مراجعة هندسية من قبل ليو، مدير قسم البحث والتطوير في شركة KRL Power — يتمتع بخبرة 20 عامًا في هندسة تخزين الطاقة في القطاعين التجاري والصناعي، وعمل سابقًا في قسم البحث والتطوير بشركة هواوي.
تحتاج إحدى مصانع الغزل في بنغلاديش إلى نظام تخزين الطاقة بالبطاريات to keep 900 kW of critical production load operating for four hours after a utility outage. The factory’s maximum demand is 1,553 kW. It already has a 200 kW Huawei AC-coupled PV system, plans to add 700 kW of solar, receives utility power at 33 kV, and has a 1,500 kVA gas generator plus a 50 kVA diesel generator.
يُعد هذا تطبيقًا ممتازًا لشبكة كهربائية صغيرة تعتمد على مولدات الطاقة الشمسية ونظام تخزين الطاقة، لكن لا يمكن اختيار الحل بناءً على السعة الاسمية بالميغاواط/ساعة وحدها. يجب على شركة KRL التمييز بين الطاقة الاسمية للبطارية والطاقة القابلة للاستخدام بالتيار المتردد، وعزل ناقل العمليات الحرجة، والتأكد من كيفية تصرف محول الطاقة الكهروضوئية الحالي أثناء انقطاع التيار، وتنسيق نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) مع المولدات والمحولات وأجهزة التبديل ونظام الحماية.
KRL Power’s 1 MW / 2 MWh all-in-one platform is a strong building block for this project. Battery, PCS, MPPT, BMS and EMS are integrated in one liquid-cooled 20-foot unit, so the new DC-coupled PV array does not require a separate PV inverter.
متطلبات العميل والمعنى الهندسي
| مدخلات التصميم | بيانات العملاء | المعنى الهندسي |
|---|---|---|
| الحمولة القصوى المحددة من قبل المصنع | 1,553 كيلوواط | أساس خيار «المصنع الكامل» |
| حمل الانقطاع الحرج | 900 كيلوواط | يتطلب ناقلًا مخصصًا للأحمال الحرجة |
| مدة النسخ الاحتياطي | 4 ساعات | يتطلب 3.60 ميجاوات/ساعة من الطاقة الصافية بالتيار المتردد |
| المنشآت الكهروضوئية القائمة | 200 كيلوواط من هواوي، موصولة بالتيار المتردد | يجب التحقق من توافق الجزيرة |
| الطاقة الكهروضوئية المخطط لها | 700 كيلوواط | Can use KRL’s integrated MPPT inputs |
| إمدادات المرافق العامة | 33 كيلوفولت، 50 هرتز | يتطلب محولًا وتنسيقًا بين الجهد المتوسط والجهد المنخفض |
| المولدات الكهربائية | 1,500 كيلو فولت أمبير من الغاز + 50 كيلو فولت أمبير من الديزل | وحدة الغاز هي مصدر الدعم الإنتاجي ذو الصلة |
| التركيب | داخلي | يتطلب مراجعة الجوانب الهيكلية والتبريد ومكافحة الحرائق |
بيانات منتجات KRL المطابقة التي تم توفيرها لهذا المشروع هي:
| معلمات منتج KRL | القيمة المعتمدة للمشروع |
|---|---|
| طاقة البطارية | 2 ميجاوات ساعة لكل وحدة |
| نظام PCS ثنائي الاتجاه | 1 ميغاواط لكل وحدة |
| نظام MPPT المدمج | 960 كيلوواط، ثمانية مداخل |
| وضع التشغيل | التوصيل بالشبكة، والتشغيل خارج الشبكة، والتبديل السلس |
| التكامل | BMS و PCS و EMS |
| التصميم الميكانيكي | حاوية مقاس 20 قدمًا مبردة بالسائل؛ غلاف البطارية بمعيار IP65 |
| الاتصالات | RS485 أو واي فاي أو شبكة الجيل الرابع (4G) |
يصف هذا المقال مقترحًا هندسيًّا، وليس مشروعًا منجزًا. وتظل مدة التشغيل النهائية والكميات وعائد الاستثمار مشروطة بملف الحمل، والرسم التخطيطي أحادي الخط للموقع، وبيانات المحول، وورقة بيانات الوحدات الكهروضوئية، وظروف الغرفة الداخلية.
التحقق من الطاقة: لماذا يُعد 4 ميجاوات ساعة خيارًا هجينًا للاحتياطي
يتطلب الحمل الحرج ما يلي:
900 kW × 4 h = 3,600 kWh = 3.60 MWh AC
وهذه هي الطاقة المُزودة عند ناقل الحمل. ويجب أن تغطي الطاقة الاسمية للبطارية أيضًا مستوى الشحن الاحتياطي (SOC)، وخسائر نظام توزيع الطاقة (PCS) والكابلات، وأنظمة التبريد والتحكم المساعدة، وتأثيرات درجة الحرارة، وتناقص السعة في المستقبل.
لإجراء حساب أولي للتقييم، لنفترض نافذة SOC تشغيلية تبلغ 90%، وكفاءة لسلسلة التفريغ تبلغ 94%، واحتياطيًا إضافيًا يبلغ 3%. هذه عوامل تخطيطية، وليست قيمًا مشمولة بضمان المنتج:
4.00 MWh × 0.90 × 0.94 × 0.97 ≈ 3.28 MWh AC
عند حمل ثابت يبلغ 900 كيلوواط، توفر 3.28 ميجاواط ساعة طاقة تكفي لحوالي 3.65 ساعة. لذلك، لا ينبغي بيع وحدتين سعة كل منهما 2 ميجاواط ساعة على أنها ضمان غير مشروط لمدة أربع ساعات يعتمد على البطاريات وحدها. فهما تشكلان حلاً هجيناً اقتصادياً موثوقاً به عندما توفر المصفوفة الكهروضوئية بقدرة 700 كيلوواط، أو مولد الغاز بقدرة 1,500 كيلو فولت أمبير، أو تخفيض الحمل المتحكم فيه، الطاقة المتبقية واحتياطي التشغيل.
إذا كان العميل يحتاج إلى أربع ساعات دون طاقة كهروضوئية ودون دعم من المولدات، فيجب أن ينص العقد على ما إذا كانت الضمانة تسري في بداية عمر البطارية أم في نهايته. وينبغي تقييم التكوين الاسمي الذي تبلغ سعته 6 ميجاوات ساعة لتوفير قدرة ثابتة تبلغ 900 كيلوواط عند نهاية عمر البطارية، مع مراعاة الطاقة القابلة للاستخدام الفعلية المضمونة ومنحنى الاحتفاظ بالطاقة.
الخيار 1: 2 ميغاواط / 4 ميغاواط/ساعة للحمل الحرج البالغ 900 كيلوواط
يعتمد الحل الاقتصادي على استخدام وحدتين متوازيتين من طراز KRL بقدرة 1 ميجاوات / 2 ميجاواط ساعة، وهما وحدات متكاملة. ويوفر النظام المدمج طاقة PCS تبلغ 2 ميجاوات، وطاقة اسمية تبلغ 4 ميجاواط ساعة، وقدرة MPPT مدمجة تبلغ 1.92 ميجاوات.
يلزم توفير خزانة مدمجة مصممة خصيصًا لتجميع التيار المتردد منخفض الجهد. ويحتاج كل مخرج من مخرجات نظام توليد الطاقة الكهروضوئية (PCS) إلى قاطع كهربائي خاص به، وجهاز قياس، ووسيلة عزل، ونظام حماية منسق قبل توصيله بالناقل المشترك للشبكة الصغيرة. وهذه الخزانة هي عبارة عن مجمع لمخرجات التيار المتردد، وليست محولًا كهروضوئيًا خارجيًا أو مجمعًا للطاقة الكهروضوئية.
توفر السعة المقدرة لنظام PCS البالغة 2 ميجاوات هامشًا كبيرًا فوق الحمل الثابت البالغ 900 كيلوواط، ولكن لا يزال من الضروري التحقق من أداء بدء تشغيل المحرك. تحتاج شركة KRL إلى أكبر سعة مقدرة للمحرك، وبيانات محرك التردد المتغير (VFD) أو جهاز بدء التشغيل التدريجي، ووقت التسارع، وتيار الاندفاع للمحول، وتسلسل بدء التشغيل، ومنحنى الحمل الزائد لنظام PCS.
في حالة التشغيل العادي، يحافظ نظام إدارة الطاقة (EMS) على مستوى الشحن المطلوب (SOC) الاحتياطي مع استخدام السعة المتاحة لتخفيف أحمال الذروة. وبعد انقطاع التيار عن الشبكة، يقوم جهاز العزل بفصل الناقل الرئيسي، ويقوم نظام توزيع الطاقة (PCS) بدعم الشبكة المعزولة. تعمل المنشأة الكهروضوئية الجديدة على تلبية احتياجات الحمل أولاً، ثم تشحن البطارية بالطاقة الفائضة. وعند بلوغ عتبة مستوى شحن البطارية (SOC) المطلوبة لتشغيل المولد، يقوم نظام إدارة الطاقة (EMS) بتشغيل المولد الغازي بقدرة 1,500 كيلو فولت أمبير، ويطبق حدود التحميل والطاقة العكسية. ويظل مولد الديزل بقدرة 50 كيلو فولت أمبير مصدرًا إضافيًا ولا يمكنه تحمل شبكة الإنتاج. ويستخدم هذا التكوين مولد الغاز الحالي كهامش مرونة بدلاً من زيادة سعة البطارية بشكل مفرط تحسبًا لحدوث أسوأ السيناريوهات في حالات نادرة.
الخيار 2: 4 ميجاوات / 8 ميجاوات ساعة لتوفير الطاقة الاحتياطية للمصنع بأكمله
توفر أربع وحدات من طراز KRL طاقة PCS تبلغ 4 ميجاوات وطاقة اسمية تبلغ 8 ميجاوات ساعة. وتبلغ الطاقة النظرية المطلوبة لتغطية الحمل الأقصى للمصنع البالغ 1,553 كيلووات ما يلي:
1,553 kW × 4 h = 6.212 MWh AC
باستخدام نفس عوامل الفرز، توفر سعة 8 ميجاوات ساعة ما يقارب 6.56 ميجاوات ساعة من التيار المتردد في بداية العمر التشغيلي، أو حوالي 4.23 ساعة عند 1,553 كيلوواط. وعند السعة المتبقية 80%، تنخفض هذه القيمة إلى حوالي 5.25 ميجاوات ساعة أو 3.38 ساعة. وبالتالي، فإن تحقيق هدف محدد لنهاية العمر التشغيلي يتطلب دعمًا من أنظمة الطاقة الكهروضوئية أو المولدات، أو إيقافًا متحكمًا فيه للأحمال، أو أداءً مضمونًا مختلفًا، أو تقييم سعة اسمية تبلغ حوالي 10 ميجاوات ساعة.
The preliminary 3.5–4.5-year payback must not be published as a guarantee. ROI should be calculated from tariffs, demand charges, fuel, outage hours, production losses, PV yield, CAPEX and operating strategy.
دمج الألواح الكهروضوئية دون استخدام محول كهروضوئي خارجي
يظل نظام الطاقة الكهروضوئية الحالي من «هواوي» بقدرة 200 كيلوواط موصلاً بالتيار المتردد. ولا يمكنه العمل ضمن شبكة معزولة مدعومة بالبطاريات إلا إذا كان طرازه، وبرمجياته الثابتة، وإعدادات منع الانفصال عن الشبكة، واستجابته للجهد/التردد، ومنطق الحد من الإنتاج وإعادة التوصيل متوافقة مع وحدة التحكم KRL. وحتى يتم التحقق من ذلك، لا ينبغي اعتباره مصدر توليد ثابت أثناء انقطاع التيار.
The new 700 kW array connects directly to the KRL units’ integrated MPPT inputs. Although it is below one unit’s 960 kW MPPT rating, splitting strings across two units improves power sharing. Final design still requires module Voc, Vmp, Isc, temperature coefficients, MPPT limits and cable data. Variable PV can extend runtime but should not support a contractual autonomy guarantee without a conservative energy model.
400 فولت أو 33 كيلوفولت: إغلاق حدود الربط البيني
عند جهد 400 فولت وعامل قدرة يساوي 1، فإن 2 ميجاوات تعادل تقريبًا 2,887 أمبير، و4 ميجاوات تعادل تقريبًا 5,774 أمبير. ويمكن أن يُسهّل وجود قضيب توزيع رئيسي مخصص بجهد 400 فولت عملية النسخ الاحتياطي، لكن يجب أن تكون المفاتيح الكهربائية وقضبان التوزيع والكابلات وقدرة تحمل الأعطال قادرة على تحمل هذه التيارات.
بالنسبة للوصلة ذات الجهد 33 كيلو فولت، يجب أن يغذي نظام التغذية الكهروضوئية (PCS) ذو الجهد المنخفض محولًا رافعًا ذي تصنيف صحيح ومعدات التبديل ذات الجهد المتوسط؛ ولا يجب أبدًا توصيله مباشرةً بالجهد 33 كيلو فولت. وقد يتطلب الخيار ذو السعة 4 ميجاوات تقسيم أقسام الجهد المنخفض أو استخدام محولات فردية. يظل التبديل السلس نتيجة لتشغيل النظام على المستوى الشامل، ويتحدد ذلك بجهاز النقل، وأنظمة الحماية، والمحول، وأجهزة التحكم، والمحركات، وتوافق الألواح الكهروضوئية.
مراجعة التركيب الداخلي
لا يُعد تصنيف IP65 بحد ذاته موافقةً على استخدام نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) الذي يبلغ طوله 20 قدمًا في الأماكن المغلقة. ويجب أن تؤكد عملية المراجعة ما يلي: إمكانية الوصول للتسليم، وحمولة الأرضية، والتثبيت، ومسافات الأمان الخاصة بالصيانة وحالات الطوارئ، وتصريف الحرارة في أنظمة التبريد السائل، وكشف الحرائق وإخمادها، ومخاطر الغازات/الانفجار، والتهوية، والتأريض، ووسائل منع انتشار الحريق، وإيقاف الطوارئ والعزل. ويجب أن يتوافق التصميم النهائي مع متطلبات بنغلاديش دون الادعاء بالحصول على شهادات غير موثقة.
البيانات المطلوبة قبل تقديم العرض النهائي
- بيانات لمدة سبعة أيام، مدة كل منها 15 دقيقة، تتضمن قيم الكيلوواط (kW) والكيلو فولت أمبير (kVA) ومعامل القدرة وتيار الطور.
- قائمة الأحمال الحرجة، وقيم تصنيف المحركات، وطرق التشغيل.
- موقع SLD، وقدرة المحول/مجموعة المتجهات، وقدرة ناقل التيار المنخفض، ومستوى العطل.
- طراز محول هواوي، والبرمجيات الثابتة، وإعدادات الحماية.
- ورقة بيانات الوحدة الكهروضوئية، والتخطيط، ومسافات الكابلات.
- متطلبات الاستقلالية في بداية الحياة أو نهايتها، ومستوى الخدمة الاحتياطي (SOC).
- القدرة الحقيقية للمولد، وبيانات جهاز التحكم في السرعة/جهاز تنظيم الجهد التلقائي (AVR)، وحدود التشغيل.
- أبعاد الغرفة، وتصميم البلاطة، ومداخلها، والظروف المحيطة، ومسار التخلص من الحرارة.
- فواتير الكهرباء، وسجلات انقطاع التيار الكهربائي، وتكاليف الوقود لنموذج ROI.
الاستنتاج الهندسي
تشكل وحدتان من طراز KRL بقدرة 1 ميجاوات / 2 ميجاواط ساعة، ومجمع تيار متردد، ونظام كهروضوئي جديد موصول بالتيار المستمر بقدرة 700 كيلوواط، ونظام كهروضوئي قائم بالتيار المتردد بقدرة 200 كيلوواط، ومولد غاز بقدرة 1,500 كيلو فولت أمبير، شبكة صغيرة هجينة موثوقة من الناحية التقنية لتغطية الحمل الحرج البالغ 900 كيلوواط. وينبغي تقديم الخيار الذي تبلغ سعته 4 ميجاوات ساعة كحل اقتصادي للاحتياطي الهجين، بدلاً من تقديمه على أنه ضمان غير مشروط لمدة أربع ساعات يعتمد على البطاريات وحدها.
توفر أربع وحدات من طراز KRL خيارًا موثوقًا به يبلغ 8 ميجاوات ساعة في بداية العمر التشغيلي للحمل الأقصى للمصنع البالغ 1,553 كيلوواط. وتعتمد الموافقة النهائية على تحديد نوع التوصيل بين 400 فولت و33 كيلوفولت، والتحقق من الموقع الداخلي، واختبار التوافق مع أنظمة الطاقة الكهروضوئية الحالية، وتحديد ما إذا كان وقت التشغيل يُحسب في بداية عمر البطارية أم في نهايته.
راجع KRL B2M6L 1–2 MW / 2–6 MWh product family, ، الـ محفظة KRL لتخزين الطاقة في القطاعين التجاري والصناعي, ، و اتصل بشركة KRL Power مع ملف تعريف الأحمال، وبيانات SLD، وبيانات المحولات، وورقة بيانات النظام الكهروضوئي، ورسومات الغرف.