Egy szélturbina akkumulátoros tárolórendszer tárolja a turbina által termelt villamos energiát, így a szélcsendes időszakokban, éjszaka vagy áramszünet esetén is ellátja a terhelést, ahelyett, hogy a keletkezése pillanatában leállna. Ez az útmutató a kis és elosztott szélerőmű-rendszerekre összpontosít, ahol a turbina, a vezérlő, az inverter, az akkumulátor és a védőeszközök egyetlen láncként vannak meghatározva. A hálózatra csatlakoztatott tárolással rendelkező közműméretű szélerőműparkok más problémát jelentenek. Ezekhez projektspecifikus hálózati tanulmányok, tűzvédelmi előírások felülvizsgálata, összekapcsolási jóváhagyás és engedélyezett villamosmérnöki szakértelem szükséges, és ezek itt nem tartoznak a hatókörbe. akkumulátoros energiatároló rendszer Az energia tárolását és elosztását külön tárgyaljuk, így a hangsúly itt továbbra is azon marad, hogy mi változik, ha a forrás a szél.
Miért különbözik a szélenergia-tárolás mérete a napenergia-tárolástól?
A szélenergia-tároló méretezése egy olyan termelési profiltól függ, amely széllökésekben erősebb és sokkal kevésbé kiszámítható, mint a napenergia-tárolóé, ezért a napenergia-tároló méretezési szabályai rosszul alkalmazhatók a szélenergia-tárolókra. A napenergia termelése egy nagyjából ismert napi görbe mentén emelkedik és csökken. A szél másképp viselkedik: másodpercek vagy percek alatt felerősödhet a turbina méretétől, a szélviszonyoktól és a szabályozási stratégiától függően, az éjszaka folyamán termelhet energiát, majd napokra eltűnhet. A fontos változó nem az átlagos teljesítmény, hanem a széllökések és a szélcsendek közötti különbség, mivel a tárolónak el kell nyelnie a csúcsokat, és át kell vinnie a terhelést a réseken.
Ha az akkumulátortelepet az átlagos szélteljesítmény alapján méretezzük, ne pedig a széllökések és szélcsendek közötti időszak alapján, akkor a csomag a széllökések idején hajlamos túltelítődni, hosszú szélcsendek alatt pedig félig üresen működni. Ez vagy a termelés korlátozását, vagy egy második, költséges méretezési menetet tesz szükségessé. A méretezést egy helyspecifikus termelési rekordból kell kiindulni, nem a turbina adattáblájából. Ésszerű ellenőrzés: modellezzük a valós széladatokat egy teljes szezonra vonatkozóan, és ellenőrizzük, hogy a csomag képes-e elnyelni egy tartós széllökést és lefedni a legrosszabb megfigyelt szélcsendet. A pontos kapacitás a terhelési profiltól, az autonómia célértékétől és a turbina teljesítményétől függ.
DC-csatolt, AC-csatolt és hibrid architektúrák szélturbinákhoz
Egy szélturbina energiatároló rendszerének csatolási architektúrája attól függ, hogy a turbina kimenete a váltakozó áramra való átállás előtt vagy után éri-e el az akkumulátort. Ez az egyetlen választás határozza meg a hatékonyságot, az utólagos beszerelés nehézségét, és azt, hogy melyik vezérlő védi a csomagot. A szélturbinák változó frekvenciájú, változó feszültségű energiát adnak ki, amelyet tárolás előtt egyenirányítani kell, így a csatolási pont nem kozmetikai részlet.
| Építészet | Konverziós útvonal | Legjobb illeszkedés | Kompromisszum az ellenőrzéshez |
|---|---|---|---|
| DC-csatolt | A turbina teljesítményét tárolás előtt egyenáramúvá egyenirányították | Új, hálózaton kívüli vagy kisméretű, elosztott telepítések | A vezérlőnek és a kisülési terhelésnek meg kell egyeznie a turbina feszültségével és áramával |
| AC-csatolt | A turbina teljesítménye töltés előtt váltakozó árammá alakul | Meglévő hálózatra kötött rendszerek utólagos beépítése | A plusz konverziós szakaszok csökkentik az oda-vissza hatékonyságot |
| Hibrid (szél + napenergia) | Megosztott akkumulátor és inverter mindkét forrásban | Oldalak, amelyek tartalmazzák mind a szél-, mind a napenergia-források | A töltési prioritásnak meg kell akadályoznia a túltöltést és a forrásütközéseket |
A kis, hálózaton kívüli rendszerek visszatérő meghibásodási pontja az elterelés vagy a kisütési terhelés. Sok kis, hálózaton kívüli rendszerben, különösen az állandó mágneses turbinákban, a turbina nem tudja egyszerűen leállítani a generálást, amikor az akkumulátor feltöltött. A felesleges energiát ezután egy elterelő vagy kisütési terheléshez kell irányítani, amely elektromosan terhelve tartja a turbinát. A nagyobb, hálózatra csatlakoztatott turbinák ehelyett a felesleget a dőlésszög-szabályozással, fékezéssel, konvertervezérléssel vagy korlátozással kezelhetik, a kialakítástól függően. Kis rendszerek esetén az architektúra kiválasztása előtt ellenőrizni kell, hogy a töltésszabályozó és a kisütési terhelési névleges értéke megegyezik-e a turbina maximális teljesítményével.
Az akkumulátor teljesítményének és energiaszintjének méretezése a szélviszonyokhoz igazodva
A szélhez igazodó akkumulátorméretezés két független számra oszlik. A teljesítményérték határozza meg, hogy az akkumulátor milyen gyorsan képes elnyelni egy széllökést vagy túlfeszültséget biztosítani. Az energiakapacitás pedig azt, hogy mennyi ideig képes terhelést szállítani szélcsendben. Ezeknek az egy számként való kezelése a leggyakoribb méretezési hiba, mivel egy elegendő kilowattórával rendelkező akkumulátor is leállhat egy széllökés esetén, ha a teljesítményértéke túl alacsony.
Egy egyszerű kiinduló számítással ezt kézzelfoghatóvá tehetjük. A szükséges használható energia egyenlő a napi terhelés szorozva a lefedni kívánt autonómia napok számával. A megvásárolt névleges kapacitás ezt a használható értéket osztjuk a megengedett kisütési mélységgel, majd az inverter hatásfokával. Vegyünk például egy olyan telephelyet, amelynek napi 12 kWh-ra van szüksége két nap autonómia mellett. Ez 24 kWh használható energiát jelent. A 80% használható kisütési mélysége és a 92% inverter hatásfoka mellett ez nagyjából 33 kWh névleges kapacitást jelent, bármilyen hőmérsékleti csökkenés vagy öregedési tartalék előtt. A teljesítményérték külön ellenőrzést igényel: a csomag töltési sebességének, amelyet C-sebességként fejeznek ki, el kell fogadnia a csúcslökésteljesítményt anélkül, hogy túllépné a vezérlő, az épületfelügyeleti rendszer vagy az inverter határértékeit.
A termék kiválasztása előtt vegye figyelembe a következő helyszíni változókat: napi és szezonális terhelési profil, a legrosszabb feljegyzett szélcsend időtartama, a turbina csúcsteljesítménye széllökések alatt, a használható kapacitás a kiáramlási mélységi korlátok után, valamint a kiválasztott architektúra oda-vissza hatásfokveszteségei. Mindegyik helyszínspecifikus. A védhető szám a saját szél- és terhelési adatainak modellezéséből származik, a végső kapacitás pedig attól függ, hogy mennyi korlátozást és hány tartalék hézagot hajlandó elfogadni.
Akkumulátorkémia kiválasztása szélterheléses ciklusokhoz
A szélüzemű akkumulátorok kémiája a ciklusgyakoriságtól, a környezeti hőmérséklet-tartománytól és a rendelkezésre álló helytől függ, és számos modern, helyhez kötött és elosztott telepítés esetén az LFP gyakran az előnyben részesített lítium-ion kémia. A szélüzemű akkumulátorok gyakori részleges töltési és kisütési ciklusai olyan kémiát részesítenek előnyben, amely tolerálja a szabálytalan ciklusokat és a részleges töltési állapotokat. Itt kapja meg a helyét az LFP ciklusideje és hőstabilitása. A kémiát továbbra is a C-arány, a környezeti hőmérséklet, a hely, a tűzvédelmi előírások, a költségvetés és a célzott időtartam alapján kell ellenőrizni, ahelyett, hogy alapértelmezetten választanánk.
| Kémia | Legjobb illeszkedés | Fő korlátozás |
|---|---|---|
| LFP | A legtöbb helyhez kötött és elosztott szélenergia-tárolás | Magasabb előzetes költség, mint az ólom-savas akkumulátoroknál |
| Ólom-savas | Alacsony költségvetésű, egyszerű, hálózaton kívüli rendszerek | Alacsonyabb ciklusidő, karbantartás, alacsonyabb használható DoD |
| NMC | Helyszűkében lévő telepítések | Termikus megfutásvezérlés kritikusabb |
| Folyik | Hosszú távú tárolás | Nagyobb helyigény, magasabb rendszerkomplexitás |
A hőmérséklet határozza meg a kémiai teljesítményt és az élettartamot, mivel mind a nagyon hideg, mind a nagyon meleg körülmények csökkentik a használható kapacitást és felgyorsítják az öregedést. Az igényes hőmérsékleti környezetben lévő csomagok speciális hőkezelésre támaszkodnak, hogy a cellákat a hatékony ablakukban tartsák, ezt a témát részletesen tárgyaljuk a következő cikkben: a tárolós hűtés terén végzett munkánk ahelyett, hogy itt megismételnénk. Ellenőrizze a kémiai anyag névleges hőmérsékleti tartományát a telephely szélsőséges hőmérsékleteihez és a csomag hőszabályozásához képest, mert a megfelelő kémiai anyag a rossz hőszigetelő burkolatban is gyengén teljesít.
Szabványok és megfelelőségi ellenőrzések
A szélturbina akkumulátoros energiatároló rendszerére vonatkozó szabványok attól függenek, hogy a rendszer kicsi és hálózatról független, vagy hálózatra csatlakozik, és a megfelelő szabványok korai megnevezése megakadályozza a költséges megfelelési meglepetéseket a projekt későbbi szakaszában. Kis és elosztott szélturbinák esetén az IEC 61400 sorozat a turbinatervezést tárgyalja, a 2. rész a kis szélturbinákkal foglalkozik, a helyi villamosenergia-szabályozással együtt. Amint a rendszer csatlakozik a hálózathoz, vagy eléri a helyhez kötött kereskedelmi méretet, egy szélesebb körű szabványkészlet érvényesül. Az IEC 62933 az elektromos energiatároló rendszerek terminológiáját, tervezését és biztonságát tárgyalja. Az UL 9540 az UL 9540A tűzterjedési vizsgálati módszerrel a rendszerbiztonságot tárgyalja. Az NFPA 855 a helyhez kötött ESS telepítésekre, az UL 1741 az inverterekre, konverterekre és vezérlőkre, az IEEE 1547 pedig az elosztott erőforrások összekapcsolására vonatkozik. Az, hogy ezek közül melyik kötelező, a joghatóságtól, a rendszer méretétől, a kémiai összetételtől és az illetékes hatóságtól függ, ezért a feltételezés helyett ellenőrizze az alkalmazandó listát az adott telepítéssel kapcsolatban.
Gyakori hibák a széltárolás meghatározásakor
A szélenergia-tárolásban előforduló legköltségesebb specifikációs hibák az akkumulátornak a turbina adattáblájához való illesztésére vezethetők vissza, a valós termelési és terhelési adatok helyett. Mindegyik elkerülhető egy ellenőrzési lépéssel. A feszültségeltérés a legalapvetőbb: ha az akkumulátortelep feszültsége és a turbina vagy a vezérlő feszültsége nem egyezik meg, a rendszer nem fog működni. Ellenőrizze a feszültségosztályt a turbinán, a vezérlőn és a csomagon egyetlen láncként.
A gyakori erős széllökésekkel teli helyszíneken általában az elterelő vagy kisütési áramkör az első dolog, amit érdemes újra ellenőrizni. A teli akkumulátor, ahol nincs hová vezetni a felesleges energiát, gyakori oka a vezérlőhibáknak és a zavaró kioldásoknak. Egy másik visszatérő hiba az adattábla és a használható kapacitás közötti különbség figyelmen kívül hagyása. Ez egy olyan akkumulátort eredményez, amely papíron megfelelőnek tűnik, de a kisülési mélységi korlátok érvényesülése után nem éri el a tervezett autonómiát. A részletes elektromos csatlakozási és védelmi tervezés, beleértve a vezető méretezését, a megszakító koordinációját és a hálózati csatlakozás megfelelőségét, kívül esik a tárolási kiválasztási döntésen, és a telepítéshez tartozó engedéllyel rendelkező villamossági felülvizsgálathoz tartozik.
Következtetés
A szélturbina akkumulátoros energiatároló rendszerének kiválasztása három döntésen múlik: az architektúra illesztése a turbina teljesítményéhez, a teljesítmény és az energia külön méretezése a valós szél- és terhelési profilhoz, valamint egy olyan kémiai összetétel kiválasztása, amely ellenáll a ciklusos és hőmérsékleti viszonyoknak. Mindegyik egy helyspecifikus változón alapul, nem pedig egy univerzális számon.
A tárolóközeli hőtároló hardverekkel kapcsolatos munkánk során következetesen azok a rendszerek öregednek jól, amelyeket a valós töltési és kisütési szóráshoz méreteztek, nem pedig a névleges turbinateljesítményhez, és amelyek cellái szélcsendben és szélviharban is a hőablakukon belül maradnak. A tárolási specifikációhoz a feszültséglánc, a terhelés-kisütés egyezése, a használható és a névleges kapacitás, valamint a hőburok megerősítésével közelítünk hozzá, mielőtt bármilyen terméket kiválasztanánk. Ezek közül több projektszintű változó is marad, amelyek a széladatoktól, a terheléstől és a helyszíni körülményektől függenek, és ezeket a saját nyilvántartásainkkal összevetve kell ellenőrizni.
Ha a szélenergia-tárolási projektje már rendelkezik turbinaadatokkal és terhelési rekordokkal, a következő gyakorlati lépés az, hogy műszaki felülvizsgálatra vigye azokat. Lépjen kapcsolatba velünk a felülvizsgálat érdekében. akkumulátor hőszigetelő burkolata, a csomagolási körülményeket és az integrációs kockázatokat, amelyek befolyásolják a csomag élettartamát és biztonságát, és a méretezési és csatolási változókat a tényleges körülményekhez viszonyítva dolgozzuk fel.
GYIK
Hány kWh akkumulátoros tárolásra van szüksége egy szélturbinának?
A tárolási kapacitás a napi terheléstől és a kívánt üzemidő napoktól függ, nem a turbina adattábláján szereplő értéktől. A felhasználható energia meghatározásához szorozd meg a napi terhelést az üzemidő napok számával, majd oszd el a kisülési mélységhatárral és az inverter hatásfokával a névleges kapacitás meghatározásához. Ellenőrizd az értéket a valós szél- és terhelésadatokkal.
Szükségesek-e a szélturbináknak tehermentesítés?
Sok kisebb, hálózaton kívüli szélturbina, különösen az állandó mágneses típusok, elterelést vagy terheléscsökkentést igényelnek, hogy a felesleges energiának legyen hová mennie, amikor az akkumulátor fel van töltve. A nagyobb, hálózatra csatlakoztatott turbinák ehelyett bólintásszabályozást, fékezést vagy korlátozást használhatnak, így a terheléscsökkentés szükségessége a turbinától és az architektúrától függ.
DC-csatolt vagy AC-csatolt tárolást válasszak?
Az egyenáramú csatolású tárolás új, hálózaton kívüli és elosztott telepítésekhez alkalmas, mivel közvetlenül, kevesebb átalakítási veszteséggel tárolja az egyenirányított turbina teljesítményét. Az AC-csatolású tárolás a meglévő hálózatra kapcsolt rendszerek utólagos beépítéséhez is alkalmas, további átalakítási fokozatok árán. A választás attól függ, hogy újat építünk, vagy bővítünk.
Az LFP vagy az ólom-savas akkumulátor jobb szélenergia-tároláshoz?
Az LFP a legtöbb szélerőmű-telephez illeszkedik, mivel tolerálja a szél gyakori részleges ciklusait, és ellenáll a hőmérséklet-ingadozásoknak. Az ólom-savas akkumulátorok főként ott relevánsak, ahol a kezdeti költségek meghatározzák a vásárlást, és a rendszeres karbantartás elfogadható.
Milyen szabványok vonatkoznak a szélturbinák akkumulátoros energiatároló rendszereire?
Kis szélerőművek esetén az IEC 61400 sorozat és a helyi villamossági előírások a kiindulópontot jelentik. A hálózatra csatlakoztatott és helyhez kötött kereskedelmi rendszerek az IEC 62933, UL 9540 és UL 9540A, NFPA 855, UL 1741 és IEEE 1547 szabványok hatálya alá is tartozhatnak. A kötelező lista a mérettől, a joghatóságtól és az illetékes hatóságtól függ.
