kompletní návrhové řešení off-grid pro irácké obytné oblasti​

Fotovoltaické úložiště energie + Dieselový generátor off-grid kompletní konstrukční řešení pro irácké obytné oblasti​

1. Přehled řešení

Tento plán navrhuje čistý energetický systém mimo síť pro irácké obytné oblasti, s hlavní myšlenkou “fotovoltaické + skladování energie jako hlavní, havarijní stav dieselového generátoru“: s využitím 5MWh energetického zásobníku jako základního modulu, konfigurováno podle regionu (4 vilové plochy 30MWh každá, 2 výškové oblasti po 25 MWh), jeden systém s 1,5MW fotovoltaickým/setovým úložištěm energie (celkem 51 MW), prostřednictvím přímého připojení DC-DC k dosažení fotovoltaiky 4 hodin plného skladování energie, k pokrytí denní potřeby elektřiny 122,500 kWh. Systém je připojen k síti na nízké napětí, Pro zajištění bezpečnosti se do výškových prostor přidávají izolační transformátory, a dieselové generátory (2 5MW) se používají pouze k řešení extrémního počasí. Pro velké vily, můžete se rozhodnout přidat 30 kWh úložiště energie pro domácnost, abyste zlepšili stabilitu napájení, nebo můžete použít základní řešení (žádné skladování v domácnosti) snížit náklady. Oba režimy jsou vhodné pro prostředí s vysokou teplotou a vysokou prašností v poušti na Středním východě.

2. Základní parametry a návrhový rámec

2.1. Klíčové parametry

• Celková spotřeba elektřiny: 3500 domácnosti x 35 kWh/domácnost/den = 122500 kWh/den (průměrná spotřeba elektrické energie vil a výškových budov se počítá na základě střední hodnoty 35 kWh)
• Základní požadavky na skladování energie: setkat se 100% o spotřebě elektřiny po celý den (122,500 kWh/den), a dieselový generátor se nespustí, pokud nenastanou zvláštní okolnosti (extrémní počasí po více než 3 po sobě jdoucích dnů).
• Požadavky na fotovoltaické nabíjení: Plně nabijte vnitřní systém ukládání energie 4 hodin (potřebuje pokrýt spotřebu energie v reálném čase během nabíjení + množství nabití akumulace energie)
• Konfigurace PCS: Nakonfigurováno v poměru 1/4 kapacity pro skladování energie, pomocí prvotřídního značkového 1,45 MW systému (podporující připojení k nízkonapěťové síti 1500V→400V)
• Rozdělení oblasti: 6 prostory pro skladování energie (včetně 2 výškové oblasti, které vyžadují izolační transformátory)
• Ekvivalentní sluneční svit: 1790 hodin/rok → 4.9 hodin denně (vrchol slunečního svitu)
• Účinnost systému: Fotovoltaika → akumulace energie (DC-DC přímé připojení) účinnost 0.92, vybíjení akumulace energie → účinnost zátěže 0.88, komplexní účinnost nabíjení a vybíjení 0,81​
• Systém skladování energie: přijímá standardní konfiguraci 5 MWh/set, a celková kapacita je upravena na 170 MWh (uspokojování poptávky po elektřině 122,500 kWh/den, a je násobkem 5)
• Akumulace energie v domácnosti: velké vily jsou vybaveny 30kWh/domácnost (za předpokladu, že existují 200 velké vily , zaúčtování 10% z celkového počtu vil), a připojena ke komunitní síti.

2.2. Designová logika

s “5Zásobník energie MWh” jako základní modul, každá oblast se skládá z několika modulů, vybavena fotovoltaikou, konvergence, přestavba a další vybavení; akumulace energie pro domácnost se používá jako doplněk pro zlepšení flexibility napájení. Podle konfigurační logiky pouště na Středním východě, za to může fotovoltaika 85% průměrné denní spotřeby elektřiny + nabíjení akumulace energie, a skladování energie je nakonfigurováno na 1.2 násobek průměrné denní spotřeby elektřiny (vyrovnat se s krátkodobými výkyvy). 

3. Konfigurace systému skladování energie

3.1. Celková kapacita a regionální distribuce

• Teoretická poptávka: 122500 kWh/den ÷ účinnost vybíjení 0.88 ≈ 139205 kWh (množství elektřiny, které má být uloženo)
• Aktuální konfigurace: 1.2 krát redundantní design (vyrovnat se s degradací baterie a extrémní zátěží) → 139205 kWh × 1.2 ≈ 167046 kWh, upraveno na 170 MWh (splňující vícenásobný požadavek 5)
• Konfigurace pro jednu oblast:
• Oblast vily (4): 30 MWh každá → 30MWh÷5MWh/jednotka = 6 jednotky/oblast (4×6=24 jednotek celkem)
• Výškové oblasti (2): 25MWh každá → 25MWh÷5MWh/set = 5 sady/oblast (2×5 = celkem 10 sad)
• Parametry baterie: 5MWh/sada pro lithium-železo fosfátovou baterii (1500V DC, životnost cyklu 6000 časy, hloubka výboje 80% → dostupné 4MWh/set)
• Konfigurace vily a výškové budovy může upravit schéma konfigurace úložiště energie podle skutečného zatížení

3.2. 5MWh energetická akumulační jednotka podporující design (základní modul)

• Složení modulu: 5Přihrádka na baterie MWh (včetně BMS) + 1 sada 1,45 MW PCS prvotřídní značky + 1 sada DC-DC spojovací skříň
• Podpora fotovoltaiky: Každých 5 MWh akumulované energie musí odpovídat 1,5 MW fotovoltaické energie (setkat se 4 hodiny plného nabití: 1.5MW×4h×0,92 účinnost = 5,52MWh, pokrývající potřeby nabíjení akumulace energie)
• Logika připojení: FV je připojeno k 5MWh zásobníku energie přes slučovací skříň → DC-DC je přímo připojeno k regionální 400V síti přes PCS​

4. Složení regionálního systému skladování energie

4.1. 5Seznam vybavení MWh energetických zásobníků



4.2 Integrace regionálního systému skladování energie

• Oblast vily (30MWh): 6 5Jednotky MWh jsou zapojeny paralelně a připojeny k regionální energetické síti prostřednictvím 10MW nízkonapěťového rozvaděče (400PROTI).
• Výšková oblast (25MWh): 5 5jednotky MWh paralelně, vybavený 5 1.5 MVA izolační transformátory + 8Nízkonapěťový rozvaděč MW
• Izolační transformátor (výškové): Kabeláž Dyn11, potlačení třetí harmonické, zkratová impedance 6%, splňující požadavky na uzemnění obytných oblastí

4.3 Akumulace energie pro domácnost pro velké vily

• Skladovací kapacita domácnosti: 200 domácnosti × 30 kWh / domácnost = 6MWh (fosforečnan lithný a železnatý, hloubka výboje 80% → k dispozici 24 kWh / domácnost)
• Střídač: 30kWh domácí úložiště s 5kW invertorem (podporuje připojení k síti 400V, s funkcí proti zpětnému toku)
• Operační logika: Upřednostněte vlastní použití, a sloučit přebytečnou energii do veřejné energetické sítě. Když je nedostatek energie, odebírat energii ze sítě (když SOC < 20%)

5. Konfigurace fotovoltaického systému

5.1. Odvození instalovaného výkonu

• Množství elektřiny potřebné k dokončení v 4 hodin:
• Kapacita nabíjení zásobníku energie: 170MWh (celkové úložiště energie) × 80% (plně nabitá) ÷ účinnost nabíjení 0.92 ≈ 148,91 MWh
• 4 hodin spotřeba elektřiny v reálném čase: 122500 kWh/den ×(4/24)≈20417 kWh
• Celková spotřeba elektřiny: 148910 kWh + 20417 kWh = 169327 kWh
• Instalovaný výkon fotovoltaiky: 169327 stupně ÷ 4 hodin ÷ účinnost systému 0.81 (včetně ztrát komponentů a kabelů) ≈ 52 539 kW ≈ 52,5 MW​
• Konečná konfigurace: 52.5MW (v kombinaci s 5MWh akumulací energie a 1,5MW fotovoltaiky, 34 sady × 1,5MW = 51MW, plus 1MW fotovoltaiky pro velké vily, celkem 52 MW)

5.2 Jediný zásobník energie 5 MWh s fotovoltaikou

• Instalovaná kapacita: 1.5MW (splňují 4hodinové nabíjení: 1.5MW×4h×0,92 účinnost = 5,52MWh, pokrývající potřeby nabíjení akumulace energie)
• Počet modulů: 1.5MW÷0,69kW/modul≈2174 modulů (690W moduly)
• Konvergenční design: Sériové připojení k 1,5MW konvergenční skříni (včetně ochrany před bleskem a pojistkou)

5.3 Regionální alokace fotovoltaiky ( volitelně pro střechu vily )

• Oblast samostatné vily (30MWh úložiště energie): 6 sady modulů 5MWh → 6×1,5MW=9MW fotovolta
• Přidělení rodinné vily: 2,000 domácnosti (obyčejné vily) bude vybaven průměrně 51MW fotovoltaického výkonu → 25,5kW/domácnost (25.5kW÷0,69kW/blok≈37 bloků/domácnost)
• Plocha střechy: 37 bloky × 2,31㎡ × 1.1 ≈ 95㎡/domácnost (obyčejná vila), velké vily si rezervují dalších 10㎡ pro domácí fotovoltaické úložiště

5.4 Fotovoltaický soutok a spojení

• Kombinovaná skříň: 1 slučovací skříň (DC 1500V, jmenovitý proud 1250A) na každých 1,5 MW fotovoltaické energie, celkem 34 skříně (odpovídající počtu 5MWh energetických zásobníků)
• DC kabel: Kabel (90Teplotní odolnost °C, odolnost proti prachu a odolnost proti stárnutí), fotovoltaika → slučovač → DC-DC → akumulace energie​

6. Konfigurace klíčových elektrických zařízení

6.1 Nízkonapěťový rozvaděč (AC)

• Specifikace: 400V AC, jmenovitý proud , vybavené jističem zásuvkového typu
• Množství: 6 sady (1 nastavit na oblast ), výškový prostor s rozhraním izolačního transformátoru
• Ochranná funkce: nadproud, přepětí, ochrana nulové sekvence, a vypnutí spojení PCS

6.2 Podpůrné zařízení dieselového generátoru

• Spínací skříň generátoru: 10 1 MW dieselové generátory, každý vybaven 1 spínací skříň (včetně synchronního zařízení připojeného k síti)
• Rozvaděč ATS: 10 jednotek (automatický převodový spínač, spínací čas <50slečna), propojení generátoru a veřejné elektrické sítě

6.3 Měřící a monitorovací zařízení

• Měřič brány: 1 úroveň 0.2 inteligentní měřič na oblast (sledování fotovoltaického výstupu, akumulace energie nabíjení a vybíjení, a příkon zátěže)
• Environmentální monitory: 6 (1 na oblast), sledování teploty, koncentrace prachu, rychlost větru (spojené s fotovoltaickým čištěním)

7. Dieselové generátory a nouzová podpora

7.1 Konfigurace dieselového generátoru

• Kapacita: Udržovat 10 jednotek z 1000 W (celkem 10MW), doplněno o 170 MWh úložiště energie (setkat se 3 dny napájení v extrémních povětrnostních podmínkách)

7.2 Optimalizace spouštěcí logiky

• Úroveň 1 spoušť: Regionální úložiště energie SOC < 15% a fotovoltaický výstup < 30% (trvalý 12 hodin)
• Spouštěč druhé úrovně: 2 nebo je současně bez proudu více oblastí, nebo průměrná SOC skladování v domácnosti je menší než 10% ( centrální alarm pro velké vily )

8. Logika provozu systému

8.1 Jediný zásobník energie 5 MWh + 1.5MW fotovoltaický provoz

• Ráno ( o 8 :00-12 : 00 ) : FV upřednostňuje nabíjení zásobníku energie (1.5MW plný výkon), nabíjení zásobníku energie z 20% na 100% v 4 hodin
• Odpoledne ( o 12 :00-18:00): Přímé fotovoltaické napájení, přebytečný výkon k doplnění zásob energie (udržovat SOC ≥ 90% )
• noční (18:00- 8:00 ): Akumulace energie je vybíjena prostřednictvím PCS a distribuována podle regionální poptávky (maximální výkon jedné sady je 1,45 MW)

8.2 Regionální koordinace (například 30 MWh v oblasti vily)

• 6 sady jednotek 5MWh jsou zapojeny paralelně, s celkovou vybíjecí kapacitou 6×1,45MW=8,7MW​
• Špičkové zatížení (18:00-22:00): 6 nastavuje vypouštění současně, aby pokryla regionální špičkovou poptávku asi 8 MW​
• Mimo špičku (2:00-6:00): 2-3 sady jsou dostatečné, a zbytek je v pohotovostním režimu

8.3 Koordinace vkladů domácností pro velké vily

• Poledne (12:00-14:00): Výroba fotovoltaické elektřiny pro domácnost → Přednost má klimatizace domácností (špičkové zatížení), a zbývající energie je začleněna do veřejné energetické sítě
• noční (20:00-22:00): Úložné výboje v domácnostech za účelem doplnění spotřeby elektřiny v domácnosti a snížení tlaku při vybíjení akumulace energie v komunitě
• Stav nouze: Když selže obecní elektrická síť, domácí úložiště se automaticky přepne do režimu off-grid (vedlejší 4 hodiny napájení pro klíčové spotřebiče domácnosti)

8.4 Reakce na extrémní počasí (3 po sobě jdoucích dnů písečných bouří)

• FV výkon klesne na 20% → průměrná denní výroba energie 52MW×4,9 hodin×0,2=50,96MWh​
• Zásobník energie se vybije do 50% prvního dne, propuštěn do 30% na druhý den, a dieselový generátor je spuštěn třetí den (doplňování 71540 stupně/den)

9. Seznam vybavení



10. Spolehlivost a hospodárnost

10.1. Spolehlivost Design

• Fotovoltaická odolnost proti prachu: Nano povlak na povrchu modulu (snižuje přilnavost prachu 30%), úklid jednou týdně
• Redundance skladování energie: 30MWh (vila), 25MWh (výškové) v jediné oblasti, včetně 10% záložní kapacita, může podporovat další oblasti
• Záruka napájení: dostupnost systému ≥ 99.8% (výpadek proudu ≤ 7 hodin ročně)
• Skladování v domácnosti zvyšuje spolehlivost: Uskladnění domácnosti ve velkých vilách může podporovat 5% z celkové zátěže obce (o 6,000 stupně/den), a v extrémních případech snížit počet startů dieselového generátoru; domácí úložiště je propojeno s hlavní sítí: prostřednictvím EMS, “hlavní priorita sítě, používá se domácí sklad” aby se zabránilo ostrovnímu efektu

11. Shrnutí řešení

Toto řešení dosahuje standardizované konfigurace systému a flexibilního rozšíření díky modulární konstrukci “5MWh úložiště energie + 1.5MW fotovoltaika”. Nově přidaný vysokonapěťový rozvaděč, rozvodná skříň a další zařízení zlepšují elektrické bezpečnostní spojení, a domácí skladování ve velkých vilách zlepšuje redundanci napájení. Řešení splňuje potřeby čistě off-grid provozu iráckých rezidenčních komunit, přizpůsobuje se environmentálním charakteristikám oblasti pouště na Blízkém východě, a funguje dobře z hlediska spolehlivosti a hospodárnosti. Úložnou stupnici pro domácnost lze upravit podle skutečného počtu velkých vil , nebo lze vzdálenost mezi fotovoltaickými moduly optimalizovat tak, aby se přizpůsobila menší ploše střechy.