阳光与风的协同

作者:贝加莱工业自动化(中国)有限公司 文章来源:MM《现代制造》 点击数:393 发布时间:2019-12-09
当云层翻滚并阻挡阳光照射时,光伏系统的馈电功率可以下降超过50%。当空气变得平静时,无论多么迫切地需要风能,它都无法产生。那么将这两个系统相结合以弥补对方的弱点,为电网提供可靠的供电保障,还有什么比这更自然的呢?位于德国德累斯顿的Belectric公司的开发人员认识到了这一点,开发出了风光互补发电系统。额外的电池存储结合贝加莱自动化技术和POWERLINK通信提供了所需的稳定性。
阳光与风的协同

作为能量来源,阳光和风都各有利弊。它们是取之不尽的资源,在技术不断进步下,为世界提供环境上可持续的能源供应以及在可接受的成本和效率平衡方面发挥着至关重要的作用。然而同时,它们又很不稳定,无法对需求的波动做出响应。对于公用事业公司而言,这意味着需要进行大量的基础设施投资以稳定电网。如果电力供给过度,那么发电厂必须加以限制甚至脱机。这对电厂运营者来说令人相当沮丧。在相反的情况下,任何能源短缺都必须通过所谓的峰值发电厂快速得到弥补。这主要是通过燃气发电机实现的,有时需要花费几分钟才能切换,也可能会因为弱电网中光伏系统的馈入量增加而出现问题。

图1 结合一个光伏系统和两个电池存储单元的互补发电系统视图
图1 结合一个光伏系统和两个电池存储单元的互补发电系统视图

互补发电系统确保稳定供电

在认识到这些问题之后,Belectric Solar & Battery的开发人员实现了一个非常聪明的想法。“基本的想法是将我们在太阳能发电和储能领域的能力结合起来,这样可以稳定电网。”负责电池项目实施的Lars Fallant说道。这是通过将各种能量来源结合起来实现的,例如风能和光伏系统以及热电联产设备和高性能电池存储系统。这些系统由能源管理系统进行协调,该系统使用贝加莱控制技术和POWERLINK通信。与当地消费者相结合,这将产生一个本地电网,如果经过适当设计,就可以长时间自主运行,存储多余电能并按需将其输入电网。

未来的光伏电站

这种方法对于实现可持续能源目标至关重要,这就是为什么有八家合作伙伴、六家公司和两家研究机构联合起来开发综合技术解决方案,从而使逆变器和其他系统组件能够满足更高要求。Belectric的工程师在研究项目中率先开发未来的光伏电站并非巧合。“通过这个项目,我们还希望开始实施从基于发电机的网络向由逆变器驱动的网络过渡。”Vincent Ackermann解释道,他是负责电池存储系统的销售。

冗余控制系统是一项基本要求

即使在项目的最初阶段,很明显单独的发电厂对其控制系统的要求也很高。“通过这种方法,我们正在进入系统服务领域。”Fallant说道,“如果主控制器出现故障,那么用户需要在几个CPU周期内切换到冗余系统。当互补发电系统负责整个电网供电时,每一毫秒都很重要。”这时候,贝加莱X20控制器的优势就能起到关键性作用,因为控制器和网络冗余长期以来一直是其标准产品组合的一部分。

集成安全绝非事后的考虑

不言而喻,可靠性和安全性在发电厂开发中需要优先考虑。一方面,电池必须得到安全地通风和监控,这需要至少符合SIL 2的安全控制组件。此外,主控制器和其他控制器之间的现场总线不仅必须严格确定,还要防止外部访问。开发人员在贝加莱的产品组合中找到了他们所需要的组件。安全模块可以根据需要轻松集成到功能系统中,而且POWERLINK通信高速,几乎无抖动,最重要的是安全。

图2 位于索马里兰的能源管理和电池控制系统的控制柜——采用了控制器、安全组件和SiteManager
图2 位于索马里兰的能源管理和电池控制系统的控制柜——采用了控制器、安全组件和SiteManager

安全远程维护取代现场人员

“我们的电站完全自主运行,无需现场人员操作。”Fallant在概括另一项要求时解释道,“这意味着,我们需要为电站保持稳定且安全的数据链接。”这对贝加莱的安全远程维护解决方案来说没有任何问题,Belectric经常使用该方案。通过加密的、受证书保护的VPN连接,数据在工厂中的SiteManager单元(带集成防火墙)和运营者处的GateManager单元之间安全传输。“这使我们可以将所有错误消息直接转发给服务提供者,并通过基于Web的HMI接口访问系统。”Ackermann说道,“我们的电站完全自主运行,没有任何现场人员。贝加莱的安全远程维护解决方案使我们可以将所有错误消息直接转发给服务提供者,并通过基于Web的HMI接口访问系统。”

除了在整个欧洲实施众多光伏电池项目之外,最早的风光互补发电站之一现已在非洲投入运营。在那里,索马里兰信息部使用输出功率为500 kWp的光伏系统和1000 kWh的电池为其无线电台和电视台提供所需的全部电力。辅助的300 kW柴油发电机仅在夜间以及当白天存储的电能不足时使用。

“通过我们的下一个项目——四个175 kW的快速充电桩结合光伏系统和电池存储,我们希望通过一个可以减少电网连接负载的解决方案来增强电动汽车的基础设施建设。”Ackermann在展望未来的项目时说道,贝加莱系统在其中仍将继续成为首选。