פתרון עיצוב מלא מחוץ לרשת עבור אזורי מגורים עיראקים

אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית + גנרטור דיזל מחוץ לרשת פתרון עיצוב מלא עבור אזורי מגורים בעיראק

1. סקירת פתרונות

תוכנית זו מתכננת מערכת אנרגיה טהורה מחוץ לרשת עבור אזורי מגורים עיראקים, עם הרעיון המרכזי של “פוטו-וולטאיים + אחסון אנרגיה כעיקרי, גנרטור דיזל חירום“: שימוש ביחידת אחסון אנרגיה של 5MWh כמודול הבסיסי, מוגדר לפי אזור (4 שטחי וילות 30MWh כל אחד, 2 אזורים רבי קומות 25MWh כל אחד), מערכת יחידה עם אחסון אנרגיה פוטו-וולטאי/סט של 1.5MW (סך הכל 51MW), באמצעות חיבור ישיר DC-DC להשגת פוטו-וולטאית 4 שעות אחסון מלא של אנרגיה, כדי לעמוד בדרישת החשמל היומית של 122,500 קוט"ש. המערכת מחוברת לרשת במתח נמוך, שנאי בידוד מתווספים באזורים רבי קומות כדי להבטיח בטיחות, וגנרטורים דיזל (2 5MW) משמשים רק להתמודדות עם מזג אוויר קיצוני. עבור וילות גדולות, אתה יכול לבחור להוסיף אחסון אנרגיה ביתי של 30kWh כדי לשפר את יציבות אספקת החשמל, או שאתה יכול להשתמש בפתרון הבסיסי (אין אחסון ביתי) כדי להפחית עלויות. שני המצבים מתאימים לטמפרטורה הגבוהה ולסביבת האבק הגבוה במדבר המזרח התיכון.

2. פרמטרי ליבה ומסגרת עיצובית

2.1. פרמטרים מרכזיים

• סך צריכת החשמל: 3500 משקי בית x 35 קוט"ש/משק בית/יום = 122500 קוט"ש ליום (צריכת החשמל הממוצעת של וילות ובניינים רבי קומות מחושבת על פי הערך החציוני של 35 קוט"ש)
• דרישות ליבת אחסון אנרגיה: לִפְגוֹשׁ 100% של צריכת החשמל לאורך היום (122,500 קוט"ש ליום), וגנרטור הדיזל לא יתניע אלא אם יש נסיבות מיוחדות (מזג אוויר קיצוני ליותר מ 3 ימים רצופים).
• דרישות טעינה פוטו-וולטאית: טען את מערכת אחסון האנרגיה במלואה 4 שעות (צריך לכסות את צריכת החשמל בזמן אמת במהלך הטעינה + כמות טעינת אחסון אנרגיה)‏
• תצורת PCS: מוגדר ביחס של 1/4 של קיבולת אגירת האנרגיה, באמצעות מערכת מותג 1.45MW מהשורה הראשונה (תומך בחיבור לרשת במתח נמוך של 1500V→400V)
• חלוקת שטח: 6 אזורי אחסון אנרגיה (לְרַבּוֹת 2 אזורים רבי קומות, הדורשים שנאי בידוד)‏
• שמש שווה ערך: 1790 שעות/שנה → 4.9 שעות ביום (שיא השמש)‏
• יעילות המערכת: פוטו-וולטאי → אחסון אנרגיה (חיבור ישיר DC-DC) יְעִילוּת 0.92, פריקת אגירת אנרגיה → יעילות עומס 0.88, יעילות טעינה ופריקה מקיפה 0.81​
• מערכת אחסון אנרגיה: מאמצת תצורה סטנדרטית של 5MWh/סט, והקיבולת הכוללת מותאמת ל-170MWh (עמידה בדרישת החשמל של 122,500 קוט"ש ליום, והוא כפל של 5)‏
• אחסון אנרגיה ביתי: וילות בגודל גדול מצוידות ב-30kWh/משק בית (בהנחה שיש 200 וילות בגודל גדול , חשבונאות עבור 10% מסך הוילות), ומחובר לרשת הקהילתית.

2.2. לוגיקה עיצובית

עם ה “5יחידת אחסון אנרגיה MWh” כמודול הבסיסי, כל אזור מורכב ממספר מודולים, מצויד בפוטו-וולטא, הִתכַּנְסוּת, הסבה וציוד אחר; אחסון אנרגיה ביתי משמש כתוספת לשיפור הגמישות של אספקת החשמל. בעקבות היגיון התצורה של מדבר המזרח התיכון, הפוטו-וולטאים אחראים 85% מצריכת החשמל היומית הממוצעת + טעינת אחסון אנרגיה, ואחסון אנרגיה מוגדר ב 1.2 פעמים צריכת החשמל היומית הממוצעת (להתמודד עם תנודות לטווח קצר). ‏

3. תצורת מערכת אחסון אנרגיה

3.1. קיבולת כוללת וחלוקה אזורית

• דרישה תיאורטית: 122500 קוט"ש/יום ÷ יעילות פריקה 0.88 ≈ 139205 קוט"ש (כמות החשמל שיש לאחסן)‏
• תצורה בפועל: 1.2 פעמים עיצוב יתירות (כדי להתמודד עם ירידת סוללה ועומס קיצוני) → 139205 קוט"ש × 1.2 ≈ 167046 קוט"ש, מותאם ל-170MWh (עמידה בדרישה המרובה של 5)‏
• תצורה של אזור יחיד:
• אזור וילות (4): 30 MWh כל אחד → 30MWh÷5MWh/יחידה = 6 יחידות/שטח (4×6=24 יחידות בסך הכל)
• אזורים רבי קומות (2): 25MWh כל אחד → 25MWh÷5MWh/סט = 5 סטים/שטח (2×5=10 סטים בסך הכל)‏
• פרמטרים של סוללה: 5MWh/סט עבור ערכת סוללות ליתיום ברזל פוספט (1500ב-DC, חיי מחזור 6000 פִּי, עומק פריקה 80% ← זמין 4MWh/סט)‏
• תצורת וילה ורבי קומות יכולה להתאים את ערכת תצורת אחסון האנרגיה בהתאם לעומס הכוח בפועל

3.2. 5יחידת אחסון אנרגיה ב-MWh התומכת בתכנון (מודול בסיסי)

• הרכב מודול: 5תא סוללות MWh (כולל BMS) + 1 סט של 1.45MW PCS של מותג מהשורה הראשונה + 1 סט של DC-DC ארון צומת
• תמיכה פוטו-וולטאית: כל 5MWh של אחסון אנרגיה צריך להיות מותאם עם 1.5MW של כוח פוטו (להיפגש 4 שעות של טעינה מלאה: 1.5יעילות MW×4h×0.92 = 5.52MWh, כיסוי צרכי טעינת אחסון אנרגיה)‏
• היגיון חיבור: PV מחובר לאחסון אנרגיה של 5MWh באמצעות ארון קומבינר → DC-DC מחובר ישירות לרשת 400V האזורית באמצעות PCS​

4. הרכב מערכת אגירת אנרגיה אזורית

4.1. 5רשימת ציוד ליחידות אחסון אנרגיה של MWh

‏

4.2 שילוב מערכת אגירת אנרגיה אזורית

• אזור וילות (30MWh): 6 5יחידות MWh מחוברות במקביל ומחוברות לרשת החשמל האזורית באמצעות מיתוג מתח נמוך של 10MW (400V).
• אזור רבי קומות (25MWh): 5 5יחידות MWh במקביל, מצויד ב 5 1.5 שנאי בידוד MVA + 8מיתוג מתח נמוך MW
• שנאי בידוד (רב קומות): חיווט Dyn11, דיכוי הרמוני שלישי, עכבת קצר חשמלי 6%, עמידה בדרישות הארקה של אזורי מגורים

4.3 אחסון אנרגיה ביתי לוילות גדולות

• קיבולת אחסון ביתית: 200 משקי בית × 30kWh / משק בית = 6MWh (ליתיום ברזל פוספט, עומק פריקה 80% ← זמין 24kWh / בַּיִת)‏
• ממיר מתח: 30אחסון ביתי ב-kWh עם מהפך 5kW (תומך בחיבור רשת 400V, עם פונקציית זרימה הפוכה)‏
• היגיון פעולה: תעדוף שימוש עצמי, ולמזג את הכוח העודף לרשת החשמל הקהילתית. כשיש מחסור בחשמל, לקחת חשמל מהרשת (כאשר SOC < 20%)

5. תצורת מערכת פוטו-וולטאית

5.1. גזירת קיבולת מותקנת

• כמות החשמל הנדרשת כדי להשלים 4 שעות:
• יכולת טעינת אחסון אנרגיה: 170MWh (אגירת אנרגיה כוללת) × 80% (מחויב במלואו) ÷ יעילות טעינה 0.92 ≈ 148.91MWh
• 4 שעות צריכת חשמל בזמן אמת: 122500 קוט"ש/יום×(4/24)≈20417 קוט"ש
• סך הביקוש לחשמל: 148910 קוט"ש + 20417 קילוואט = 169327 קוט"ש
• קיבולת מותקנת פוטו-וולטאית: 169327 מעלות ÷ 4 שעות ÷ יעילות המערכת 0.81 (כולל הפסדי רכיבים וכבלים) ≈ 52539kW ≈ 52.5MW​
• תצורה סופית: 52.5MW (בשילוב עם אחסון אנרגיה של 5MWh ו-1.5MW פוטו, 34 סטים × 1.5MW = 51MW, בתוספת 1MW של פוטו וולט עבור וילות גדולות, סך של 52MW)

5.2 אחסון אנרגיה יחיד של 5MWh עם פוטו וולטאי

• קיבולת מותקנת: 1.5MW (לעמוד בטעינה של 4 שעות: 1.5יעילות MW×4h×0.92 = 5.52MWh, כיסוי צרכי טעינת אחסון אנרגיה)‏
• מספר מודולים: 1.5MW÷0.69kW/מודול≈2174 מודולים (690מודולים W)‏
• עיצוב התכנסות: חיבור סדרתי לארון התכנסות 1.5MW (כולל מיגון ברקים ומיגון נתיך)

5.3 הקצאה פוטו-וולטאית אזורית ( אופציונלי עבור גג וילה )

• אזור וילה ליחיד (30אחסון אנרגיה של MWh): 6 סטים של מודולים של 5MWh → 6×1.5MW=9MW פוטו-וולטאיים
• הקצאת וילה חד משפחתית: 2,000 משקי בית (וילות רגילות) יצויד בהספק פוטו-וולטאי בממוצע של 51MW → 25.5kW/משק בית (25.5kW÷0.69kW/block≈37 בלוקים/משק בית)‏
• שטח גג: 37 בלוקים × 2.31㎡ × 1.1 ≈ 95㎡/משק בית (וילה רגילה), וילות גדולות שומרות 10㎡ נוספים לאחסון פוטו-וולטאי ביתי

5.4 מפגש וחיבור פוטו-וולטאיים

• ארון קומבינרים: 1 ארון קומבינר (DC 1500V, זרם מדורג 1250A) עבור כל 1.5MW של הספק פוטו-וולטאי, סך של 34 ארונות (תואם את מספר ערכות אחסון האנרגיה של 5MWh)
• כבל DC: כֶּבֶל (90עמידות בטמפרטורה של מעלות צלזיוס, עמידות בפני אבק ועמידות להזדקנות), פוטו-וולטאי → משלב → DC-DC → אחסון אנרגיה

6. תצורה של ציוד חשמלי מרכזי

6.1 מתג מתח נמוך (AC)‏

• מפרטים: 400V AC, זרם מדורג , מצויד במפסק סוג מגירה
• כַּמוּת: 6 סטים (1 מוגדר לפי אזור ), אזור רב קומות עם ממשק שנאי בידוד
• פונקציית הגנה: זרם יתר, מתח יתר, הגנת רצף אפס, וטריפת הצמדה PCS

6.2 ציוד תומך גנרטור דיזל

• ארון מתג גנרטור: 10 1 גנרטורים דיזל MW כל אחד מצויד ב 1 ארון חילוף (כולל מכשיר מחובר לרשת סינכרונית)
• ארון מתג ATS: 10 יחידות (מתג העברה אוטומטי, זמן החלפה <50גְבֶרֶת), חיבור הגנרטור ורשת החשמל הראשית של הקהילה

6.3 ציוד מדידה וניטור

• מד שער: 1 רָמָה 0.2 מד חכם לכל אזור (ניטור תפוקה פוטו-וולטאית, טעינה ופריקה של אגירת אנרגיה, וצריכת חשמל לטעון)‏
• מנטרים סביבתיים: 6 (1 לכל אזור), ניטור טמפרטורה, ריכוז אבק, מהירות הרוח (קשור לניקוי פוטו-וולטאי)‏

7. גנרטורים דיזל ותמיכה לשעת חירום

7.1 תצורת גנרטור דיזל

• יְכוֹלֶת: לְתַחְזֵק 10 יחידות של 1000 W (סך הכל 10MW), תואם לאחסון אנרגיה של 170MWh (להיפגש 3 ימים של אספקת חשמל בתנאי מזג אוויר קיצוניים)

7.2 אופטימיזציה לוגית אתחול

• רָמָה 1 לְהַפְעִיל: אגירת אנרגיה אזורית SOC < 15% ותפוקה פוטו-וולטאית < 30% (נִמשָׁך 12 שעות)‏
• טריגר ברמה השנייה: 2 או לאזורים נוספים אין חשמל בו-זמנית, או שה-SOC הממוצע של אחסון ביתי הוא פחות מ 10% ( אזעקה מרכזית לוילות גדולות )

8. היגיון פעולת המערכת

8.1 אחסון אנרגיה בודד של 5MWh + 1.5פעולה פוטו-וולטאית MW

• שַׁחַר ( אוֹדוֹת 8 :00-12 : 00 ) : PV נותן עדיפות לטעינת אחסון האנרגיה (1.5MW הספק מלא), טעינת מאגר האנרגיה מ 20% אֶל 100% בְּתוֹך 4 שעות
• צָהֳרַיִים ( אוֹדוֹת 12 :00-18:00): אספקת חשמל פוטו-וולטאית ישירות, עודף כוח להשלמת אחסון אנרגיה (לשמור על SOC ≥ 90% )
• לילה (18:00- 8:00 ): אחסון אנרגיה מופרש באמצעות PCS ומופץ בהתאם לדרישת עומס אזורי (פריקה מקסימלית של סט בודד היא 1.45MW)

8.2 תיאום אזורי (לוקח 30MWh באזור הווילות כדוגמה)‏

• 6 סטים של יחידות של 5MWh מחוברות במקביל, עם קיבולת פריקה כוללת של 6×1.45MW=8.7MW
• עומס שיא (18:00-22:00): 6 קובע פריקה בו-זמנית כדי לענות על שיא הביקוש האזורי של כ-8MW
• שעות שיא (2:00-6:00): 2-3 סטים מספיקים, והשאר במצב המתנה

8.3 תיאום פיקדונות ביתיים עבור וילות בגודל גדול

• צָהֳרַיִים (12:00-14:00): ייצור חשמל פוטו-וולטאי ביתי → ניתנת עדיפות למיזוג הביתי (עומס שיא), והכוח הנותר משולב ברשת החשמל הקהילתית
• לילה (20:00-22:00): פריקות אחסון ביתיות כדי להשלים את צריכת החשמל הביתית ולהפחית את הלחץ של פריקת אגירת אנרגיה בקהילה
• מצב חירום: כאשר רשת החשמל הקהילתית נכשלת, האחסון הביתי עובר אוטומטית למצב מחוץ לרשת (תומך 4 שעות של אספקת חשמל לעומסי מפתח ביתיים)‏

8.4 תגובה למזג אוויר קיצוני (3 ימים רצופים של סופות חול)‏

• פלט PV יורד ל 20% → ייצור חשמל יומי ממוצע 52MW×4.9 שעות×0.2=50.96MWh​
• אגירת האנרגיה נפרקת ל 50% ביום הראשון, משוחרר ל 30% ביום השני, וגנרטור הדיזל מופעל ביום השלישי (משלימים 71540 מעלות/יום)

9. רשימת ציוד

‏

10. אמינות וכלכלה

10.1. עיצוב אמינות

• עמידות לאבק פוטו-וולטאית: ציפוי ננו על פני המודול (מפחית הידבקות אבק על ידי 30%), מנקים פעם בשבוע
• יתירות אחסון אנרגיה: 30MWh (וִילָה), 25MWh (רב קומות) באזור בודד, לְרַבּוֹת 10% קיבולת גיבוי, יכול לתמוך בתחומים אחרים
• אחריות על אספקת חשמל: זמינות מערכת ≥ 99.8% (הפסקת חשמל ≤ 7 שעות בשנה)‏
• אחסון ביתי משפר את האמינות: אחסון ביתי בוילות גדולות יכול לתמוך 5% מהעומס הכולל של הקהילה (אוֹדוֹת 6,000 מעלות/יום), ולהפחית את מספר ההתחלות של גנרטור דיזל במקרים קיצוניים; אחסון ביתי מקושר לרשת הראשית: דרך EMS, “עדיפות לרשת הראשית, נעשה שימוש באחסון ביתי” כדי למנוע את אפקט האי

11. סיכום הפתרון

פתרון זה משיג תצורת מערכת סטנדרטית והרחבה גמישה באמצעות העיצוב המודולרי של “5אחסון אנרגיה של MWh + 1.5MW פוטו וולטאי”. מיתוג המתח הגבוה שנוסף לאחרונה, ארון צומת וציוד אחר משפרים את קישור הבטיחות החשמלי, והאחסון הביתי של וילות בגודל גדול משפר את יתירות אספקת החשמל. הפתרון עונה על הצרכים של פעולה טהורה מחוץ לרשת של קהילות מגורים עיראקיות, מתאים למאפיינים הסביבתיים של אזור המדבר במזרח התיכון, ומתפקד היטב מבחינת אמינות וחסכון. ניתן להתאים את סולם האחסון הביתי בהתאם למספר האמיתי של וילות בגודל גדול , או ניתן לייעל את המרווח בין מודולים פוטו-וולטאיים כך שיתאימו לשטח גג קטן יותר.