giải pháp thiết kế hoàn chỉnh không nối lưới cho các khu dân cư ở Iraq​

Lưu trữ năng lượng quang điện + giải pháp thiết kế hoàn chỉnh máy phát điện diesel không nối lưới cho khu dân cư Iraq​

1. Tổng quan về giải pháp

Kế hoạch này thiết kế một hệ thống năng lượng thuần túy không nối lưới cho các khu dân cư ở Iraq, với ý tưởng cốt lõi của “quang điện + lưu trữ năng lượng là chính, máy phát điện diesel khẩn cấp“: sử dụng bộ lưu trữ năng lượng 5MWh làm mô-đun cơ bản, cấu hình theo khu vực (4 khu biệt thự 30MWh mỗi khu, 2 khu cao tầng 25MWh mỗi khu), một hệ thống duy nhất có bộ lưu trữ năng lượng quang điện/bộ 1,5MW (tổng cộng 51MW), thông qua kết nối trực tiếp DC-DC để đạt được quang điện 4 giờ lưu trữ năng lượng đầy đủ, nhằm đáp ứng nhu cầu điện hàng ngày của 122,500 kWh. Hệ thống được kết nối với lưới điện ở điện áp thấp, Máy biến áp cách ly được bổ sung ở khu cao tầng để đảm bảo an toàn, và máy phát điện diesel (2 5MW) chỉ được sử dụng để đối phó với thời tiết khắc nghiệt. Đối với biệt thự lớn, bạn có thể chọn bổ sung thêm bộ lưu trữ năng lượng gia đình 30kWh để cải thiện độ ổn định của nguồn điện, hoặc bạn có thể sử dụng giải pháp cơ bản (không có kho lưu trữ gia đình) để giảm chi phí. Cả hai chế độ đều phù hợp với môi trường nhiệt độ cao và nhiều bụi ở sa mạc Trung Đông.

2. Thông số cốt lõi và khung thiết kế

2.1. Thông số chính

• Tổng lượng điện tiêu thụ: 3500 hộ gia đình x 35 kWh/hộ/ngày = 122500 kWh/ngày (mức tiêu thụ điện trung bình của biệt thự, nhà cao tầng được tính dựa trên giá trị trung bình của 35 kWh)
• Yêu cầu cốt lõi về lưu trữ năng lượng: gặp 100% lượng điện tiêu thụ trong ngày (122,500 kWh/ngày), và máy phát điện diesel sẽ không khởi động trừ khi có trường hợp đặc biệt (thời tiết khắc nghiệt trong hơn 3 ngày liên tiếp).
• Yêu cầu sạc quang điện: Sạc đầy hệ thống lưu trữ năng lượng bên trong 4 giờ (cần bao gồm mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực trong quá trình sạc + lượng sạc lưu trữ năng lượng)​
• cấu hình PCS: Được cấu hình theo tỷ lệ 1/4 về khả năng lưu trữ năng lượng, sử dụng hệ thống 1,45MW thương hiệu hạng nhất (hỗ trợ kết nối lưới điện hạ thế 1500V→400V)
• Phân chia khu vực: 6 khu vực lưu trữ năng lượng (bao gồm 2 khu vực cao tầng, yêu cầu máy biến áp cách ly)​
• Nắng tương đương: 1790 giờ/năm → 4.9 giờ mỗi ngày (nắng đỉnh điểm)​
• Hiệu quả hệ thống: Quang điện → lưu trữ năng lượng (Kết nối trực tiếp DC-DC) hiệu quả 0.92, xả lưu trữ năng lượng → hiệu suất tải 0.88, hiệu suất sạc và xả toàn diện 0,81​
• Hệ thống lưu trữ năng lượng: áp dụng cấu hình tiêu chuẩn 5MWh/bộ, và tổng công suất được điều chỉnh thành 170MWh (đáp ứng nhu cầu điện của 122,500 kWh/ngày, và là bội số của 5)​
• Lưu trữ năng lượng gia đình: biệt thự quy mô lớn được trang bị 30kWh/hộ (giả sử có 200 biệt thự quy mô lớn , kế toán cho 10% trong tổng số biệt thự), và kết nối với mạng lưới cộng đồng.

2.2. Logic thiết kế

Với “5Đơn vị lưu trữ năng lượng MWh” như mô-đun cơ bản, mỗi khu vực bao gồm một số mô-đun, được trang bị quang điện, sự hội tụ, chuyển đổi và các thiết bị khác; lưu trữ năng lượng hộ gia đình được sử dụng như một sự bổ sung để cải thiện tính linh hoạt của việc cung cấp điện. Theo logic cấu hình của sa mạc Trung Đông, quang điện chịu trách nhiệm cho 85% mức tiêu thụ điện trung bình hàng ngày + sạc lưu trữ năng lượng, và lưu trữ năng lượng được cấu hình tại 1.2 lần mức tiêu thụ điện trung bình hàng ngày (để đối phó với những biến động ngắn hạn). ​

3. Cấu hình hệ thống lưu trữ năng lượng

3.1. Tổng công suất và phân bổ khu vực

• Nhu cầu lý thuyết: 122500 kWh/ngày / hiệu suất xả 0.88 ≈ 139205 kWh (lượng điện dự trữ)​
• Cấu hình thực tế: 1.2 thiết kế dự phòng lần (để đối phó với sự xuống cấp của pin và tải quá mức) → 139205 kWh × 1.2 ≈ 167046 kWh, điều chỉnh thành 170MWh (đáp ứng nhiều yêu cầu của 5)​
• Cấu hình một vùng:
• Khu biệt thự (4): 30 MWh mỗi cái → 30MWh 5MWh/đơn vị = 6 đơn vị/khu vực (4×6=tổng cộng 24 đơn vị)
• Khu cao tầng (2): 25MWh mỗi cái → 25MWh 5MWh/bộ = 5 bộ/khu vực (2×5=tổng cộng 10 bộ)​
• Thông số pin: 5MWh/bộ cho bộ pin lithium iron phosphate (1500ở DC, vòng đời 6000 lần, độ sâu xả 80% → có sẵn 4MWh/bộ)​
• Cấu hình biệt thự và cao tầng có thể điều chỉnh sơ đồ cấu hình lưu trữ năng lượng theo phụ tải điện thực tế

3.2. 5Thiết kế hỗ trợ bộ lưu trữ năng lượng MWh (mô-đun cơ bản)

• Thành phần mô-đun: 5Khoang chứa pin MWh (bao gồm cả BMS) + 1 bộ PCS 1,45MW của thương hiệu hạng nhất + 1 bộ DC-DC tủ nối
• Hỗ trợ quang điện: Cứ 5MWh lưu trữ năng lượng cần phải tương ứng với 1,5MW năng lượng quang điện (gặp gỡ 4 giờ sạc đầy: 1.5Hiệu suất MW×4h×0,92 = 5,52MWh, đáp ứng nhu cầu sạc lưu trữ năng lượng)​
• Logic kết nối: PV được kết nối với bộ lưu trữ năng lượng 5MWh thông qua tủ tổ hợp → DC-DC được kết nối trực tiếp với lưới 400V khu vực thông qua PCS​

4. Thành phần hệ thống lưu trữ năng lượng khu vực

4.1. 5Danh sách thiết bị bộ lưu trữ năng lượng MWh

​

4.2 Tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng khu vực

• Khu biệt thự (30MWh): 6 5Các tổ máy MWh được mắc song song và đấu nối vào lưới điện khu vực thông qua tủ đóng cắt hạ thế 10MW (400V.).
• Khu cao tầng (25MWh): 5 5Đơn vị MWh song song, được trang bị 5 1.5 Máy biến áp cách ly MVA + 8Thiết bị đóng cắt hạ thế MW
• Máy biến áp cách ly (cao tầng): Dây Dyn11, triệt tiêu sóng hài thứ ba, trở kháng ngắn mạch 6%, đáp ứng yêu cầu nối đất của khu dân cư

4.3 Lưu trữ năng lượng gia đình cho biệt thự lớn

• Dung lượng lưu trữ hộ gia đình: 200 hộ gia đình × 30kWh / hộ gia đình = 6MWh (lithium sắt photphat, độ sâu xả 80% → có sẵn 24kWh / hộ gia đình )​
• Biến tần: 30lưu trữ kWh gia đình với biến tần 5kW (hỗ trợ kết nối lưới 400V, với chức năng chống dòng chảy ngược)​
• Logic hoạt động: Ưu tiên tự sử dụng, và hòa nguồn điện dư thừa vào lưới điện cộng đồng. Khi thiếu điện, lấy điện từ lưới điện (khi SOC < 20%)

5. Cấu hình hệ thống quang điện

5.1. Dẫn xuất công suất lắp đặt

• Lượng điện cần thiết để hoàn thành trong 4 giờ:
• Khả năng sạc lưu trữ năng lượng: 170MWh (tổng năng lượng dự trữ) × 80% (sạc đầy) `hiệu suất sạc 0.92 ≈ 148,91MWh ​
• 4 giờ tiêu thụ điện theo thời gian thực: 122500 kWh/ngày×(4/24)≈20417 kWh​
• Tổng nhu cầu điện: 148910 kWh + 20417 kWh = 169327 kWh​
• Công suất lắp đặt quang điện: 169327 độ -> 4 giờ -> hiệu suất hệ thống 0.81 (bao gồm tổn thất linh kiện và cáp) ≈ 52539kW ≈ 52,5MW​
• Cấu hình cuối cùng: 52.5MW (kết hợp với bộ lưu trữ năng lượng 5MWh và quang điện 1,5MW, 34 bộ × 1,5MW = 51MW, cộng thêm 1MW quang điện cho biệt thự lớn, tổng cộng 52MW)

5.2 Bộ lưu trữ năng lượng đơn 5MWh bằng quang điện

• Công suất lắp đặt: 1.5MW (đáp ứng sạc 4 giờ: 1.5Hiệu suất MW×4h×0,92 = 5,52MWh, đáp ứng nhu cầu sạc lưu trữ năng lượng)​
• Số lượng mô-đun: 1.5MW 0,69kW/mô-đun≈2174 mô-đun (690mô-đun W)​
• Thiết kế hội tụ: Kết nối nối tiếp tới tủ hội tụ 1,5MW (bao gồm bảo vệ chống sét và bảo vệ cầu chì)

5.3 Phân bổ quang điện khu vực ( tùy chọn cho mái biệt thự )

• Khu biệt thự đơn lập (30Lưu trữ năng lượng MWh): 6 bộ mô-đun 5MWh → quang điện 6×1,5MW=9MW
• Phân bổ biệt thự đơn lập: 2,000 hộ gia đình (biệt thự bình thường) sẽ được trang bị trung bình 51MW điện quang → 25,5kW/hộ (25.5kW 0,69kW/khối≈37 khối/hộ)​
• Diện tích mái: 37 khối × 2,31㎡ × 1.1 ≈ 95㎡/hộ (biệt thự bình thường), biệt thự lớn dự trữ thêm 10㎡ để lưu trữ quang điện trong gia đình

5.4 Hợp lưu và kết nối quang điện

• Tủ kết hợp: 1 tủ kết hợp (DC 1500V, dòng điện định mức 1250A) cho mỗi 1,5MW năng lượng quang điện, tổng cộng 34 tủ (phù hợp với số lượng bộ lưu trữ năng lượng 5MWh)
• cáp DC: Cáp (90Khả năng chịu nhiệt độ ° C, chống bụi và chống lão hóa), quang điện → bộ kết hợp → DC-DC → lưu trữ năng lượng​

6. Cấu hình các thiết bị điện quan trọng

6.1 Thiết bị chuyển mạch điện áp thấp (AC)​

• Thông số kỹ thuật: 400V AC, dòng điện định mức , được trang bị bộ ngắt mạch loại ngăn kéo
• Số lượng: 6 bộ (1 đặt cho mỗi khu vực ), khu cao tầng có giao diện biến áp cách ly
• Chức năng bảo vệ: quá dòng, quá điện áp, bảo vệ chuỗi không, và ngắt liên kết PCS

6.2 Thiết bị hỗ trợ máy phát điện Diesel

• Tủ chuyển đổi máy phát điện: 10 1 Mỗi máy phát điện diesel MW được trang bị 1 tủ công tắc (trong đó có thiết bị nối lưới đồng bộ)
• Tủ chuyển mạch ATS: 10 các đơn vị (công tắc chuyển tự động, thời gian chuyển đổi <50bệnh đa xơ cứng), kết nối máy phát điện và lưới điện chính cộng đồng

6.3 Thiết bị đo lường và giám sát

• Đồng hồ đo cổng: 1 mức độ 0.2 đồng hồ thông minh theo khu vực (giám sát sản lượng quang điện, sạc và xả lưu trữ năng lượng, và tải điện năng tiêu thụ)​
• Giám sát môi trường: 6 (1 mỗi khu vực), giám sát nhiệt độ, nồng độ bụi, tốc độ gió (liên kết với việc làm sạch quang điện)​

7. Máy phát điện diesel và hỗ trợ khẩn cấp

7.1 Cấu hình máy phát điện diesel

• Dung tích: Duy trì 10 đơn vị của 1000 W (tổng cộng 10MW), phù hợp với 170MWh lưu trữ năng lượng (gặp gỡ 3 ngày cung cấp điện trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt)

7.2 Tối ưu hóa logic khởi động

• Mức độ 1 cò súng: SOC lưu trữ năng lượng khu vực < 15% và sản lượng quang điện < 30% (lâu dài 12 giờ)​
• Kích hoạt cấp độ thứ hai: 2 hoặc nhiều khu vực bị mất điện cùng lúc, hoặc SOC trung bình của kho lưu trữ hộ gia đình nhỏ hơn 10% ( báo động tập trung cho biệt thự lớn )

8. Logic vận hành hệ thống

8.1 Bộ lưu trữ năng lượng đơn 5MWh + 1.5MW quang điện hoạt động

• Buổi sáng ( Về 8 :00-12 : 00 ) : PV ưu tiên sạc bộ lưu trữ năng lượng (1.5MW đầy đủ công suất), sạc bộ lưu trữ năng lượng từ 20% ĐẾN 100% ở trong 4 giờ
• Buổi chiều ( Về 12 :00-18:00): Cung cấp năng lượng quang điện trực tiếp, năng lượng dư thừa để bổ sung lưu trữ năng lượng (duy trì SOC ≥ 90% )
• Ban đêm (18:00- 8:00 ): Việc lưu trữ năng lượng được xả qua PCS và phân phối theo nhu cầu phụ tải khu vực (công suất xả tối đa của một tổ máy là 1,45MW)

8.2 Điều phối khu vực (lấy 30MWh ở khu biệt thự làm ví dụ)​

• 6 bộ đơn vị 5MWh được kết nối song song, với tổng công suất xả là 6×1,45MW=8,7MW​
• Tải cao điểm (18:00-22:00): 6 tổ chức xả điện đồng thời để đáp ứng nhu cầu cao điểm khu vực khoảng 8MW​
• Giờ thấp điểm (2:00-6:00): 2-3 bộ là đủ, và phần còn lại ở chế độ chờ​

8.3 Phối hợp ký quỹ hộ gia đình đối với biệt thự quy mô lớn

• Buổi trưa (12:00-14:00): Sản xuất điện quang điện gia dụng → Ưu tiên máy điều hòa không khí gia đình (tải cao điểm), và phần điện năng còn lại được hòa vào lưới điện cộng đồng​
• Ban đêm (20:00-22:00): Xả kho lưu trữ hộ gia đình để bổ sung lượng điện tiêu thụ trong gia đình và giảm áp lực xả kho lưu trữ năng lượng trong cộng đồng​
• tình trạng khẩn cấp: Khi lưới điện cộng đồng gặp sự cố, bộ lưu trữ gia đình tự động chuyển sang chế độ không nối lưới (hỗ trợ 4 giờ cung cấp điện cho các phụ tải chính của hộ gia đình)​

8.4 Ứng phó với thời tiết khắc nghiệt (3 những ngày bão cát liên tiếp)​

• Sản lượng PV giảm xuống 20% → sản lượng điện trung bình ngày 52MW×4,9 giờ×0,2=50,96MWh​
• Kho năng lượng được thải ra 50% vào ngày đầu tiên, thải ra 30% vào ngày thứ hai, và máy phát điện diesel được khởi động vào ngày thứ ba (bổ sung 71540 độ/ngày)

9. Danh sách thiết bị

​

10. Độ tin cậy và kinh tế

10.1. Độ tin cậy Thiết kế

• Chống bụi quang điện: Lớp phủ nano trên bề mặt mô-đun (làm giảm độ bám dính của bụi bằng cách 30%), được dọn dẹp mỗi tuần một lần
• Dự trữ năng lượng dự phòng: 30MWh (biệt thự), 25MWh (cao tầng) trong một khu vực duy nhất, bao gồm 10% công suất dự phòng, có thể hỗ trợ các lĩnh vực khác
• Bảo đảm cung cấp điện: tính khả dụng của hệ thống ≥ 99.8% (mất điện ≤ 7 giờ mỗi năm)​
• Lưu trữ gia đình cải thiện độ tin cậy: Lưu trữ đồ gia dụng trong biệt thự lớn có thể hỗ trợ 5% trong tổng tải trọng của cộng đồng (Về 6,000 độ/ngày), và giảm số lần khởi động máy phát điện diesel trong những trường hợp đặc biệt; lưu trữ gia đình được liên kết với lưới điện chính: thông qua EMS, “ưu tiên lưới điện chính, lưu trữ hộ gia đình được sử dụng” để tránh hiệu ứng đảo

11. Tóm tắt giải pháp

Giải pháp này đạt được cấu hình hệ thống được tiêu chuẩn hóa và mở rộng linh hoạt thông qua thiết kế mô-đun của “5Lưu trữ năng lượng MWh + 1.5MW quang điện”. Thiết bị đóng cắt điện áp cao mới được bổ sung, tủ nối và các thiết bị khác cải thiện liên kết an toàn điện, và kho lưu trữ của hộ gia đình trong các biệt thự cỡ lớn giúp cải thiện khả năng dự phòng nguồn điện. Giải pháp đáp ứng nhu cầu vận hành thuần túy ngoài lưới điện của cộng đồng dân cư Iraq, thích nghi với đặc điểm môi trường của vùng sa mạc Trung Đông, và hoạt động tốt về độ tin cậy và tính kinh tế. Quy mô lưu trữ hộ gia đình có thể được điều chỉnh theo số lượng biệt thự quy mô lớn thực tế , hoặc khoảng cách giữa các mô-đun quang điện có thể được tối ưu hóa để thích ứng với diện tích mái nhà nhỏ hơn.