Soluzione di progettazione completa off-grid per le aree residenziali irachene

Accumulo di energia fotovoltaica + Soluzione di progettazione completa off-grid per generatore diesel per aree residenziali irachene​

1. Panoramica della soluzione

Questo piano progetta un puro sistema energetico off-grid per le aree residenziali irachene, con l'idea centrale di “fotovoltaico + stoccaggio dell'energia come principale, emergenza generatore diesel“: utilizzando un'unità di accumulo di energia da 5 MWh come modulo base, configurato per regione (4 aree di ville da 30MWh ciascuna, 2 aree di grattacieli da 25 MWh ciascuna), un unico sistema con fotovoltaico/set di accumulo energetico da 1,5MW (totale 51 MW), tramite connessione diretta DC-DC per realizzare fotovoltaico 4 ore di accumulo completo di energia, per soddisfare il fabbisogno energetico giornaliero di 122,500 kWh. Il sistema è connesso alla rete in bassa tensione, i trasformatori di isolamento vengono aggiunti nelle aree a molti piani per garantire la sicurezza, e generatori diesel (2 5MW) vengono utilizzati solo per affrontare condizioni meteorologiche estreme. Per ville di grandi dimensioni, puoi scegliere di aggiungere 30 kWh di accumulo di energia domestica per migliorare la stabilità dell'alimentazione, oppure puoi usare la soluzione base (nessun deposito domestico) per ridurre i costi. Entrambe le modalità sono adatte per l'ambiente ad alta temperatura e polvere nel deserto del Medio Oriente.

2. Parametri fondamentali e quadro di progettazione

2.1. Parametri chiave

• Consumo totale di elettricità: 3500 famiglie x 35 kWh/famiglia/giorno = 122500 kWh/giorno (il consumo medio di elettricità di ville e grattacieli è calcolato in base al valore mediano di 35 kWh)
• Requisiti fondamentali per lo stoccaggio dell’energia: Incontrare 100% del consumo di energia elettrica durante la giornata (122,500 kWh/giorno), e il generatore diesel non si avvierà a meno che non vi siano circostanze particolari (condizioni meteorologiche estreme per più di 3 giorni consecutivi).
• Requisiti di ricarica fotovoltaica: Carica completamente il sistema di accumulo dell'energia all'interno 4 ore (deve coprire il consumo energetico in tempo reale durante la ricarica + quantità di carica dell'accumulo di energia)​
• Configurazione del PC: Configurato con un rapporto di 1/4 della capacità di accumulo dell’energia, utilizzando un sistema di marca di primo livello da 1,45 MW (supporta la connessione alla rete a bassa tensione 1500 V → 400 V)
• Divisione delle zone: 6 aree di stoccaggio dell’energia (Compreso 2 aree ad alta quota, che richiedono trasformatori di isolamento)​
• Sole equivalente: 1790 ore/anno → 4.9 ore al giorno (picco di sole)​
• Efficienza del sistema: Fotovoltaico → accumulo di energia (Connessione diretta DC-DC) efficienza 0.92, scarico dell'accumulo di energia → efficienza del carico 0.88, efficienza completa di carica e scarica 0,81​
• Sistema di accumulo dell'energia: adotta la configurazione standard da 5MWh/set, e la capacità totale è adeguata a 170 MWh (soddisfare la domanda di energia elettrica di 122,500 kWh/giorno, ed è un multiplo di 5)​
• Stoccaggio energetico domestico: le ville di grandi dimensioni sono dotate di 30kWh/abitazione (ammesso che ci siano 200 ville di grandi dimensioni , contabilità 10% del numero totale delle ville), e collegato alla rete comunitaria.

2.2. Logica progettuale

Con il “5Unità di accumulo energetico MWh” come modulo base, ogni area è composta da più moduli, dotato di fotovoltaico, convergenza, conversione e altre attrezzature; l'accumulo di energia domestica viene utilizzato come supplemento per migliorare la flessibilità dell'approvvigionamento energetico. Seguendo la logica di configurazione del deserto mediorientale, il fotovoltaico è responsabile 85% del consumo medio giornaliero di energia elettrica + ricarica dell'accumulo di energia, e lo stoccaggio dell'energia è configurato su 1.2 volte il consumo medio giornaliero di elettricità (per far fronte alle fluttuazioni a breve termine). ​

3. Configurazione del sistema di accumulo dell'energia

3.1. Capacità totale e distribuzione regionale

• Domanda teorica: 122500 kWh/giorno ÷ efficienza di scarico 0.88 ≈ 139205 kWh (quantità di energia elettrica da immagazzinare)​
• Configurazione effettiva: 1.2 progettazione della ridondanza temporale (per far fronte al degrado della batteria e al carico estremo) → 139205 kWh× 1.2 ≈ 167046 kWh, adeguato a 170 MWh (soddisfare le molteplici esigenze di 5)​
• Configurazione a regione singola:
• Zona villetta (4): 30 MWh ciascuno → 30MWh÷5MWh/unità = 6 unità/area (4×6=24 unità in totale)
• Aree di grattacieli (2): 25MWh ciascuno → 25MWh÷5MWh/set = 5 set/area (2×5=10 serie in totale)​
• Parametri della batteria: 5MWh/set per pacco batterie al litio ferro fosfato (1500A DC, ciclo di vita 6000 volte, profondità di scarico 80% → disponibili 4MWh/set)​
• La configurazione di ville e grattacieli può regolare lo schema di configurazione dell'accumulo di energia in base al carico di potenza effettivo

3.2. 5Unità di accumulo di energia MWh a supporto della progettazione (modulo base)

• Composizione del modulo: 5Vano batteria MWh (compreso il BMS) + 1 set di PCS da 1,45 MW di un marchio di primo livello + 1 insieme di DC-DC armadio di giunzione
• Supporto fotovoltaico: Ogni 5 MWh di accumulo di energia deve essere abbinato a 1,5 MW di potenza fotovoltaica (incontrare 4 ore di carica completa: 1.5MW×4h×efficienza 0,92 = 5,52MWh, coprire le esigenze di ricarica per lo stoccaggio dell’energia)​
• Logica di connessione: Il fotovoltaico è collegato all'accumulo di energia da 5 MWh tramite un armadio combinatore → DC-DC è collegato direttamente alla rete regionale da 400 V tramite PCS​

4. Composizione del sistema regionale di accumulo dell'energia

4.1. 5Elenco delle apparecchiature dell'unità di accumulo dell'energia MWh

​

4.2 Integrazione del sistema regionale di accumulo dell'energia

• Zona villetta (30MWh): 6 5Le unità MWh sono collegate in parallelo e collegate alla rete elettrica regionale tramite un quadro a bassa tensione da 10 MW (400V).
• Zona alta (25MWh): 5 5Unità MWh in parallelo, dotato di 5 1.5 Trasformatori di isolamento MVA + 8Quadri di bassa tensione MW
• Trasformatore di isolamento (grattacielo): Cablaggio Dyn11, soppressione della terza armonica, impedenza di cortocircuito 6%, soddisfare i requisiti di messa a terra delle aree residenziali​

4.3 Accumulo energetico domestico per grandi ville

• Capacità di stoccaggio delle famiglie: 200 famiglie × 30kWh / famiglia = 6MWh (fosfato di ferro e litio, profondità di scarico 80% → disponibili 24kWh / domestico)​
• Invertitore: 30Accumulo domestico kWh con inverter da 5kW (supporta la connessione alla rete da 400 V, con funzione anti-inversione di flusso)​
• Logica di funzionamento: Dare priorità all’autoconsumo, e unire l’energia in eccesso nella rete elettrica della comunità. Quando c'è una carenza di energia, prendere energia dalla rete (quando SOC < 20%)

5. Configurazione impianto fotovoltaico

5.1. Derivazione della capacità installata

• La quantità di elettricità necessaria per completare l'operazione 4 ore:
• Capacità di carica dell'accumulo di energia: 170MWh (accumulo totale di energia) × 80% (caricato per intero) ÷ efficienza di carica 0.92 ≈ 148,91 MWh​
• 4 ore di consumo di elettricità in tempo reale: 122500 kWh/giorno×(4/24)≈20417 kWh​
• Domanda totale di elettricità: 148910 kWh + 20417 kWh= 169327 kWh​
• Capacità installata fotovoltaica: 169327 gradi ÷ 4 ore ÷ efficienza del sistema 0.81 (comprese le perdite di componenti e cavi) ≈ 52539 kW ≈ 52,5 MW​
• Configurazione finale: 52.5MW (abbinato ad un accumulo di energia da 5MWh e ad un fotovoltaico da 1,5MW, 34 set × 1,5 MW = 51 MW, più 1MW di fotovoltaico per grandi ville, un totale di 52 MW)

5.2 Singolo accumulo di energia da 5 MWh con fotovoltaico

• Capacità installata: 1.5MW (soddisfare la ricarica di 4 ore: 1.5MW×4h×efficienza 0,92 = 5,52MWh, coprire le esigenze di ricarica per lo stoccaggio dell’energia)​
• Numero di moduli: 1.5MW÷0,69kW/modulo≈2174 moduli (690Moduli W)​
• Progettazione della convergenza: Collegamento in serie all'armadio di convergenza da 1,5 MW (inclusa protezione contro i fulmini e protezione con fusibili)

5.3 Allocazione regionale sul fotovoltaico ( opzionale per il tetto della villa )

• Zona villa singola (30Accumulo di energia in MWh): 6 set di moduli da 5MWh → 6×1,5MW=9MW fotovoltaico
• Locazione villa unifamiliare: 2,000 famiglie (ville ordinarie) sarà dotato di una media di 51MW di potenza fotovoltaica → 25,5kW/abitazione (25.5kW÷0,69kW/isolato≈37 isolati/abitazione)​
• Zona del tetto: 37 blocchi × 2,31㎡ × 1.1 ≈ 95㎡/famiglia (villa ordinaria), le ville di grandi dimensioni riservano ulteriori 10㎡ per lo stoccaggio fotovoltaico domestico

5.4 Confluenza e connessione fotovoltaica

• Armadio combinato: 1 armadio combinatore (CC 1500 V, corrente nominale 1250A) per ogni 1,5 MW di potenza fotovoltaica, un totale di 34 armadi (corrispondente al numero di set di accumulo di energia da 5 MWh)
• Cavo CC: Cavo (90Resistenza alla temperatura °C, resistenza alla polvere e resistenza all'invecchiamento), fotovoltaico → combinatore → DC-DC → accumulo di energia​

6. Configurazione delle principali apparecchiature elettriche

6.1 Quadri di bassa tensione (AC)​

• Specifiche: 400V CA, corrente nominale , dotato di interruttore automatico a cassetto​
• Quantità: 6 insiemi (1 impostato per zona ), area a molti piani con interfaccia del trasformatore di isolamento
• Funzione di protezione: sovracorrente, sovratensione, protezione sequenza zero, e intervento del collegamento PCS

6.2 Attrezzatura di supporto del generatore diesel

• Quadro elettrico del generatore: 10 1 Generatori diesel MW ciascuno dotato di 1 quadro elettrico (compreso il dispositivo sincrono connesso alla rete)
• Quadro elettrico ATS: 10 unità (interruttore di trasferimento automatico, tempo di commutazione <50SM), collegamento del generatore e della rete elettrica principale della comunità

6.3 Apparecchiature di misurazione e monitoraggio

• Contatore del gateway: 1 livello 0.2 contatore intelligente per zona (monitoraggio della resa fotovoltaica, carica e scarica dell'accumulo di energia, e caricare il consumo energetico)​
• Monitoraggi ambientali: 6 (1 per zona), monitoraggio della temperatura, concentrazione di polvere, velocità del vento (legati alla pulizia fotovoltaica)​

7. Generatori diesel e supporto di emergenza

7.1 Configurazione del generatore diesel

• Capacità: Mantenere 10 unità di 1000 W (totale 10MW), abbinato a 170 MWh di accumulo di energia (incontrare 3 giorni di alimentazione in condizioni meteorologiche estreme)

7.2 Ottimizzazione della logica di avvio

• Livello 1 grilletto: SOC stoccaggio energetico regionale < 15% e produzione fotovoltaica < 30% (duraturo 12 ore)​
• Trigger di secondo livello: 2 o più aree sono prive di energia elettrica contemporaneamente, oppure il SOC medio dello stoccaggio domestico è inferiore a 10% ( allarme centralizzato per ville di grandi dimensioni )

8. Logica di funzionamento del sistema

8.1 Accumulo energetico singolo da 5 MWh + 1.5Funzionamento fotovoltaico MW

• Mattina ( Di 8 :00-12 : 00 ) : Il fotovoltaico dà priorità alla ricarica dell'accumulo di energia (1.5MW a piena potenza), caricare l'accumulo di energia da 20% A 100% entro 4 ore
• Pomeriggio ( Di 12 :00-18:00): Alimentazione fotovoltaica direttamente, potenza in eccesso per integrare l’accumulo di energia (mantenere il SOC ≥ 90% )
• Notturno (18:00- 8:00 ): L'accumulo di energia viene scaricato tramite PCS e distribuito in base alla domanda di carico regionale (la potenza massima di un singolo set è di 1,45 MW)

8.2 Coordinamento regionale (prendendo come esempio 30MWh nella zona della villa)​

• 6 gruppi di unità da 5 MWh sono collegati in parallelo, con una capacità di scarico totale di 6×1,45 MW=8,7 MW​
• Carico di punta (18:00-22:00): 6 imposta lo scarico simultaneamente per soddisfare la domanda di picco regionale di circa 8 MW​
• Orari non di punta (2:00-6:00): 2-3 i set sono sufficienti, e il resto è in modalità standby​

8.3 Coordinamento depositi domestici per ville di grandi dimensioni

• Mezzogiorno (12:00-14:00): Produzione di energia fotovoltaica domestica → La priorità è data alla climatizzazione domestica (carico di punta), e la potenza rimanente viene incorporata nella rete elettrica della comunità
• Notturno (20:00-22:00): Scarichi di accumulo domestico per integrare il consumo di elettricità domestica e ridurre la pressione degli scarichi di accumulo di energia nella comunità
• Stato di emergenza: Quando la rete elettrica comunitaria fallisce, l'accumulo domestico passa automaticamente alla modalità off-grid (sostenere 4 ore di alimentazione elettrica per i principali carichi domestici)​

8.4 Risposta alle condizioni meteorologiche estreme (3 giorni consecutivi di tempeste di sabbia)​

• La produzione FV scende a 20% → produzione elettrica media giornaliera 52 MW×4,9 ore×0,2=50,96 MWh​
• L'accumulo di energia viene scaricato 50% il primo giorno, dimesso a 30% il secondo giorno, e il terzo giorno viene avviato il generatore diesel (integrando 71540 gradi/giorno)

9. Elenco delle attrezzature

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10. Affidabilità ed Economia

10.1. Progettazione dell'affidabilità

• Resistenza alla polvere fotovoltaica: Nano rivestimento sulla superficie del modulo (riduce l'adesione della polvere di 30%), pulito una volta alla settimana
• Ridondanza dello stoccaggio energetico: 30MWh (villa), 25MWh (grattacielo) in un'unica zona, Compreso 10% capacità di backup, può supportare altre aree
• Garanzia sull'alimentazione: disponibilità del sistema ≥ 99.8% (interruzione di corrente ≤ 7 ore all'anno)​
• Lo stoccaggio domestico migliora l’affidabilità: Lo stoccaggio domestico in grandi ville può supportare 5% del carico totale della comunità (Di 6,000 gradi/giorno), e ridurre il numero di avviamenti del generatore diesel in casi estremi; lo stoccaggio domestico è collegato alla rete principale: tramite EMS, “priorità della rete principale, viene utilizzato lo stoccaggio domestico” per evitare l’effetto isola

11. Riepilogo della soluzione

Questa soluzione consente una configurazione di sistema standardizzata e un'espansione flessibile attraverso la progettazione modulare di “5Accumulo di energia in MWh + 1.5MW fotovoltaico”. Il nuovo quadro ad alta tensione aggiunto, l'armadietto di giunzione e altre apparecchiature migliorano il collegamento di sicurezza elettrica, e lo stoccaggio domestico di ville di grandi dimensioni migliora la ridondanza dell'alimentazione elettrica. La soluzione soddisfa le esigenze del puro funzionamento off-grid delle comunità residenziali irachene, si adatta alle caratteristiche ambientali dell'area desertica del Medio Oriente, e si comporta bene in termini di affidabilità ed economia. La scala di stoccaggio delle famiglie può essere modificata in base al numero effettivo di ville di grandi dimensioni , oppure è possibile ottimizzare la spaziatura tra i moduli fotovoltaici per adattarsi ad una superficie del tetto più piccola.