Расширение мощности фотоэлектрических систем, подключенных к сети, и, как следствие, влияние на энергосистему создали более благоприятные условия для развития систем хранения энергии.
Фотоэлектрические системы хранения энергии отличаются от систем генерации электроэнергии, подключенных к сети, тем, что используют батареи для хранения и устройства для их зарядки и разрядки; первоначальные инвестиции будут выше, но и диапазон возможных применений будет значительно шире. В этой статье мы представляем четыре сценария применения фотоэлектрических систем с системами хранения энергии, которые соответствуют различным областям применения: сценарии применения фотоэлектрических систем хранения энергии в сети, сценарии применения фотоэлектрических систем хранения энергии в автономном режиме, сценарии применения гибридных систем хранения энергии и сценарии применения фотоэлектрических микросетей с системами хранения энергии.
1. Сценарий применения фотоэлектрических систем хранения энергии в автономных сетях.
Автономные фотоэлектрические системы хранения и выработки электроэнергии все чаще используются в отдаленных горных районах, без электроснабжения, на островах, базовых станциях связи и в системах уличного освещения, а также в других местах, где они могут работать автономно, не завися от электросети.
Система состоит из фотоэлектрической батареи, фотоэлектрического инвертора, аккумуляторной батареи и нагрузки. При наличии света фотоэлектрическая батарея преобразует солнечную энергию в электрическую и одновременно подает питание на нагрузку через встроенный генератор с обратным управлением, а также заряжает аккумуляторную батарею; при отсутствии света батарея питает нагрузку переменного тока через инвертор.
Автономные фотоэлектрические системы выработки электроэнергии специально разработаны для использования в регионах, где отсутствуют централизованные электросети или где часто происходят отключения электроэнергии. Эти системы работают по принципу «накопление и использование» или «сначала накопление, а затем использование», аналогично тому, как древесный уголь «пропускается сквозь снег». «Снег, впитавшийся в уголь». В районах без централизованной электросети или с частыми отключениями электроэнергии, затрагивающими семьи, автономные системы являются весьма практичными.
2. Сценарии применения гибридных фотоэлектрических систем с накопителями энергии в энергосистемах
Системы гибридного энергоснабжения на основе фотоэлектрических панелей и накопителей энергии широко используются во время частых перебоев в электроснабжении. Высокие тарифы за собственное потребление препятствуют передаче излишков энергии в интернет; пиковые тарифы значительно дороже, чем минимальные и тарифы для альтернативных источников энергии.
Система состоит из фотоэлектрических батарей, включающих модули солнечных элементов, автономные и подключенные к сети интегрированные солнечные энергетические установки, аккумуляторные батареи, нагрузки и другие компоненты. При наличии света фотоэлектрическая батарея преобразует солнечную энергию в электрическую и заряжает аккумуляторную батарею, одновременно подавая питание на нагрузку через солнечный инвертор; при отсутствии света батарея заряжает солнечный инвертор и затем подает питание на нагрузку переменного тока.
Включение контроллеров заряда/разряда и батарей в сетевую и автономную системы увеличивает общую стоимость примерно на 30-50% по сравнению с сетевой системой выработки электроэнергии. Однако это расширение расширяет потенциальные области применения системы. Во-первых, можно настроить фотоэлектрическую систему на выработку электроэнергии на номинальной мощности в периоды высокого спроса на электроэнергию, чтобы снизить затраты на электроэнергию. Во-вторых, можно заряжать фотоэлектрическую систему в автономном режиме и разряжать ее в период пикового спроса на электроэнергию, используя разницу в ценах между пиковым и минимальным сегментами. Наконец, в случае недоступности сети фотоэлектрическая система функционирует как резервный источник питания, а инвертор может быть отключен для работы в автономном режиме. В настоящее время этот сценарий чаще всего реализуется в развитых странах за рубежом.
3. Сценарии применения фотоэлектрических систем хранения энергии в сети
Система генерации электроэнергии на основе фотоэлектрических элементов с накопителем энергии, работающая в режиме переменного тока и преимущественно использующая фотоэлектрические и накопительные компоненты. Помимо увеличения доли собственного потребления и наземного распределения электроэнергии за счет фотоэлектрических систем, промышленного и коммерческого хранения фотоэлектрической энергии, а также других потенциальных применений, система обладает возможностью хранения избыточной выработанной электроэнергии.
Солнечные модули составляют фотоэлектрическую батарею, которая дополнена аккумуляторным блоком, контроллером заряда/разряда и потребляющей нагрузку. В ситуациях, когда солнечной энергии недостаточно для питания нагрузки, система частично питается от солнечной энергии и сети. И наоборот, когда солнечная энергия превышает мощность нагрузки, часть солнечной энергии используется для питания нагрузки, а оставшаяся часть накапливается с помощью контроллера. Кроме того, система хранения энергии может использоваться в управлении спросом, арбитраже пиковых и минимальных нагрузок и других сценариях для повышения рентабельности системы.
На новом энергетическом рынке Китая система хранения энергии, подключенная к сети на основе фотоэлектрических панелей, вызвала значительный интерес как перспективный сценарий применения возобновляемой энергии. Интегрируя устройство хранения энергии, фотоэлектрическую генерацию и сеть переменного тока, система максимально эффективно использует возобновляемую энергию.
4. Сценарии применения систем хранения энергии в микросетях
Ввиду своей значимости как устройства для хранения энергии, микросетевые системы хранения энергии занимают все более важное место в энергетической системе и развитии новых источников энергии в Китае.
По мере роста популярности возобновляемой энергии и непрерывного развития науки и техники, расширяются и сценарии применения систем хранения энергии в микросетях. Эти сценарии в основном касаются двух аспектов, перечисленных ниже:
1). Распределенная генерация электроэнергии и система хранения энергии: Распределенная генерация электроэнергии подразумевает размещение маломощных генераторных установок в непосредственной близости от конечного потребителя с использованием таких источников, как энергия ветра, солнечная фотоэлектрическая энергия и другие. Любой избыток выработанной электроэнергии впоследствии хранится в системе хранения энергии, служащей резервным источником питания в периоды высокого спроса на электроэнергию или отключений в сети.
2). Резервное электроснабжение с помощью микросетей: Для надежного локального электроснабжения в отдаленных районах, на островах и в других местах со сложным доступом к электросети в качестве резервных источников энергии могут использоваться системы хранения энергии на основе микросетей.
Благодаря использованию взаимодополняемости различных источников энергии, микросети могут оптимизировать использование потенциала распределенной чистой энергии. Это позволяет им смягчать такие неблагоприятные аспекты, как ограниченная мощность, ненадежная генерация электроэнергии и ненадежные автономные источники питания, одновременно обеспечивая безопасную работу более крупной энергосети. В результате микросети служат ценным дополнением к более крупной энергосети. Масштаб сценариев применения микросетей значительно шире, от нескольких киловатт до десятков мегаватт, а разнообразие возможных вариантов реализации значительно больше.
Варианты использования фотоэлектрических накопителей энергии весьма разнообразны и включают микросети, автономные системы и системы, подключенные к сети. Практическое применение возобновляемой энергии характеризуется уникальными преимуществами и характеристиками каждого типа сценария, которые в совокупности обеспечивают потребителей надежным и эффективным электроснабжением.
По мере дальнейшего развития фотоэлектрических технологий и снижения их стоимости, системы хранения энергии на основе фотоэлектрических элементов займут все более важное место в энергетической системе будущего. Одновременно с этим, разработка и внедрение различных сценариев будут способствовать быстрому развитию формирующегося энергетического сектора Китая и содействовать энергетической трансформации и низкоуглеродному, экологически устойчивому развитию.
