Створіть резервну копію системи сонячних панелей за допомогою дизельного генератора. Комплект сонячних панелей

Інтеграція систем зберігання енергії з дизельними електростанціями у віддалених громадах

У цьому документі висвітлюються унікальні виклики та можливості щодо використання систем зберігання енергії у віддалених громадах, що самодостатньо розвиваються. Енергоменеджмент таких територій має унікальні проблеми. Дизельне виробництво часто є основним джерелом енергії в цих сценаріях, але ці системи не позбавлені проблем. Без спеціальних бригад технічного обслуговування, як у великих, взаємопов’язаних мережах, незначні перебої можуть бути частими і шкідливими не тільки для тих, хто втрачає електроенергію, але і для тих, хто повинен потім усувати будь-які несправності. Хоча безпосередні фінансові вигоди, можливо, не є очевидними, зберігання енергії можна використовувати для вирішення проблем, пов’язаних з надійністю, автоматизацією, постачанням палива, деградацією генератора, утилізацією сонячної енергії і, так, витратами на паливо, якщо назвати лише деякі з них. Ці ідеї показані на прикладі села Левелок на Алясці. В даний час громада стикається з високими цінами на дизельне паливо і складним ланцюжком поставок, що робить тимчасові втрати електроенергії дуже поширеними, а скорочення споживання палива. дуже важливим. У цьому дослідженні ми розглянемо переваги, які система зберігання енергії може принести загальному терміну служби системи, витратам на паливо та надійності електропостачання. Розглянуто змінну ефективність генераторів, вплив процесу запуску/вимикання та проблеми роботи при низькому навантаженні. Технологічні переваги комбінованої системи будуть досліджені для різних сценаріїв майбутніх витрат на обслуговування/заміну дизельного палива та технологій, а також для уникнення перебоїв в електропостачанні, які так часто трапляються в суспільстві в даний час.

Графічна анотація

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Обговорення

У деяких випадках зберігання енергії може стати засобом сприяння енергетичній справедливості, підвищуючи надійність електропостачання віддалених громад до рівня, близького до того, який відчуває середній міський споживач, при менших витратах порівняно з розбудовою ліній електропередач. Крім того, енергетична справедливість являє собою вигоду, яку важко оцінити кількісно, що досягається шляхом інтеграції систем накопичення енергії в ізольовані енергосистеми громад з недостатнім енергопостачанням, що свідчить про те, що фінансові аспекти таких проектів повинні бути поставлені під сумнів в якості основного критерію ефективності. Щоб поліпшити оцінку систем зберігання енергії для дизельних енергосистем, аналіз інтеграції повинен бути цілісним і виходити за рамки економії палива, щоб охопити всі можливі потоки створення вартості.

Вступ

Хоча більшість споживачів електроенергії отримують енергію від великих регіональних мереж електропостачання, є багато віддалених населених пунктів, включаючи невеликі сільські 1 та острівні 2 громади, які повинні забезпечувати себе електроенергією за рахунок місцевих генеруючих активів. У цих випадках місцева електроенергетична система (ЕЕС) зазвичай базується на дизельних генераторах, але може також включати відновлювані джерела енергії, такі як сонячна, вітрова або гідроенергія. 1,2,3,4,5,6 Коли одна або кілька таких технологій поєднуються з певною формою зберігання енергії, такі системи називаються гібридними енергетичними системами (ГЕС). У малих та віддалених ТЕС витрати на електроенергію часто є високими, якість електроенергії незадовільна, а логістика постачання палива та обслуговування обладнання є складною. 7 Тому рішення, які можуть продовжити термін служби обладнання та зменшити витрати, можуть мати значний вплив на місцеве населення.

Системи накопичення енергії (ESS) можуть відігравати особливо важливу роль у системах, первинне джерело енергії яких є неконтрольованим або переривчастим, наприклад, в енергосистемах, які значною мірою покладаються на недиспетчеризовані джерела відновлюваної енергії. Гнучкість і керованість ESS, які можуть поглинати або впорскувати енергію в мережу, можуть допомогти збалансувати переривчасту генерацію та коливання навантаження. Крім того, швидкодіючі накопичувачі, такі як акумуляторні накопичувачі (BESS), можуть забезпечувати резерви, регулювати частоту системи, зміщувати час роботи відновлюваної генерації, підвищувати стійкість мережі та допомагати дотримуватися експлуатаційних обмежень джерел генерації, і це лише деякі з їхніх переваг, 4, 8, 9 і багато хто зосередився на застосуванні ESS для відновлюваних електромереж.

Однак, ТЕС на викопному паливі також можуть отримати вигоду від гнучкості зберігання енергії, особливо у віддалених місцях. У багатьох ізольованих громадах дизель-генератори (ДГ) безперервно постачають електроенергію для змінних у часі навантажень, які можуть бути дуже мінливими при обмеженій агрегації навантаження. Часто це призводить до необхідності роботи генераторів в неоптимальних робочих точках протягом деякого часу. Інтеграція з BESS може зменшити споживання палива, дозволяючи генераторам частіше працювати в найбільш ефективній робочій точці. У розділі 1 було запропоновано схему мінімізації споживання палива для ГЕС, що складається з ДГ та акумулятора для живлення сільських будинків та базових приймально-передавальних станцій. Ця робота показала, що чергування роботи генератора в найбільш паливно-ефективній точці з одночасною зарядкою акумулятора та відключенням генератора для живлення навантажень виключно за допомогою BESS може зменшити щоденне споживання палива на 6-8%. BESS також використовуються для забезпечення прядильних запасів для самодостатніх громад. 4

Функціональність BESS має свою ціну, однак. Незважаючи на значне скорочення витрат завдяки електромобілям, 10 інвестиції в BESS все ще можуть бути дорогими. Крім того, контроль та управління BESS може бути складним, особливо якщо ємність батареї обмежена, і має включати алгоритми прогнозування для максимізації вигод. 11 Для збалансування витрат і вигод від BESS запропоновано алгоритми оптимального вибору розмірів. Ці методи, як правило, базуються на математичних алгоритмах оптимізації, таких як змішане цілочисельне лінійне програмування (MILP) 1, 4, 8, 9 або евристиках, таких як генетичні алгоритми. 5

У цій статті ми представляємо внесок у моделювання ГЕС, що містять BESS, відновлювані джерела енергії та дизельну генерацію, з використанням підходу квадратичного програмування зі змішаними цілими числами (MIQP). Ми визначили та проаналізували чотири потоки доходів, які є актуальними для віддалених громад: підвищення надійності, економія палива, зниження витрат на експлуатацію та обслуговування (ЕО) та відтермінування заміни генераторів. Ми включаємо моделі для експлуатаційних обмежень дизельних електрогенераторів, які відповідають галузевим стандартам експлуатації, оптимального розміру BESS і терміну служби системи. Крім того, ми пропонуємо індекси, які допоможуть спрогнозувати значення BESS та пояснити результати оптимізаційних рішень. Для ілюстрації важливості цих нововведень представлено тематичне дослідження самодостатньої та електрично ізольованої громади, села Левелок на Алясці, яке було екстрапольоване, щоб показати, як ці результати можуть бути застосовані до інших віддалених ЕЕС.

Оцінка застосування систем зберігання енергії

Існує багато застосувань, в яких зберігання енергії може мати вплив на віддалені ЕЕС. Тут ми розглянемо основні переваги, які можуть бути отримані від BESS, і як оцінити потенційний вплив.

Підвищення надійності

Перерви в електропостачанні, як правило, спричинені відмовами компонентів ЕЕС, спрацюванням захисного обладнання або ручним керуванням з боку операторів систем. Перебої завдають споживачам фінансових і нематеріальних збитків, серйозність яких залежить від таких факторів, як частота перебоїв, їхня тривалість і тип споживачів, які страждають від них. 12

Зменшення витрат на перерви зазвичай досягається за рахунок інвестицій у зміцнення ЕЕС. Наприклад, підземні лінії електропередач менш вразливі до погодних явищ, ніж повітряні, а для зменшення перебоїв в електропостачанні можуть бути встановлені системи резервного живлення від акумуляторів. 12 Зі збільшенням інвестицій у надійність, їх вартість зрештою перевищує вигоди, які вони надають. Розумна інвестиційна стратегія повинна мінімізувати загальні витрати, пов’язані з надійністю. 13

Надійність енергосистеми можна виміряти за допомогою індексу середньої тривалості перерв у роботі системи (SAIDI) та індексу середньої частоти перерв у роботі системи (SAIFI), які розраховуються на основі тривалості та частоти перерв у наданні послуг 14 :

де \(K\). кількість відключень протягом року, \(_\). кількість постраждалих споживачів під час \(i\).го відключення, \(_\). тривалість \(i\).го відключення системи, і \(_\). кількість споживачів, що обслуговуються системою.

Точно оцінити вартість перебоїв і вигоди від інвестицій в надійність досить складно. У той час як побутові споживачі зазвичай відчувають незначні незручності від короткочасних перебоїв, подібні події можуть змусити промислових споживачів перезапустити виробничі процеси. Прямі витрати клієнта на переривання використовуються для вартісного планування надійності і можуть бути оцінені за допомогою різних методів. 13 Методи, засновані на опитуваннях, є найбільш надійними, але їх проведення часто є дорогим. Крім того, існують бази даних та інструменти для оцінки вартості перерв, такі як калькулятор оцінки вартості перерв (Interruption Cost Estimation, ICE). 15 Враховуючи показники надійності та характеристики навантаження, можна оцінити покращення показників надійності від вдосконалення системи та оцінити потенційну економію від проекту за допомогою цих інструментів.

Використання палива

Однією з головних цілей впровадження BESS в будь-яку дизельну СЕП є зменшення споживання палива. За винятком загального зниження навантаження, єдиним способом зменшити споживання палива є підвищення ефективності використовуваних РП. Це можна зробити шляхом додавання BESS, заряджаючи та розряджаючи систему в міру необхідності для оптимізації робочої точки ДГ. Приклад кривої залежності вихідної потужності від ефективності РГ показано на рис. 1.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Генератори, як правило, працюють більш ефективно, коли їхня номінальна потужність близька до номінальної. Правильно підібрана батарея може слугувати буфером для згладжування коливань попиту, в той час як генератор залишається в оптимальній робочій точці. Коли попит низький, а батарея достатньо заряджена, генератор можна повністю вимкнути, поки батарея підтримує навантаження. 1

Однак, ефективність цієї стратегії сильно залежить від мінливості попиту і від того, наскільки сильно змінюється ефективність генератора в залежності від вихідної потужності. Крім того, оскільки ESS не виробляють електроенергію, масштаб навантаження відносно потужності генератора переважно визначатиме, наскільки ефективно він може працювати, якщо тільки батарея не є достатньо великою, щоб повністю підтримувати попит на електроенергію протягом тривалих періодів часу.

Оцінка ESS часто ставиться як оптимізаційна задача з функцією витрат, що визначається фінансовими показниками даного сценарію, та відповідними обмеженнями, що відображають фізичні обмеження системи. 9 Часто для представлення заданого сценарію оптимізації використовується лінійне програмування або MILP. Зазвичай, генерація електроенергії розглядається як зовнішній вхід, а час диспетчеризації ESS оптимізується для мінімізації витрат для даного ринкового сценарію (e.g., мінімізація пікової потужності).

При оцінці використання накопичувачів енергії для зменшення споживання палива від пов’язаного з ними ДГ, функція витрат повинна включати споживання генераторного палива, оскільки це основні операційні витрати. Це означає, що необхідно додати обмеження, щоб відобразити споживання палива з вихідною потужністю генератора(ів). Однак, на відміну від багатьох інших сценаріїв оцінки ESS, припущення щодо фіксованої ефективності для генераторів є недостатніми, оскільки метою є використання різниці в ефективності в робочому діапазоні. Це питання буде розглянуто далі в розділі, присвяченому конкретним прикладам.

Незалежно від цього, очікується кілька основних тенденцій у застосуванні ESS з ДГ. По-перше, ESS буде найбільш ефективною для зменшення споживання палива, коли є значні коливання у навантаженні. У випадку високої мінливості попиту двигуни внутрішнього згоряння, що працюють поодинці, будуть змушені працювати на великій ділянці свого номінального робочого діапазону, а це означає, що буде потрібна певна низькоефективна робота, якщо не буде створено буфер між навантаженням і генерацією (e).g., було використано акумуляторну батарею).

По-друге, економія палива, яку можна отримати, обмежена розміром батареї. Якщо навантаження вимагатиме тривалої роботи в низькоефективному робочому діапазоні генератора, знадобиться більша батарея для обслуговування періодів низької ефективності або заряджання протягом значної кількості часу, щоб змістити робочі точки генератора на більш ефективний рівень. Це дозволяє припустити, що концепція, подібна до концепції коефіцієнта гібридизації (HF), значення, що поєднує максимальну потужність батареї та генератора, знайдена в деяких дослідженнях гібридних електромобілів (HEV), буде актуальною і для досліджень HES. Лукіч та ін. виявили, що покращення паливної економічності пов’язане як зі схемою керування, що використовується для диспетчеризації системи генератор/батарея, так і з ВЧ, яку вони визначили наступним чином 17 :

де PEM. це номінальна потужність електричних компонентів і PДВЗ. це номінальна потужність двигуна внутрішнього згоряння. Вони виявили, що збільшення HF покращує економію палива до певного моменту, після якого подальше збільшення не дає додаткових переваг.

Подібні тенденції можна очікувати і у випадку електропостачання для ізольованих громад, з деякими ключовими відмінностями. Номінальні показники потужності компонентів є більш важливими, ніж енергетичні показники в гібридних електромобілях, оскільки рушійні навантаження мають великі коливання і значна частина енергії, що використовується для прискорення, зберігається у вигляді кінетичної енергії, яка може бути відновлена за допомогою рекуперативного гальмування. Для мікромереж, які не мають порівнянних інерційних накопичувачів, енергетичний рейтинг також є важливим фактором, і “гібридизацію” слід масштабувати з точки зору потужності та енергії, щоб оцінити різні конструкції.

Таким чином, існує певна потреба у кількісному визначенні змін у попиті, який система повинна підтримувати, щоб оцінити потенціал економії за певним сценарієм. З цією метою ми пропонуємо використовувати коефіцієнт енергетичних можливостей (EOR) на основі очікуваного профілю навантаження:

де Pmax, eff. це вихідна потужність генератора при максимальному заданому значенні ККД, а Pdem. споживана потужність. EOR, як визначено тут, масштабує кількість енергії, яку потрібно буде постачати від максимальної заданої точки ефективності генераторів (Eнизький ККД) до загальної потреби системи в енергії за певний період часу (Eдем).

По суті, EOR припускає, що якщо електроенергію потрібно буде постачати неефективно протягом значного проміжку часу, то потенціал економії палива від гібридизації батарей збільшується. У випадку обслуговування енергосистеми для віддалених населених пунктів, ЕОР слід розглядати в кожному конкретному випадку окремо, і, ймовірно, існує потенціал для покращення за допомогою ЕС у наступних ситуаціях:

  • (1) Високо мінливий попит на електроенергію в мережі
  • (2) Дизельна генерація використовується для підтримки нарощування навантаження
  • (a) У цьому випадку попит, ймовірно, буде спорадичним і охоплюватиме діапазон потужностей генераторів загального користування.
  • (a) Це може бути спричинено невідповідністю внаслідок зміни архітектури мережі, нечастих навантажень або зменшення навантаження після придбання генераторів
  • (b) Це також може бути результатом вибору розміру генератора для нечастого, але важливого найгіршого сценарію
  • (a) Вітер і сонячна енергія особливо збільшують мінливість
  • (b) Генератори, що використовуються для резервного живлення з іншим базовим навантаженням (д).g., гідро 4. 6 ) часто може також приносити вигоду.

ОВНП враховує всі ці моменти, якщо досліджується чиста потреба в електроенергії для РП, включаючи внесок альтернативних джерел електроенергії. Корисність цього розрахунку для попереднього відбору сценаріїв попиту буде показано в розділі тематичних досліджень у цьому документі.

Максимізація заощаджень від сонячних та вітрових установок

Потенціал економії палива лише за рахунок гібридизації BESS часто є обмеженим. Наприклад, тематичне дослідження для передової оперативної бази на 600 осіб показало, що споживання дизельного палива зменшиться лише приблизно на 3% за умови оптимальної диспетчеризації ESS у поєднанні з ДГ. 18 Однак, вітрова та сонячна генерація може значно зменшити споживання палива, а поєднання ЕС з цими ресурсами може ще більше збільшити їх вплив. Зі зниженням вартості як вітрової, так і сонячної енергії, комбіновані системи виробництва електроенергії з ВДЕ та дизельних двигунів вже розгортаються або розглядаються для віддалених населених пунктів у різних кліматичних зонах. 19. 20 Однак, проникнення ВДЕ часто обмежується, щоб уникнути недовантаження ГД та збільшення їх зносу, особливо в холодному кліматі. Цим ефектам можна протидіяти за допомогою ЕС, щоб збільшити можливість розміщення ВДЕ без пошкодження РГ. Як результат, якщо віддалена громада розглядає можливість використання значної кількості відновлюваних джерел енергії для забезпечення своїх потреб в електроенергії, слід розглянути можливість поєднання з ESS, щоб збалансувати операції та дозволити встановити більше відновлюваних джерел енергії без проблем з низьким навантаженням на загальну мережу. Це буде розглянуто далі в наступному тематичному дослідженні.

Подовження терміну служби генератора та зменшення витрат на ОМ

Генераторні установки, які функціонують як основне джерело електроенергії для ізольованої громади, повинні працювати безперервно і забезпечувати електроенергією змінні навантаження. Цей режим роботи відповідає визначенню номінальної потужності (PRP), описаному в стандарті ISO 8528-1. 21. 22 Цей стандарт визначає експлуатаційні обмеження, яким повинні відповідати генератори.

Якщо попит на електроенергію в громаді є дуже мінливим або потужність генерації повинна бути розрахована на пікові навантаження, які значно перевищують типове навантаження, потенційна цінність ESS зростає. Це не тільки через потенціал скорочення споживання палива. Існує також ряд проблем деградації, пов’язаних з роботою ДГ на “високому холостому ходу” (низьке навантаження/низька температура), які необхідно враховувати. 23. 24

Низьке навантаження (30% або менше від максимальної безперервної номінальної потужності (MCPR)) та/або експлуатація ДГ зі змінним навантаженням може вплинути на деградацію, піддаючи ДГ впливу неідеальних умов, таких як нижчі робочі температури та нижчий тиск у циліндрах. 25 Оптимальні умови експлуатації найлегше підтримувати в діапазоні від 40 до 80% від MCPR генератора. Якщо робота на низькому навантаженні необхідна протягом тривалого періоду, робота на високому навантаженні (80%-90% MCPR) може протидіяти деяким негативним наслідкам роботи на низькому навантаженні. 26 Наприклад, компанія Caterpillar рекомендує завантажувати генератори принаймні на 30% протягом 30 хвилин на кожні чотири години, проведені при екстремально низькому навантаженні. 25 Однак великі коливання навантаження можуть збільшити механічні навантаження на колінчастий вал, якщо відбувається уповільнення. Якщо робота з низьким навантаженням відбувається часто, утворення шламу, вологе укладання та втрата ефективності через видування продуктів згоряння є основними проблемами, серед інших, що викликають занепокоєння. 23 Негативні викиди також викликають занепокоєння при низьких навантаженнях. 24

Це відомі проблеми, і багато методів корекції використовуються в промисловості протягом десятиліть, такі як збільшення протитиску, модуляція потужності, попередній підігрів впуску та рециркуляція вихлопних газів, щоб назвати декілька з них. 23 Модуляція потужності, зокрема, або “штучне” збільшення навантаження на генератор до прийнятного мінімального рівня, є одним із поширених підходів. Банки навантаження часто використовуються для збільшення навантаження на генератор, щоб уникнути проблем мокрого укладання 27 шляхом активації резистора, коли навантаження генератора падає нижче деякого заздалегідь визначеного мінімального рівня. Хоча це дозволяє уникнути додаткових проблем, пов’язаних з деградацією, це відбувається за рахунок збільшення споживання палива. ESS може забезпечити цю перевагу без надмірного збільшення споживання палива, використовуючи генератор для зарядки, щоб уникнути недовантаження та розрядки під час підвищеного попиту. З іншого боку, якщо ESS достатньо велика, вона може повністю підтримувати навантаження, коли генератори відключені.

Однак, слід ретельно розглянути вплив потенційних змін на експлуатаційні параметри. Наприклад, ефекти холодного запуску є проблемою зносу в екстремально холодних умовах, а планування операцій, що включають часті вимкнення через наявність акумулятора, може прискорити старіння генератора. Нижчі температури навколишнього середовища можуть збільшити щільність повітря на вході та вихідну потужність, але також зменшити пікові тиски та температури стиснення. У поєднанні із затримками впорскування палива, швидкість самозаймання може погіршитися, що потенційно може призвести до несправностей. Крім того, тривала низькотемпературна робота може сприяти утворенню залишків у картері, потенційно блокуючи систему продувки і створюючи надлишковий тиск у картері. 25 Якщо передбачена диспетчеризація ЕС змінює роботу для збільшення кількості холодних запусків в особливо холодних умовах навколишнього середовища, слід подбати про те, щоб загальна вартість системи, включаючи технічне обслуговування, в кінцевому підсумку не погіршилася з додаванням ESS.

Однак, при правильному виборі розміру та контролі, ESS може бути використана для продовження терміну служби та зменшення технічного обслуговування дизельних систем у сценаріях, де експлуатація є неоптимальною. Багато виробників вказують не тільки належний робочий діапазон своїх пристроїв відносно номінальної потужності системи, але й кількість часу за межами цього діапазону, який можна витримати без пошкоджень. Це призводить до аналогічного розгляду альтернативних витрат, який може допомогти оцінити потенціал ЕС для уникнення цих проблем. Тут ми додатково визначаємо коефіцієнт використання малої потужності LOR наступним чином:

де Plow. бажана нижня межа генератора. LOR, як визначено тут, масштабує кількість енергії (Eмалої потужності), яку потрібно було б подати з вихідною потужністю нижче Pнизької потужності) до загальної потреби системи в енергії за певний період часу (Eдем). Часто Pнизький рівень визначається як 30% від номінальної потужності генератора. Хоча деяка кількість часу зазвичай може бути витрачена нижче цієї межі, якщо значна кількість часу проводиться при високих навантаженнях, 26 якщо значна частина годин роботи генератора при низькому навантаженні буде необхідна, потенціал використання ЕС для відновлення втраченого палива (через низьку ефективність роботи або використання банку навантажень) та уникнення прискореного старіння збільшується, як і для LOR.

Кількісна оцінка потенційної вартості проекту

Рішення про інвестування в BESS може бути оцінене з точки зору фінансових вигод, які вона може запропонувати, і збалансоване з вигодами інших варіантів. Для подальшого аналізу припускається, що СЕС потребує модернізації і є два взаємовиключних варіанти інвестицій: (1) заміна всіх ДГ на нові генератори тієї ж потужності та (2) встановлення на один новий генератор менше і BESS менше. Для тематичних досліджень у цій роботі основним критерієм оцінки є теперішня вартість (PV) виноска 1 проектних витрат. PV. це метод дисконтованих грошових потоків, який оцінює вартість, додану інвестиціями протягом певного періоду часу (e.g., \(N\) років) з урахуванням заданої ставки дисконтування ((r\) ) та очікуваних грошових потоків ((C_\) ). 28 Виноска 2

Ми моделюємо грошові потоки \(C_\) для кожного року \(y\) як різницю між доходами та капітальними витратами (CAPEX), а також витратами на ОП проекту. Щоб обмежити обсяг аналізу, ми не розглядали доходи комунальних підприємств від виставлення рахунків споживачам. Натомість ми зосередимося на експлуатаційних витратах альтернативних проектів для ізольованої електричної системи. Таким чином, перевага одного проекту по відношенню до іншого характеризується з точки зору PV економії витрат протягом всього терміну експлуатації проекту. Виявлені потоки надходжень. це скорочення витрат на паливо, скорочення витрат на ТО, відтермінування заміни генератора та підвищення надійності. Примітка 3 PV обох варіантів слід порівняти, щоб оцінити, який з них буде найкращим використанням капіталу і призведе до найнижчих операційних витрат протягом часового горизонту.

Почнемо з розгляду PV інвестиційного варіанту (1), i.e., витрати системи, що живиться виключно від \(_\) ДГ:

де, \(_\) : PV проекту тільки для генераторів ; \(_\) : вартість придбання нового генератора \(g\). лінійна функція номінальної потужності (кВт); \(_\): вартість заміни або капітального ремонту ДГ \(g\); \(_\): витрати на паливо за рік \(y\); \(_\): витрати на обслуговування системи за рік \(y\). функція номінальної потужності (кВт) та виробітку (кВт-год); \(_\) : очікуваний термін служби генератора (години); \(_\) : коефіцієнт використання потужності генератора \(g\) (години/рік); \(N\) : кількість років, що розглядаються в аналізі.

ЧТВ витрат інвестиційного варіанту (2) дещо відрізняється через різницю у вартості встановлення, а також зміни у споживанні палива та витратах на ТО:

де \(_\) : теперішня вартість проекту з BESS ; \(_\) : капітальні витрати на BESS. лінійна функція номінальної потужності (кВт) та енергоємності (кВт-год); \(_^^\prime\): відкладені витрати на заміну або капітальний ремонт РП \(g\); \(F_ ^\prime\): витрати на паливо для системи з BESS в рік \(y\); \(O_ ^\prime\) : витрати на обслуговування системи з BESS за рік \(y\) ; \(_^^\prime\) : коефіцієнт використання потужності генератора при роботі з BESS (год/рік).

Оскільки обидва проекти є взаємовиключними, ми повинні отримати метрику, щоб визначити, який з них є кращим. Віднімання (7) від (8) дає

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Наведене вище рівняння є кількісним критерієм для прийняття рішення про те, який проект є найкращим. Якщо (9) є позитивним, то проект з BESS має меншу вартість і повинен бути обраний. Якщо вона є від’ємною, то найкращим вибором буде використання лише ДГ.

Відтермінування заміни генератора

Очікуваний термін служби ДГ залежить від декількох факторів, включаючи коефіцієнт навантаження, застосування, графік технічного обслуговування та інші. Для цього аналізу очікуваний термін служби ДГ становить 25 000 годин. 29 Експлуатація ДГ в тандемі з BESS може скоротити час перебування генераторів в мережі, що дозволяє відкласти інвестиції в заміну або капітальний ремонт генераторів. Економічні показники цієї інвестиції подібні до показників відтермінування модернізації лінії електропередач. 9 Приведену вартість інвестицій у відтермінування заміни генератора можна оцінити наступним чином:

Нелінійність цього варіанту економії є занадто серйозною, щоб додавати її до алгоритму оптимізації MIQP, але це не означає, що вигоду від скорочення годин роботи генератора не можна додати до процедури оптимізації. Замість цього можна використати простіший лінійний штраф на основі часу роботи генератора (див. (11) у наступному розділі).

Тематичне дослідження цінності ЕС для села Левелок на Алясці

Застосування представленого вище аналізу буде представлено на прикладі села Левелок на Алясці. Село забезпечується електроенергією виключно від ДГ, які виявилися ненадійними та дорогими, з витратами на паливо на 20% вищими, ніж в середньому по країні. Таким чином, у суспільстві існує постійний інтерес до підвищення надійності та зменшення експлуатаційних витрат на об’єкти електроенергетики.

Електростанція обслуговує 40 житлових та 38 нежитлових споживачів. Для покриття пікового навантаження 94 кВт та забезпечення резервування системи існуюча енергосистема має 3 ДРП: один номінальною потужністю 100 кВт та два номінальною потужністю 67 кВт. Ця конфігурація з резервуванням може впоратися з піковим навантаженням, навіть якщо один з блоків не працює. У цьому дослідженні розглядаються відносні фінансові вигоди двох варіантів модернізації/оновлення існуючої системи:

  • 1. Заміна всіх трьох генераторів на нові з такою ж номінальною потужністю;
  • 2. Заміна системи двома новими генераторами та BESS.

Порівняння цих двох варіантів буде показано, щоб підкреслити вплив BESS. Для цього дослідження було обрано літій-іонні батареї через їхню вищу технологічну зрілість та модульність, що дозволяє їх швидко доставляти та розгортати на практиці.

В економічному аналізі було оцінено чотири потенційні потоки надходжень від впровадження BESS:

  • 1. Зменшення витрат, спричинених перебоями в обслуговуванні.
  • 2. Витрати, яких вдалося уникнути завдяки скороченню споживання палива.
  • 3. Зменшення витрат на ОЗ генератора завдяки використанню BESS.
  • 4. Відтермінування інвестицій у генератори.

Ми проаналізуємо вплив цих потенційних потоків надходжень в контексті поточного навантаження села, а також представимо наслідки для інших сценаріїв в наступних розділах.

Проблеми надійності та покращення з BESS

Історично мешканці села повідомляли про 3-4 перебої в електропостачанні на місяць, але останнім часом кількість перебоїв збільшилася через поганий стан генераторів. Дані, зареєстровані протягом 163 днів, зафіксували 69 перерв в електропостачанні загальною кількістю 9.97 годин перерваного обслуговування; 30 з них були тривалими перервами загальною тривалістю 7 годин.93 h. Примітка 4 Якщо екстраполювати ці дані на цілий рік, то річні індекси SAIFI та SAIDI становитимуть 67.23 та 17.76 h (1065.59 хв), відповідно. Примітка 5 Ці показники значно перевищують середні показники для США та штату Аляска у 2019 році 30, наведені в Таблиці 1. Гістограма з тривалістю цих перерв в електропостачанні показана на рис. 2.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Аналіз рис. 2 показує, що 95% зареєстрованих переривань тривали менше 35 хв і близько 87% з них були коротшими за 15 хв. Лінійна інтерполяція часових рядів була використана для оцінки необслуговуваного навантаження під час перерв в електропостачанні, що детально представлено на рис. 1. 3. Перший графік (Рис. 3а) показано двовимірну гістограму необслуговуваного навантаження (в кВт-год) та пікової потужності (кВт) всіх перерв, зафіксованих за період, отриману шляхом дискретизації діапазону цих змінних у двовимірних комірках, а потім підрахунку частоти цих збоїв, яка представлена у кольоровому коді. Двовимірний розподіл ймовірності кумулятивної маси вибірки (рис. 3b) було отримано з цієї двовимірної гістограми. Контурні лінії цього другого графіка дозволяють визначити розмір BESS, здатної забезпечити резервну потужність та енергію для заданої частки зафіксованих перерв в електропостачанні.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Зменшення витрат за рахунок підвищення надійності

Автоматизація може покращити показники надійності за рахунок швидкого відновлення обслуговування. Електростанція не є постійно обслуговуваною, тому для ручного перезапуску системи генерації часто необхідна поїздка. Точна кількісна оцінка підвищення надійності з точки зору покращення SAIFI та SAIDI є дуже складним завданням, оскільки причини перебоїв в електропостачанні не до кінця відомі.

Резервна ДБЖ повинна мати запас енергії для відновлення роботи після виявлення відключення електроенергії. Бажану резервну потужність для цільового підвищення надійності можна оцінити, використовуючи історичну інформацію про перерви в електропостачанні. Покриття 100% всіх зафіксованих відключень потребувало б системи, більшої за 71.24 кВт та 54.62 кВт-год, максимальне оцінене пікове навантаження та енергія, що не обслуговується. Якщо досягнуто компромісу між надійністю та вартістю, можна використовувати меншу систему. Наприклад, система потужністю 70 кВт/11 кВт-год матиме достатньо потужності для резервного копіювання понад 95% зареєстрованих перебоїв (див. рис. 3) та достатньої енергії для усунення середнього 15-хвилинного переривання електропостачання. Ця BESS зменшить SAIDI до 10.87 h (652.13 хв) і SAIFI до 17.93. У таблиці 1 показано порівняння з U.S. та середні значення для Аляски.

Маючи додаткові дані з села, можна використовувати калькулятор ICE 15 для оцінки економії витрат на підвищення надійності, як показано в Таблиці 2.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Це було змодельовано в алгоритмі з використанням коефіцієнтів найкращих ліній тренду для кожного генератора як квадратичних функцій:

де A2 і A1. квадратичні та лінійні коефіцієнти другого порядку апроксимації кривих ефективності генератора, як показано на рис. 4.

Були накладені додаткові обмеження, що визначають бажані експлуатаційні обмеження генератора, щоб уникнути прискореної деградації через вологе укладання на нижньому кінці або перевантаження:

Ці обмеження гарантують, що якщо генератор активний, його потужність залишається між \(_\) і \(_\) відсотками від його номінальної потужності. Для цього прикладу \(_\) було встановлено на 30%, щоб уникнути проблем мокрого укладання, і \(_\) на 110%, щоб дозволити деяке перевантаження відповідно до специфікацій виробників. Крім того, виробники вказали, що середня вихідна потужність повинна залишатися нижче 70% від номінальної потужності протягом 12-годинного вікна. Додаткові обмеження були накладені для розрахунку середньої потужності за цей проміжок часу для кожного генератора і забезпечення того, щоб вона не перевищувала 12-годинне середнє обмеження:

Оптимізація диспетчеризації була виконана для кожного місяця. Інше обмеження забезпечило безперервність між місяцями шляхом забезпечення 50% заряду в першій годині кожного місяця. Квадратична програма зі змішаними цілими числами була написана на Python з використанням PYOMO 32 і розв’язана за допомогою Gurobi. 33

Додаткові припущення

Дослідження виконано в припущенні ідеального передбачення навантаження. Це означає, що результати є математично оптимальними з точки зору продуктивності системи і представляють верхню межу потенціалу економії витрат. Через труднощі з точною кількісною оцінкою доходів від підвищення надійності, були розглянуті лише потоки доходів від економії палива та відтермінування заміни генераторів.

Необхідно також зробити припущення щодо витрат. Основним джерелом ризику в майбутньому для дизельної генерації є ціна на дизельне паливо. Враховуючи, що економія витрат, яка досягається за рахунок узгодженої роботи дизельної генерації та BESS, може бути незначною (e.g., 5% від споживання палива), ціна на паливо стає надзвичайно актуальною. Для цього дослідження ми використовували історичні витрати на паливо, наведені операторами систем Levelock (приблизно 3.65/Гал), але ця вартість може значно зрости в найближчі роки, виходячи з Щорічного енергетичного прогнозу (AEO) на 2020 рік, підготовленого Управлінням енергетичної інформації (EIA), рис. 5:

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Базова вартість палива значно нижча, ніж та, яку можна отримати в Лелоку, але в майбутньому вона може значно зрости або зменшитися, як показано на рисунку. Те ж саме можна сказати і про батареї. Наступний аналіз базується на поточних номінальних цінах. Майбутні зміни цін, звичайно, можуть змінити наведені нижче економічні вигоди, але тенденції, ймовірно, залишаться незмінними. На вигоди також впливає навантаження, що обслуговується, і в деяких випадках BESS матимуть більший вплив, ніж в інших. Щоб підкреслити ці тенденції, ми проаналізуємо декілька різних випадків навантаження з різними “коефіцієнтами можливостей”, як було представлено вище. Нижче ми покажемо застосовність BESS у парі з дизельною генерацією у цих різних сценаріях.

Випадок I: Базовий сценарій для села Леледок

Ми почнемо з аналізу впливу BESS на споживання палива та години роботи генератора при поточному профілі навантаження в селі Лелок. У цьому базовому сценарії основна вигода від батареї полягатиме у скороченні часу роботи генераторів, фактично за рахунок збільшення споживання палива. Це пов’язано з тим, що навантаження в селі є досить стабільним, з дуже невеликою кількістю часу, коли попит є меншим за межу мокрого укладання найменших генераторів. Таким чином, EOR та LOR за цим сценарієм дорівнюють 0.393 та 0.00011, відповідно, просто занадто малі, щоб мати значний потенціал економії за рахунок скорочення споживання палива або зменшення роботи банку навантажень через проблеми з мокрим штабелюванням.

Натомість, єдиною вигодою, яка може бути досягнута, буде використання батареї для періодичного вимкнення генераторів протягом року, тим самим відтерміновуючи заміну або реконструкцію генераторів. Однак ця вигода буде досягнута за рахунок дещо збільшеного річного споживання палива через втрату ефективності при додатковому використанні акумуляторів. Це підкреслено на рис. 6, який показує зміни у вартості пального та кількості годин роботи при різних розмірах акумуляторів:

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

У випадку, якщо батарея використовується для заміни генератора, цей потік вартості сам по собі може призвести до позитивного PV за 10-річну тривалість проекту для менших розмірів батарей, де вартість встановлення може бути меншою, ніж вартість нового генератора. Нижче наведено графік фотоелектричної потужності акумуляторної системи в базовому випадку для Levelock

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Це свідчить про те, що для будь-якої системи потужністю більше 100 кВт-год для базового сценарію фотоелектрична енергія майже відсутня або відсутня. Однак залишається питання, чи може невелика батарея ефективно замінити генератор, не жертвуючи при цьому перевагами резервування системи за рахунок третього ДГ, враховуючи обмежену потужність. Для отримання прогнозованого значення потрібно повністю використовувати ємність батареї, а це означає, що батареї повинні бути ще більшими через проблеми з надійністю, згадані в попередньому розділі. В ідеалі, батарея мала б багато переваг, що підвищило б впевненість у продовженні проекту, а більші батареї мали б позитивний фотоелектричний потенціал, що розширило б можливу кількість застосувань і збільшило б їхню цінність як резервного активу. З цією метою в наступних розділах досліджується, які інші випадки можуть призвести до вищих значень BESS у поєднанні з дизельною генерацією.

Випадок II: високе варіаційне навантаження

Частково причиною обмеженого впливу акумуляторів у Levelock є те, що їхнє навантаження є досить стабільним. Це означає, що генератори можуть працювати з досить постійною потужністю і без будь-яких конфліктів з обмеженнями мокрого накопичення, що означає, що EOR і LOR є низькими. Однак, в інших віддалених громадах навантаження може бути набагато більш мінливим, що збільшить можливості для вдосконалення за допомогою системи з’єднаних батарей. Спочатку це було змодельовано шляхом додавання нульового середнього, некорельованого і незалежно розподіленого шуму на кожному часовому кроці до виміряного профілю навантаження, що зростає. Це зберегло загальне споживання кВт-год ідентичним протягом розглянутого періоду часу, але змоделювало навантаження з набагато більшою погодинною мінливістю, тим самим збільшивши корисність батареї для зміни робочої точки генератора для максимізації ефективності та ймовірності роботи нижче межі мокрого штабелювання. На Рисунку 8 показано, як збільшення мінливості навантаження впливає на коефіцієнт використання можливостей.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Для цього навантаження, після додавання шуму в 30 кВт, EOR та LOR значно збільшуються, що призводить до відповідного збільшення потенціалу економії палива та годин роботи генератора з батареєю. У наступних аналізах ми розглянемо результати з різними рівнями енергоємності для батареї потужністю 50 кВт для модифікованого корпусу для Levelock, AK. На рисунках 9 та 10 показано вплив змінності навантаження на потенційну економію палива та годин роботи генератора.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Ці цифри показують різке збільшення потенційних переваг батареї, коли EOR збільшується після приблизно 0.4 і LOR стає ненульовим. Зверніть увагу, що загальна кількість кВт-год, що постачається щорічно, є однаковою у всіх випадках. Переваги, пов’язані з роботою акумуляторів, є наслідком підвищеної мінливості, що дозволяє модулювати навантаження для більш ефективної роботи генераторів та уникати проблем мокрого накопичення, заряджаючи акумулятор, а не використовуючи банк навантажень. У цих сценаріях фотоелектричний ефект від використання акумуляторів замість третього генератора значно зростає і стає позитивним навіть для набагато більших систем, як показано на рис. 11:

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Цей аналіз показує, що випадки попиту на ДГ з EOR більші за 0.4-0.5 і позитивні LOR найбільше виграють від поєднання з більшими батареями. Оскільки EOR збільшується зі зміною навантаження (як показано на рис. 8), це свідчить про те, що цінність акумуляторної батареї для роботи на дизельному паливі різко зростає у випадках, коли попит дуже мінливий.

Випадок III: збільшення проникнення сонячної енергії

У цьому розділі досліджено вплив сонячних установок в СЕС Левелока. Сонячна енергія була змодельована для цього випадку з використанням даних сонячної генерації для Levelock, AK з калькулятора NREL PVWatts Calculator. 34 Незважаючи на відносно низьке річне опромінення, сонячні установки все ще можуть зменшити потреби громади в паливі, і, крім того, поєднання з акумулятором може принести додаткові вигоди. Наступний графік показує, як проникнення сонячної енергії вплине на коефіцієнти можливостей :

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

EOR лінійно зростає зі збільшенням сонячної установки, оскільки будь-яке збільшення сонячної енергії відображає додаткову енергію, що постачається нижче пікової ефективності генераторів, враховуючи чисте зменшення навантаження. Сонячна установка, звичайно, супроводжується зменшенням загального річного споживання енергії і, отже, зменшенням споживання дизельного палива, як показано на рис. 13.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Тенденції для цього випадку знову ж таки схожі, оскільки при EOR, що перевищує приблизно 0.5, потенціал додаткової економії пального та годин роботи за допомогою батареї значно зростає. Це знову ж таки призводить до більших ФЕС при заміні генератора на акумуляторну батарею в поєднанні з дизельною генерацією, як показано на рис. 14.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Таким чином, BESS потужністю 50 кВт та 25 кВт-год є прикладом розумного компромісу між фінансовими показниками та здатністю забезпечити резервування. На Рисунку 15 показано розподіл внесків від кожного потоку доходів (за винятком надійності) плюс економія капітальних інвестицій для (а) випадку без сонячних батарей, з PV 34 512, і (б) сценарію з 50 кВт сонячної енергії, з PV 39 376. Очевидно, що поєднання сонячної енергії та накопичувачів пропонує більші можливості для економії палива.

створ, резервну, системи, сонячних, допомогою, генератор

Висновки

BESS можуть запропонувати численні переваги для систем, що використовують ДГ як первинне джерело енергії, таких як громади, ізольовані від електромережі. Враховуючи їх здатність виконувати миттєві операції резервного живлення у випадку відключення генератора, достатньо велика батарея може мати значний вплив на надійність, зменшуючи SAIDI та SAIFI. Крім того, в системах, що використовують кілька конфігурацій генераторів, акумуляторна батарея може бути хорошою альтернативою заміні застарілого генератора в деяких випадках, враховуючи переваги, які вони можуть принести для решти системи. BESS може скоротити час роботи решти генераторів, забезпечуючи при цьому резервування системи у випадку відключення генератора, надаючи додаткові переваги, такі як скорочення споживання палива та відтермінування капітального ремонту генератора.

Однак потенціал акумуляторної системи для забезпечення цих додаткових переваг відрізняється в кожному конкретному випадку, і система повинна бути правильно підібрана, щоб забезпечити весь спектр корисних властивостей. Більші батареї можуть зробити більше для зниження експлуатаційних витрат під час повсякденної роботи, зберігаючи при цьому відповідний резерв для забезпечення надійності, але великі BESS можуть мати значні витрати на встановлення. Крім того, профіль навантаження, для якого буде застосовуватися батарея, має значний вплив на фінансові вигоди, які вони можуть забезпечити, і потребує повної оцінки для розуміння співвідношення витрат та вигод від встановлення BESS. В ідеалі, більша батарея може бути застосована до даного сценарію і мати позитивну чисту вартість, щоб виправдати витрати на систему безпосередньо через значне скорочення споживання палива на додаток до непрямих переваг надійності, але це не завжди очевидно.

З цією метою в цій роботі ми ввели концепцію “коефіцієнтів можливостей” зберігання енергії для швидкого визначення потенційних сценаріїв, в яких акумуляторна батарея може принести великі вигоди ізольованим системам дизельної генерації. Ми показали корисність цих співвідношень можливостей на прикладі віддаленої племінної громади Левелок, штат Аляска. Тут ми розглянули PV роботи їх EPS з трьома генераторами у порівнянні з використанням двох генераторів та BESS різного розміру. Було виявлено, що в базовому сценарії лише невелика, недорога акумуляторна система матиме позитивний PV порівняно з повністю дизельним варіантом, оскільки коефіцієнт використання можливостей для їх навантаження був обмежений.

Щоб дослідити випадки, коли батарея матиме більший позитивний вплив, ми модулювали навантаження, щоб імітувати зміни в “можливостях” для цієї громади, збільшуючи варіабельність їхнього навантаження та імітуючи збільшення кількості сонячних установок. Було виявлено, що випадки з коефіцієнтом енергетичних можливостей (EOR), що перевищує приблизно 0.5 призвело до значних переваг від поєднання BESS з дизельним паливом. Це збільшення EOR може бути результатом дуже змінних навантажень, як у випадку деяких громад, або збільшення проникнення сонячної енергії, що має свою власну вигоду щодо скорочення споживання палива, а також збільшує потенціал для додаткової економії за допомогою акумуляторних батарей. Представлені тут методи можуть бути корисними для інших громад, що працюють на дизельному паливі, в оцінці потенціалу BESS для їхньої діяльності.

Примітки

PV використовувався замість чистої теперішньої вартості (NPV), оскільки ми не розглядаємо грошові надходження (e).g., дохід від виставлення рахунків клієнтам).

У тематичному дослідженні всі активи мають термін служби близько 10 років, тому структура PV не потребує подальших коригувань. В іншому випадку, замість цього можна використовувати метод еквівалентного річного заряду.

Індекси надійності базуються на даних, записаних на електростанції, а це означає, що враховуються лише загальні перерви в роботі системи. Перерви в електропостачанні на рівні споживача не могли бути виміряні, тому ці цифри можуть занижувати справжні показники.

Подяки

Це дослідження було профінансовано Програмою зберігання енергії при.S. Міністерства енергетики США. Sandia National Laboratories. це багатопрофільна лабораторія, яка управляється та експлуатується Національними технологічними та інженерними рішеннями Sandia, LLC, дочірньою компанією, що повністю належить Honeywell International, Inc., для U.S. Департамент енергетики Національної адміністрації з ядерної безпеки за контрактом DE-NA-0003525. Цей документ описує об’єктивні технічні результати та аналіз. Будь-які суб’єктивні погляди або думки, які можуть бути висловлені в статті, не обов’язково відображають погляди U.S. Міністерство енергетики або уряд США.

Фінансування

Це дослідження було підтримано Програмою зберігання енергії від U.S. Міністерство енергетики США, Управління електроенергетики, SAND2021-12029 J.

Інформація про автора

Автори та афіліації

  • Національна лабораторія Сандія, Альбукерке, Нью-Мексико, США Родріго Д. Тревізан Стенлі Атсітті
  • Кафедра машинобудування, Університет Мемфіса, Мемфіс, США Олександр J. Хедлі Роберт Гір
  • U.S. Міністерство енергетики, Вашингтон, округ Колумбія, США Імре Гюк

Резервне копіювання системи сонячних панелей за допомогою дизель-генератора

Сонячна енергетика стала надзвичайно популярною серед австралійських домогосподарств. Це ефективний та дієвий спосіб виробляти електроенергію протягом дня, а інвестиції швидко повертаються.

Однак, що відбувається, коли погода проти вас і сонце не світить? Якщо сонячні панелі є основним джерелом електроенергії для вашого майна, ви залишитеся без електрики, поки не повернеться сонце.

Існує просте рішення цієї проблеми.

Створіть резервну копію системи сонячних панелей за допомогою резервного дизель-генератора на дні, коли сонце не світить. Gogopower має ряд дизельних генераторів, які можуть працювати разом з вашою системою сонячних панелей як резервне джерело для розробки гібридної системи генерації електроенергії, яка буде працювати за будь-якої погоди.

Дизельний генератор і сонячні панелі гібридного рішення доповнюють один одного, перемикаючись між собою, протидіючи невизначеності погоди. Багато людей навіть інвестують у повну автономну гібридну систему, що дозволяє їм відключитися від електромережі та бути самодостатніми.

Всі дизельні генератори Gogopower поставляються з 2-провідним підключенням для автоматичного запуску і зарядним пристроєм для акумуляторів, щоб гарантувати, що коли ваша сонячна електросистема перестане бути надійною через погану погоду, генератор миттєво запуститься і забезпечить електроенергією ваш будинок.

Як працює гібридна сонячна система?

Сонячні панелі виробляють електроенергію протягом усього дня, зберігаючи її в акумуляторах, а потім подають цю накопичену енергію до вашого підключеного будинку. Однак, коли погода псується і сонячні панелі більше не виробляють енергію, ваше домогосподарство починає використовувати енергію, накопичену в акумуляторі, і рівень заряду стає все нижчим і нижчим.

2-провідний контролер автоматичного запуску, PLC920, підключений від дизельного генератора Gogopower до панелі управління автономної сонячної системи, зовнішньої по відношенню до генератора. Інвертор, підключений до сонячних панелей, виявить падіння заряду акумуляторів і роз’єднає ланцюг між акумуляторами та будинком, а також замкне ланцюг між генератором та будинком.

Цей процес буде працювати у зворотному напрямку, як тільки акумулятори будуть повністю заряджені від сонячних панелей. Інвертор роз’єднує ланцюг між генератором і будинком і з’єднує ланцюг між акумуляторами та будинком.

Які генератори підходять для систем сонячних панелей?

Всі дизель-генератори Gogopower підходять для установки гібридної сонячної системи. Який саме. залежить від розміру вашої потужності та сфери застосування. Незалежно від того, чи використовуєте ви двигун Cummins, Kubota або PowerLink, або навіть генератор OEM, ваша сонячна система матиме надійний і міцний резервний варіант, коли сонце не світить.

Інші аксесуари для вашої системи резервного копіювання

Залежно від вашої сонячної установки, вам може знадобитися автоматичний перемикач. корисний аксесуар для будь-якої комерційної або домашньої резервної системи.

Зверніться до Gogopower

Ми любимо допомагати нашим клієнтам. Якщо у вас є питання щодо резервного копіювання вашої системи сонячних панелей, зателефонуйте нам за номером 1300 957078 або надішліть запит на електронну пошту enquiry@gogopower.com.au.

Розподілене виробництво електроенергії та його вплив на навколишнє середовище

  • Про розподілену генерацію
  • Розподілена генерація в США
  • Вплив розподіленої генерації на навколишнє середовище

Про розподілену генерацію

Розподілена генерація відноситься до різних технологій, які виробляють електроенергію в місці або поблизу місця її використання, таких як сонячні панелі та комбіноване виробництво теплової та електричної енергії. Розподілена генерація може обслуговувати одну структуру, наприклад, будинок або бізнес, або бути частиною мікромережі (меншої мережі, яка також пов’язана з більшою системою постачання електроенергії), наприклад, на великому промисловому об’єкті, військовій базі або великому кампусі коледжу. При підключенні до низьковольтних розподільчих ліній електропередач розподілена генерація може допомогти забезпечити постачання чистої, надійної електроенергії додатковим споживачам та зменшити втрати електроенергії на лініях електропередач та розподільчих мережах.

У житловому секторі поширені системи розподіленої генерації:

  • Сонячні фотоелектричні панелі
  • Малі вітрогенератори
  • Паливні елементи на природному газі
  • Аварійні резервні генератори, які зазвичай працюють на бензині або дизельному паливі

У комерційному та промисловому секторах розподілена генерація може включати такі ресурси, як:

  • Комбіновані системи виробництва тепла та електроенергії
  • Сонячні фотоелектричні панелі
  • Вітер
  • Гідроенергетика
  • Спалювання біомаси або спільне спалювання
  • Спалювання твердих побутових відходів
  • Паливні елементи, що працюють на природному газі або біомасі
  • Поршневі двигуни внутрішнього згоряння, включаючи резервні генератори

Розподілена генерація в США

Використання установок розподіленої генерації в Сполучених Штатах зросло з різних причин, серед яких:

  • Відновлювані технології, такі як сонячні панелі, стали економічно вигідними для багатьох домовласників і підприємств.
  • Деякі штати та місцеві органи влади просувають політику заохочення більшого розгортання відновлюваних технологій через їх переваги, включаючи енергетичну безпеку, стійкість та скорочення викидів.
  • Системи розподіленої генерації, зокрема, комбіновані теплові та аварійні генератори, використовуються для забезпечення електроенергією під час перебоїв в електропостачанні, в тому числі після сильних штормів та в дні підвищеного попиту на енергію.
  • Оператори електромереж можуть покладатися на те, що деякі підприємства використовують свої аварійні генератори на місці, щоб підтримувати надійне електропостачання для всіх споживачів у години пікового споживання електроенергії.

Розподілені системи генерації підлягають іншому поєднанню місцевої, державної та федеральної політики, нормативних актів та ринків у порівнянні з централізованою генерацією. Оскільки політика та стимули дуже різняться в різних регіонах, фінансова привабливість проектів розподіленої генерації також варіюється.

В міру того, як енергокомпанії інтегрують інформаційно-комунікаційні технології для модернізації систем постачання електроенергії, можуть з’явитися можливості для надійного та економічно ефективного збільшення використання розосередженої генерації.

Вплив розподіленої генерації на навколишнє середовище

Розподілена генерація може принести користь навколишньому середовищу, якщо її використання зменшує кількість електроенергії, яку необхідно виробляти на централізованих електростанціях, що, в свою чергу, може зменшити вплив централізованої генерації на навколишнє середовище. А саме:

  • Існуючі економічно ефективні технології розподіленої генерації можуть бути використані для виробництва електроенергії в будинках і на підприємствах з використанням відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна і вітрова енергія.
  • Розподілена генерація може використовувати енергію, яка в іншому випадку може бути втрачена. наприклад, через систему комбінованого виробництва тепла та електроенергії.
  • Використовуючи місцеві джерела енергії, розподілена генерація зменшує або усуває “втрати в лініях” (марну енергію), що виникають під час передачі та розподілу в системі постачання електроенергії.

Однак, розподілена генерація може також призвести до негативного впливу на навколишнє середовище:

  • Розподілені системи генерації вимагають “сліду” (вони займають простір), і оскільки вони розташовані ближче до кінцевого споживача, деякі розподілені системи генерації можуть бути неприємними для очей або викликати занепокоєння щодо землекористування.
  • Технології розподіленої генерації, які передбачають спалювання, особливо спалювання викопного палива, можуть спричиняти багато з тих самих видів впливу, що й великі електростанції, що працюють на викопному паливі, наприклад, забруднення повітря. Цей вплив може бути меншим за масштабом, ніж вплив від великої електростанції, але також може бути ближчим до населених пунктів.
  • Деякі технології розподіленої генерації, такі як спалювання відходів, спалювання біомаси та комбіноване виробництво теплової та електричної енергії, можуть потребувати води для виробництва пари або охолодження.
  • Розподілені системи генерації, що використовують спалювання, можуть бути менш ефективними, ніж централізовані електростанції, через ефект масштабу.

Технології розподіленої енергетики можуть спричинити деякі негативні екологічні проблеми в кінці свого терміну експлуатації, коли вони замінюються або демонтуються.

Сонячні та генераторні гібридні системи

Газові генератори домінували в електроенергетиці протягом багатьох років. Але, оскільки ціни на паливо постійно зростають, а його транспортування та зберігання також є проблемою, гібридні сонячні та генераторні системи швидко виходять у лідери.

Однак проблема сонячної енергії полягає в тому, що вона може бути ненадійною і часто недостатньою для задоволення потреб вашого навантаження.

Саме тому були створені гібридні сонячні та генераторні системи. Ці системи поєднують сонячні та газові генератори і компенсують ті аспекти, яких бракує одному з них.

У цій статті ми обговоримо, що це за гібридні сонячні та генераторні системи, як вони працюють і хто отримає від них вигоду.

Що таке гібридна система з сонячних батарей та генератора?

Сонячно-генераторні гібридні системи поєднують сонячну енергію, що генерується фотоелектричними (PV) елементами, з іншим джерелом енергії, зазвичай газом.

Ці гібридні генератори корисні під час перебоїв з електропостачанням і можуть забезпечити електроенергією велику територію.

Найпоширеніша комбінація. це поєднання сонячної енергії фотоелектричної системи та дизельного палива.

Ці системи зазвичай складаються з сонячних панелей, газового генератора, акумуляторів для зберігання згенерованої енергії, контролера заряду та інвертора для перетворення струму у відповідну форму.

Дизельна частина системи заповнює прогалину між навантаженням, яке потрібно живити, і потужністю, яка генерується фотоелектричною системою.

Акумуляторна батарея підвищує загальну продуктивність системи, дозволяючи зберігати згенеровану енергію тоді, коли вона вам найбільше потрібна. Сонячна частина гібридної системи допомагає зменшити витрати та викиди забруднюючих речовин у навколишнє середовище.

Ці системи зазвичай використовуються, щоб допомогти домогосподарствам працювати в автономному режимі.

Як працює гібридна система з сонячних панелей та генератора?

Обидва джерела енергії повинні доповнювати один одного. Коли енергетичні навантаження є високими, фотоелектрична система може допомогти забезпечити додаткову енергію, що зменшує кількість дизельного палива, необхідного для задоволення попиту.

Додаткове джерело енергії надходить від дизель-генератора, коли сонячні панелі та акумулятори вже не в змозі повністю забезпечити навантаження.

Генератор живить навантаження безпосередньо, а також заряджає акумулятор через випрямляч. Це гарантує, що конденсатори вашого акумулятора завжди заряджені і можуть працювати в якості резервного джерела енергії, коли це необхідно.

Більшість гібридних сонячних і генераторних систем також використовують інтелектуальну систему управління енергоспоживанням. Це забезпечує оптимальну взаємодію між дизельним генератором і сонячною системою. Кожне джерело забезпечує точну кількість необхідної енергії, тому немає ніяких втрат.

Інтелектуальна система управління енергією гарантує, що використовується якомога більше сонячної енергії, а дизельний генератор вмикається лише тоді, коли це необхідно і вигідно для системи.

Це допомагає заощадити на витратах, позбавляє вас від необхідності дозаправляти дизельне паливо та забезпечує оптимальне функціонування системи.

Переваги гібридної сонячної та генераторної системи

Економічно ефективні

Гібридні сонячні генераторні системи є більш економічно вигідними, ніж 100% газові генератори, оскільки вони використовують енергію сонця, яка є абсолютно безкоштовною.

Оскільки сонячна енергія допомагає живити навантаження, генератор використовує менше палива. Це, в свою чергу, економить багато грошей.

Рентабельність інвестицій

Гібридні сонячні та генераторні системи зазвичай окупаються завдяки великій економії, яку ви отримуєте завдяки тому, що не витрачаєте так багато палива для живлення вашого будинку.

Інтелектуальна система управління енергією також допомагає забезпечити максимальну економію, що ще більше підвищує рентабельність системи.

Зменшення викидів

Оскільки система значною мірою виробляє електроенергію за рахунок сонячної енергії, викиди парникових газів менші, ніж у звичайного дизельного генератора.

Якщо ви намагаєтеся дбати про навколишнє середовище, але при цьому хочете, щоб прилади у вашому будинку працювали належним чином, сонячні гібридні системи можуть бути відповіддю, яку ви шукаєте.

Надійне та доступне електропостачання

Той факт, що сонячна енергія поєднується з дизельним генератором, робить електропостачання набагато стабільнішим і надійнішим.

Якби система покладалася лише на сонячну енергію, вона була б недостатньо надійною, щоб постійно забезпечувати ваш будинок електроенергією. Наприклад, у зимові місяці, коли йде дощ або похмуро, і сонячного світла менше, сонячний генератор може не встигати за необхідним навантаженням.

У гібридному сонячному генераторі, якщо є періоди обмеженого сонячного світла, дизельний генератор вмикається і компенсує те, чого не вистачає сонячній системі з точки зору виробництва електроенергії.

Необхідна фотоелектрична система не така велика

Використовувані сонячні панелі не обов’язково повинні бути такими ж великими, як якщо б це був лише сонячний генератор.

Це тому, що система має дизельний генератор як резервний, тому їй не доводиться покладатися лише на сонячну енергію. Це зменшує суму, яку вам доведеться витратити на сонячні панелі, що знижує початкові витрати, залежно від типу генератора, який ви придбаєте.

Живить більші навантаження

Зазвичай сонячні генератори здатні живити лише невеликі пристрої та прилади протягом обмеженого часу.

З іншого боку, гібридні сонячно-генераторні системи можуть живити навантаження розміром з ціле домогосподарство, і поки в генераторі є паливо, генератор буде працювати і працювати.

Енергія ніколи не витрачається даремно

Завдяки використанню інтелектуальних пристроїв управління енергією, електроживлення добре контролюється. Вона забезпечує правильну кількість сонячної енергії для навантаження і не використовує енергію від дизельного генератора, якщо це не є абсолютно необхідним.

Крім того, якщо використовується правильне обладнання, енергія повертається назад в акумулятори і зберігається для подальшого використання, тому навіть сонячна енергія не витрачається даремно.

Потенційні недоліки гібридної сонячної та генераторної системи

Дорожче, ніж сонячний генератор

Хоча гібридна система з сонячної та генераторної енергії дешевша, ніж використання лише дизельного генератора, довгострокові витрати все одно більші, ніж при використанні лише сонячного генератора.

Дизельний елемент генератора потребує пального, і, залежно від пори року, за відсутності сонячного світла його може знадобитися більше, ніж зазвичай.

Не такий екологічний, як сонячний генератор

Знову ж таки, незважаючи на те, що гібридна система з сонячних панелей та генератора є більш екологічною, ніж автономний дизельний генератор, вона все ще не настільки екологічна, як суто сонячний генератор.

При спалюванні дизельного палива в атмосферу викидається вуглекислий газ, навіть якщо його кількість менша, ніж при роботі дизельного генератора в автономному режимі.

Може знадобитися технічне обслуговування

Сонячна частина системи зазвичай не потребує особливого обслуговування, оскільки в ній відносно мало рухомих частин.

Дизельні генератори, однак, потребують певного технічного обслуговування через кілька років. При використанні масляного двигуна, як це робить генератор, вам доведеться замінити такі речі, як свічки запалювання, масляні фільтри та деякі інші компоненти.

Це може призвести до додаткових витрат, на додаток до палива та початкових витрат.

Складна установка

Встановлення гібридної сонячної та генераторної системи є складним процесом. Початкові етапи проектування, встановлення та будівництва гібридної системи вимагають багато роботи і планування, щоб зібрати її воєдино, і це більша робота, ніж кожен компонент сам по собі.

Шум

У той час як сонячна частина системи працює безшумно, дизельний генератор може бути досить гучним і шумним під час роботи.

Чи є гібридна сонячна та генераторна система кращою за газовий або сонячний генератор??

Дебати про сонячні генератори проти газових генераторів тривають стільки ж часу, скільки існують сонячні генератори.

Саме для цього і була створена гібридна система з сонячних батарей та генератора, щоб отримати найкраще з обох світів.

Важко сказати, що краще, оскільки всі вони мають свої плюси і мінуси. По суті, питання “краще” зводиться до того, яка з них найкраще відповідає вашим потребам.

Якщо ви все ще задаєтесь питанням, чи варті сонячні генератори того, чи є якийсь один тип генератора, який є кращим, відповідь полягає в тому, що всі три типи генераторів, безумовно, варті того, якщо вони відповідають вашим потребам.

Чи підходить мені гібридна система з сонячних панелей та генератора?

Щоб переконатися, що ви отримали правильну систему для ваших потреб, є кілька моментів, які слід врахувати.

Сонячно-генераторні гібридні системи найкраще підходять для тих, хто живе у віддалених районах. Зазвичай також важко транспортувати дизельне паливо в ці райони, і зберігання також може бути проблемою.

Якщо ви хочете перейти на сонячну енергію, але маєте велике навантаження, з яким більшість сонячних генераторів не можуть впоратися, гібридна система з сонячних батарей та генератора буде кращим варіантом.

Нарешті, якщо ви живете в місцевості, де часто трапляються перебої в подачі електроенергії, вам також слід розглянути таку систему.

Шукайте сонячний генератор із захистом від електромагнітних перешкод

При виборі сонячного генератора для вашої системи ми настійно рекомендуємо інвестувати в сонячний генератор, захищений від електромагнітних перешкод.

ЕМІ, або електромагнітний імпульс. це сплеск електромагнітної енергії, який може виникнути у вашому генераторі або підключених електричних системах. ЕМІ несе в собі величезну кількість енергії, яка може легко пошкодити ваш генератор або будь-який з підключених вами приладів.

З цієї причини ми настійно рекомендуємо переконатися, що сонячний генератор, який є частиною вашої гібридної системи, захищений від електромагнітних перешкод. Хорошим прикладом може бути сонячний генератор Lycan Renogy.

Заключні думки

Гібридні сонячні та генераторні системи поступово завойовують світ. Вони є надійним джерелом частково відновлюваної енергії, а також способом заощадити гроші, отримуючи при цьому всі переваги та потужність, які вам потрібні.

Чи був вам корисний наш блог? Тоді подумайте про перевірку:

Чому краще встановити автономну сонячну систему замість генератора?

Коли нам потрібне резервне рішення для наших будинків в районах, які страждають від частих відключень електроенергії, ми часто стикаємося з дилемою, чи вибрати сонячну систему або придбати дизель-генераторну установку. Якщо ви зіткнулися з такою ситуацією, то більшість відповідей ви знайдете в цій статті.

ВИЗНАЧЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ТА АВТОНОМНОЇ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Генератор. це машина! Як і всі машини, вони використовують паливо, таке як бензин, дизельне паливо або гас для роботи. Він перетворює механічну енергію в електричну, яку ми використовуємо вдома. Це масивні конструкції, вимагають ручної допомоги для запуску пристрою і можуть працювати тривалий час.

Автономна сонячна система складається з сонячних панелей, сонячного інвертора та акумуляторної батареї. Сонячні панелі генерують постійний струм. Цей постійний струм використовується для заряджання акумуляторів. Інвертор використовує цю енергію для роботи приладів у наших будинках. Вони можуть бути різних розмірів, але компактні у порівнянні з генераторами і не працюють на паливі. Вони просто перетворюють одну форму електричної енергії в іншу.

Причини, чому автономна сонячна система краща за дизельний генератор

ФАКТОР ВАРТОСТІ

Дизельні генератори в порівнянні з автономними сонячними системами можуть коштувати набагато дорожче, оскільки сам генератор є дорогою системою, а використання дизельного палива в якості палива для роботи ваших приладів в порівнянні з безкоштовною сонячною енергією в якості джерела є основним фактором витрат. Дизельний генератор потужністю 10 кВА використовує 3 літри пального щогодини. так, вам потрібно витрачати рупії.2000 євро на годину на паливо, щоб змусити генератор працювати! Для порівняння, сонячна енергія. це одноразова інвестиція і коштує набагато дешевше.

Термін служби генераторної установки залежить від навантаження, але може становити приблизно 20 000 годин, що означає, що термін служби генераторної установки в першу чергу обмежений. З іншого боку, сонячні панелі мають гарантію від 25 років і вище, але при належному обслуговуванні вони прослужать вам все життя.

ЧАС ЗАПУСКУ

Генератори в основному перетворюють механічну енергію в електричну. Ця механічна енергія повинна бути індукована вручну. Отже, коли відбувається відключення електроенергії, вам потрібна людина, щоб вручну запустити генератор, що вимагає часу та зусиль. У той час як інвертор, встановлений в автономній системі, не потребує ручного ввімкнення. Перемикання відбувається автоматично і майже нульове. З сонячним інвертором ви навіть не помітите, що сталося відключення електроенергії.

ШУМОВИЙ ФАКТОР

Генератори, будучи по суті масивними машинами, створюють багато шуму. Навіть так звані безшумні системи досить шумні, якщо порівнювати їх з автономними сонячними системами. Оскільки генератори дуже шумні, люди вважають за краще тримати їх подалі, але інвертори та батареї, встановлені в автономній сонячній системі, можуть бути встановлені прямо в наших будинках. Вони практично безшумні.

ПОТРЕБА В ПАЛИВІ

Інвертори в автономній сонячній системі використовують сонячну енергію для зарядки акумуляторів або для забезпечення електропостачання в наших будинках, тоді як генератору для роботи потрібне паливо, таке як бензин, дизель.

Само собою зрозуміло, що суперечки між генератором і сонячною системою більше не ведуться, оскільки встановлення сонячної системи у вашому домі дасть набагато кращі результати і заощадить вам тонни грошей в довгостроковій перспективі. Велика кількість людей щодня переходить на сонячну енергію, чого ж ви чекаєте? Переходьте на сонячну енергію вже сьогодні!

Залишити відповідь