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根據國家“3060”雙碳遠景目標的規劃,在“十四五”期間,將單位GDP能源消耗降低13.5%,單位GDP二氧化碳排放降低18%。為此,風力、光伏等清潔新能源將會得到大力發展,但風光發電波動性大,必須引入足夠的儲能系統進行調節,使其與負載匹配。如圖1,展示了在從發電、輸電到用電的完整能源鏈條中,各個位置所配置的儲能系統,及其對于電網調度的作用曲線。
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風力、光伏發電儲能 | 電網、工業儲能 | 充電站儲能 | 家庭儲能 |
圖1 儲能系統在電網中的配置及作用
儲能系統種類多,其中電池儲能系統由于具備能源利用效率高、使用靈活、響應速度快等優點,目前正得到大力推廣,圖2為典型的機柜式電池儲能系統。
電池包(PACK#1 …… #N) | 電池包管理單元(BMU) | 儲能系統 |
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圖2 機柜式電池儲能系
統以兼具市電交流輸入和光伏直流輸入的家庭儲能產品為例做簡要介紹,如圖3,電池儲能系統可看做是由三個部分組成的:雙向功率轉換單元,電池包單元和管理單元。
圖3 電池儲能系統的功能框圖
功率轉換單元:通常由充電模塊和逆變模塊組成,是能夠單獨工作的獨立模塊。充電模塊把從電網(通常是電網負荷少的谷值時候,電費便宜)或者光伏板(有太陽光的時候)的能量,以化學能的形式存儲在電池里面。當需要儲能系統放電時,逆變模塊將電池里面的化學能轉換為交流電輸出,供給用電設備使用。
電池包單元:每個電池包都能看成獨立的模塊,根據系統需要,多個電池包像積木一樣搭起來,獲得不同的母線電壓和系統容量。在電池包內部,多節電池單體串聯在一起,并由BMS(電池管理系統)進行管理。若電池單體電壓為4.2Vdc,16節單體串聯,則電池包的輸出電壓為67.2Vdc。
管理單元:管理單元將功率轉換單元和電池包單元連接起來,組成完整的系統,其工作包括:監控電池包單元,連通或斷開母線,收發遙控信號,狀態顯示等。管理單元和其他兩個單元通過母線連接,其供電最適合通過母線直接取電。
電池包母線電壓范圍取決于電池包電壓和所串聯的個數,若電池包個數為2到10個,電池單體最低電壓3.4Vdc,則母線電壓范圍為108-672Vdc。廣州冠圖電子針對儲能系統專門開發出從電池包母線直接取電的電源模塊,GH60-V2Sxx-L(60W)和GH25-V2Sxx-L(25W),輸入電壓范圍為100-1000VDC,具備12V、24V等多個輸出電壓等級(并可根據客戶要求定制輸出電壓)。相對于市電取電方案,母線取電方案解決了在市電斷電時候的輔助供電問題,并支持儲能系統工作于完全離網的狀態。另外,廣州冠圖電子提供專業的定制電源服務,根據客戶儲能系統的具體要求,為客戶開發最合適的輔助電源。
在儲能系統中,電池包單元和功率轉換單元一般會通過斷路器連接起來,由于斷路器功耗比較大,是內部主要的耗能元件。儲能系統本身就是用來存儲能量的,自然希望自身損耗越小越好。
某款1000V/300A直流斷路器的線圈參數如下表所示:
線圈參數 | 額定工作電壓 | 24VDC(Us) |
工作電壓范圍(20℃) | Us85% - Us110% | |
吸合電壓(20℃) | Us75%Max | |
保持電壓(20℃) | Us85%Min | |
釋放電壓(20℃) | Us10%Min | |
最大啟動電流(20℃) | 2.0A | |
保持功率(20℃) | 約6W |
在斷路器吸合后,如果維持電壓能降低,維持功耗也隨之降低。如圖4,實測上述斷路器,若將維持電壓從24V降低到18V,維持功耗將從大于5W降低到略小于3W,能節省功耗2W以上,降幅超過40%。
圖4 某款直流斷路器的實測功耗曲線
儲能系統維持自身供電的能量來源于電池,任何節省下來的功耗都是彌足珍貴,值得去“摳”的。而降低斷路器的維持電壓,將是可選方法之一。
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