats en total)
• Zones de gran alçada (2): 25MWh cadascun → 25MWh÷5MWh/conjunt = 5 conjunts/àrea (2×5=10 conjunts en total)​
• Paràmetres de la bateria: 5MWh/conjunt per a la bateria de fosfat de ferro de liti (1500A DC, cicle de vida 6000 vegades, profunditat de descàrrega 80% → disponible 4MWh/set)​
• La configuració de la vila i de gran alçada pot ajustar l'esquema de configuració d'emmagatzematge d'energia segons la càrrega de potència real

3.2. 5Unitat d'emmagatzematge d'energia MWh compatible amb el disseny (mòdul bàsic)

• Composició del mòdul: 5Compartiment de bateria MWh (inclòs BMS) + 1 conjunt de PCS d'1,45 MW d'una marca de primer nivell + 1 conjunt de DC-DC armari d'unió
• Suport fotovoltaic: Cada 5 MWh d'emmagatzematge d'energia s'ha de combinar amb 1,5 MW d'energia fotovoltaica (trobar-se 4 hores de càrrega completa: 1.5MW×4h×0,92 eficiència = 5,52MWh, cobrir les necessitats de càrrega d'emmagatzematge d'energia)​
• Lògica de connexió: La FV està connectada a l'emmagatzematge d'energia de 5 MWh mitjançant un armari combinador → DC-DC es connecta directament a la xarxa regional de 400 V mitjançant PCS

4. Composició del sistema d'emmagatzematge d'energia regional

4.1. 5Llista d'equips de la unitat d'emmagatzematge d'energia MWh

​

4.2 Integració del sistema d'emmagatzematge d'energia regional

• Zona de la vila (30MWh): 6 5Les unitats de MWh estan connectades en paral·lel i connectades a la xarxa elèctrica regional mitjançant un aparell de baixa tensió de 10 MW. (400V).
• Zona de gran alçada (25MWh): 5 5Unitats MWh en paral·lel, equipat amb 5 1.5 Transformadors d'aïllament MVA + 8Aparament de baixa tensió MW
• Transformador d'aïllament (de gran alçada): Cablejat Dyn11, supressió del tercer harmònic, impedància de curtcircuit 6%, complint els requisits de connexió a terra de les zones residencials

4.3 Emmagatzematge d'energia domèstica per a viles grans

• Capacitat d'emmagatzematge domèstic: 200 llars × 30 kWh / llar = 6 MWh (fosfat de ferro de liti, profunditat de descàrrega 80% → disponible 24kWh / llar)​
• Inversor: 30Emmagatzematge domèstic kWh amb inversor de 5kW (Admet connexió a la xarxa de 400 V, amb funció anti-flux invers)​
• Lògica de funcionament: Prioritzar l'ús propi, i fusionar l'excedent d'energia a la xarxa elèctrica comunitària. Quan hi ha una manca d'energia, prendre energia de la xarxa (quan SOC < 20%)

5. Configuració del sistema fotovoltaic

5.1. Derivació de la capacitat instal·lada

• La quantitat d'electricitat necessària per completar-la 4 hores:
• Capacitat de càrrega d'emmagatzematge d'energia: 170MWh (emmagatzematge total d'energia) × 80% (carregat al màxim) ÷ eficiència de càrrega 0.92 ≈ 148,91 MWh​
• 4 hores de consum elèctric en temps real: 122500 kWh/dia×(4/24)≈20417 kWh​
• Demanda total d'electricitat: 148910 kWh + 20417 kWh = 169327 kWh
• Potència instal·lada fotovoltaica: 169327 graus ÷ 4 hores ÷ eficiència del sistema 0.81 (incloses les pèrdues de components i cables) ≈ 52539 kW ≈ 52,5 MW​
• Configuració final: 52.5MW (combinat amb 5 MWh d'emmagatzematge d'energia i 1,5 MW fotovoltaica, 34 conjunts × 1,5 MW = 51 MW, més 1MW de fotovoltaica per a grans xalets, un total de 52 MW)

5.2 Emmagatzematge únic d'energia de 5MWh amb fotovoltaica

• Capacitat instal·lada: 1.5MW (complir amb la càrrega de 4 hores: 1.5MW×4h×0,92 eficiència = 5,52MWh, cobrir les necessitats de càrrega d'emmagatzematge d'energia)​
• Nombre de mòduls: 1.5MW÷0,69kW/mòdul≈2174 mòduls (690Mòduls W)​
• Disseny de convergència: Connexió en sèrie a armari de convergència de 1,5 MW (inclosa la protecció contra llamps i la protecció per fusibles)

5.3 Assignació regional fotovoltaica ( opcional per al sostre de la vila )

• Zona de xalet individual (30Emmagatzematge d'energia en MWh): 6 conjunts de mòduls de 5MWh → 6×1,5MW=9MW fotovoltaic
• Assignació de xalet unifamiliar: 2,000 llars (viles comunes) estarà equipat amb una mitjana de 51MW de potència fotovoltaica → 25,5kW/llar (25.5kW÷0,69kW/bloc≈37 blocs/llar)​
• Zona coberta: 37 blocs × 2,31㎡ × 1.1 ≈ 95㎡/llar (vila normal), Les viles grans reserven 10㎡ addicionals per a l'emmagatzematge fotovoltaic domèstic

5.4 Confluència i connexió fotovoltaica

• Armari combinador: 1 armari combinador (DC 1500V, corrent nominal 1250A) per cada 1,5 MW de potència fotovoltaica, un total de 34 armaris (igualant el nombre de conjunts d'emmagatzematge d'energia de 5 MWh)
• cable DC: Cable (90Resistència a la temperatura °C, resistència a la pols i resistència a l'envelliment), fotovoltaica → combinador → DC-DC → emmagatzematge d'energia​

6. Configuració d'equips elèctrics clau

6.1 Aparells de baixa tensió (AC)​

• Especificacions: 400V AC, corrent nominal , equipat amb disjuntor tipus calaix
• Quantitat: 6 conjunts (1 establert per àrea ), zona de gran alçada amb interfície de transformador d'aïllament
• Funció de protecció: sobreintensitat, sobretensió, protecció de seqüència zero, i disparament de l'enllaç PCS

6.2 Equip de suport del generador dièsel

• Armari de commutació del generador: 10 1 Generadors dièsel MW equipats cadascun 1 armari de commutació (inclòs el dispositiu síncron connectat a la xarxa)
• Armari de commutació ATS: 10 unitats (interruptor de transferència automàtica, temps de canvi <50Senyora), connectar el generador i la xarxa elèctrica principal de la comunitat

6.3 Equips de mesura i seguiment

• Mesurador de passarel·la: 1 nivell 0.2 comptador intel·ligent per àrea (monitorització de la sortida fotovoltaica, càrrega i descàrrega d'emmagatzematge d'energia, i el consum d'energia de càrrega)​
• Monitors ambientals: 6 (1 per àrea), control de temperatura, concentració de pols, velocitat del vent (relacionat amb la neteja fotovoltaica)​

7. Generadors dièsel i suport d'emergència

7.1 Configuració del generador dièsel

• Capacitat: Mantenir 10 unitats de 1000 W (total de 10 MW), combinat amb 170 MWh d'emmagatzematge d'energia (trobar-se 3 dies de subministrament elèctric en condicions meteorològiques extremes)

7.2 Optimització lògica d'arrencada

• Nivell 1 disparador: SOC d'emmagatzematge d'energia regional < 15% i sortida fotovoltaica < 30% (durador 12 hores)​
• Activador de segon nivell: 2 o més àrees estan sense poder al mateix temps, o el SOC mitjà d'emmagatzematge domèstic és inferior a 10% ( alarma centralitzada per a xalets grans )

8. Lògica de funcionament del sistema

8.1 Un únic emmagatzematge d'energia de 5 MWh + 1.5Funcionament fotovoltaic MW

• Al matí ( sobre 8 :00-12 : 00 ) : La FV dóna prioritat a la càrrega de l'emmagatzematge d'energia (1.5MW plena potència), carregant l'emmagatzematge d'energia des de 20% a 100% dins 4 hores
• tarda ( sobre 12 :00-18:00): Font d'energia fotovoltaica directament, excés de potència per complementar l'emmagatzematge d'energia (mantenir SOC ≥ 90% )
• De nit (18:00- 8:00 ): L'emmagatzematge d'energia es descarrega mitjançant PCS i es distribueix segons la demanda de càrrega regional (la descàrrega màxima d'un sol conjunt és d'1,45 MW)

8.2 Coordinació regional (prenent com a exemple 30 MWh a la zona de la vila)​

• 6 conjunts d'unitats de 5 MWh estan connectats en paral·lel, amb una capacitat de descàrrega total de 6×1,45MW=8,7MW​
• Càrrega màxima (18:00-22:00): 6 estableix la descàrrega simultàniament per satisfer la demanda màxima regional d'uns 8 MW
• Hores baixes (2:00-6:00): 2-3 els conjunts són suficients, i la resta estan en mode d'espera

8.3 Coordinació de dipòsits domèstics per a xalets de grans dimensions

• migdia (12:00-14:00): Generació d'energia fotovoltaica domèstica → Es prioritza la climatització de la llar (càrrega punta), i la potència restant s'incorpora a la xarxa elèctrica de la comunitat
• De nit (20:00-22:00): Descàrregues d'emmagatzematge domèstic per complementar el consum d'electricitat domèstic i reduir la pressió de descàrrega d'emmagatzematge d'energia a la comunitat
• Estat d'emergència: Quan falla la xarxa elèctrica de la comunitat, l'emmagatzematge domèstic canvia automàticament al mode fora de xarxa (donant suport 4 hores d'alimentació per a les principals càrregues domèstiques)​

8.4 Resposta a temps extrems (3 dies consecutius de tempestes de sorra)​

• La sortida fotovoltaica baixa a 20% → generació d'energia diària mitjana 52MW×4,9 hores×0,2=50,96MWh​
• L'emmagatzematge d'energia es descarrega a 50% el primer dia, donat d'alta a 30% el segon dia, i el generador dièsel s'engega el tercer dia (complementant 71540 graus/dia)

9. Llista d'equips

​

10. Fiabilitat i Economia

10.1. Disseny de fiabilitat

• Resistència a la pols fotovoltaica: Nano recobriment a la superfície del mòdul (redueix l'adhesió de la pols 30%), neteja un cop per setmana
• Redundància d'emmagatzematge d'energia: 30MWh (vila), 25MWh (de gran alçada) en una sola zona, inclòs 10% capacitat de còpia de seguretat, pot donar suport a altres àrees
• Garantia de subministrament elèctric: disponibilitat del sistema ≥ 99.8% (tall elèctric ≤ 7 hores a l'any)​
• L'emmagatzematge domèstic millora la fiabilitat: L'emmagatzematge domèstic en viles grans pot suportar 5% de la càrrega total de la comunitat (sobre 6,000 graus/dia), i reduir el nombre d'arrencada del generador dièsel en casos extrems; L'emmagatzematge domèstic està connectat amb la xarxa principal: mitjançant EMS, “prioritat de la xarxa principal, s'utilitza l'emmagatzematge domèstic” per evitar l'efecte illa

11. Resum de la solució

Aquesta solució aconsegueix una configuració estandarditzada del sistema i una expansió flexible mitjançant el disseny modular de “5Emmagatzematge d'energia en MWh + 1.5MW fotovoltaica”. L'aparell de commutació d'alta tensió recentment afegit, L'armari de connexió i altres equips milloren l'enllaç de seguretat elèctrica, i l'emmagatzematge domèstic de viles de grans dimensions millora la redundància del subministrament elèctric. La solució satisfà les necessitats d'operació purament fora de xarxa de les comunitats residencials iraquianes, s'adapta a les característiques ambientals de la zona desèrtica de l'Orient Mitjà, i funciona bé en termes de fiabilitat i economia. L'escala d'emmagatzematge domèstic es pot ajustar segons el nombre real de viles de grans dimensions , o l'espai entre mòduls fotovoltaics es pot optimitzar per adaptar-se a una àrea de coberta més petita.