探究集裝箱儲能系統在微電網中的應用

2024年07月30日 09:00安科瑞電子商務（上海）有限公司點擊量：601

摘要：本研究報告深入探討了集裝箱儲能系統在微電網中的應用。通過分析其工作原理、優勢、應用場景、面臨的挑戰以及未來發展趨勢，為微電網領域的發展提供了有價值的參考。

一、引言
隨著全球對清潔能源的需求不斷增長以及電力系統的日益復雜，微電網作為一種靈活、可靠的供電解決方案受到了廣泛關注。集裝箱儲能系統作為微電網中的關鍵組成部分，發揮著重要的作用。

二、集裝箱儲能系統的工作原理
集裝箱儲能系統通常由電池組、電池管理系統（BMS）、能量轉換系統（PCS）、溫控系統、消防系統以及監控系統等組成。電池組是儲能的核心部分，常見的電池類型包括鋰離子電池、鉛酸電池等。BMS負責監測和管理電池的狀態，如電壓、電流、溫度等，以確保電池的安全和性能。PCS則實現電能的雙向轉換，在充電時將交流電轉換為直流電為電池充電，在放電時將直流電轉換為交流電向電網或負載供電。溫控系統保證電池在適宜的溫度范圍內工作，消防系統提供安全保障，監控系統實時監測整個系統的運行狀態。

三、集裝箱儲能系統在微電網中的優勢

（一）靈活性

集裝箱式的設計使得儲能系統易于運輸和安裝，可以快速部署在需要的地方，適應不同的微電網場景。

例如，在一些偏遠地區或臨時用電場所，如礦山、建筑工地等，集裝箱儲能系統可以迅速運抵并投入使用，滿足當地的電力需求。

（二）大容量儲能

通過集成大量的電池模塊，集裝箱儲能系統能夠提供較大的儲能容量，滿足微電網在不同時間段的能量需求。

在一些大型工業微電網中，如大型工廠或數據中心，需要大量的儲能來應對用電高峰和突發停電情況，集裝箱儲能系統能夠提供可靠的電力支持。

（三）高效能量轉換

先進的 PCS 技術能夠實現高效的能量轉換，減少能量損失，提高微電網的整體效率。

比如，采用高效的逆變器可以將電池輸出的直流電轉換為高質量的交流電，減少諧波對電網的影響。

（四）可擴展性

可以根據微電網的發展和需求的增長，通過增加集裝箱的數量或升級電池技術來擴展儲能容量。

以一個不斷發展的工業園區微電網為例，初期可以部署較少的集裝箱儲能系統，隨著園區規模的擴大和用電需求的增加，逐步增加集裝箱數量，實現儲能容量的擴展。

四、集裝箱儲能系統在微電網中的應用場景

（一）偏遠地區供電

在遠離主電網的偏遠地區，如海島、山區等，建立微電網結合集裝箱儲能系統，可以實現穩定的電力供應。

例如，一些海島依靠風力發電和集裝箱儲能系統，解決了居民和旅游業的用電問題，減少了對柴油發電機的依賴，降低了運行成本和環境污染。

（二）可再生能源集成

與太陽能、風能等可再生能源發電系統結合，平抑其輸出功率的波動，提高可再生能源在微電網中的滲透率。

在一個風電場附近的微電網中，集裝箱儲能系統在風力充足時儲存多余的電能，在風力不足時釋放電能，保證了微電網的穩定運行。

（三）應急備用電源

在電網故障或自然災害等緊急情況下，作為微電網的備用電源，保障關鍵負荷的持續供電。

醫院、通信基站等重要設施的微電網中，集裝箱儲能系統能夠在市電中斷時迅速切換供電，確保醫療設備和通信設備的正常運行。

（四）削峰填谷

利用電價差，在用電低谷時儲存電能，在用電高峰時釋放電能，降低微電網用戶的用電成本。

對于一些商業建筑的微電網，通過集裝箱儲能系統的削峰填谷功能，可以有效降低電費支出，提高能源利用效率。

五、面臨的挑戰

（一）成本較高

包括電池成本、PCS 成本、集裝箱外殼及配套設施成本等，這限制了其大規模應用。

比如，一些小型微電網項目可能由于資金限制，難以承受集裝箱儲能系統的初始投資。

（二）電池壽命和性能衰減

長期的充放電循環會導致電池壽命縮短和性能衰減，影響系統的可靠性和經濟性。

在一些頻繁進行深度充放電的應用場景中，電池的壽命可能會明顯縮短，需要定期更換電池，增加了運營成本。

（三）安全問題

電池的熱失控、火災等安全風險是集裝箱儲能系統面臨的重要挑戰。

一旦發生安全事故，可能會造成嚴重的損失，因此需要完善的安全監測和防護措施。

（四）標準和規范不完善

目前集裝箱儲能系統的設計、安裝、運行和維護等方面的標準和規范還不夠完善，導致市場上產品質量參差不齊。

這給用戶在選擇和使用集裝箱儲能系統時帶來了一定的困惑，也影響了行業的健康發展。

六、未來發展趨勢

（一）技術創新

研發更高性能、更長壽命、更低成本的電池技術，如固態電池、鈉離子電池等。

同時，PCS 技術也將不斷優化，提高效率和可靠性。

（二）系統集成優化

通過與其他能源設備和系統的深度融合，實現更高效、更智能的運行。

例如，與氫能系統結合，實現長時儲能和多能源互補。

（三）商業模式創新

探索新的商業模式，如儲能租賃、能源服務合同等，降低用戶的使用成本。

電力公司或第三方儲能運營商可以通過提供儲能服務，實現盈利和可持續發展。

（四）政策支持

政府出臺相關政策，鼓勵和支持集裝箱儲能系統的發展，如補貼政策、儲能容量市場機制等。

這將有助于推動集裝箱儲能系統在微電網中的廣泛應用。

七、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統

7.1系統概述

安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

7.2系統功能

7.2.1實時監測

系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

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7.2.2設備監控

系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

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PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。

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BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

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空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

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UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關電參量監測。

7.2.3曲線報表

系統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

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7.2.4策略配置

滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

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7.2.5實時報警

儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

7.2.6事件查詢統計

儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

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7.2.7遙控操作

可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態。

7.2.8用戶權限管理

儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

探究集裝箱儲能系統在微電網中的應用

八、結束語

本文提出了一套適用于微電網的集裝箱儲能系統，該集裝箱儲能系統主要包含磷酸鐵鋰電池簇、電池管理系統、功率變換系統和儲能監控系統，詳細介紹了每個系統的作用及相互間的聯系。本文提出的集裝箱儲能系統設計方案已經在1.5MWh微電網儲能項目中投入使用，在長期運行過程中證實了該方案的實用性及可行性，對改善微電網電能質量起到了積極作用。

參考文獻

[1］郭振，詹梨梨，王冬林，陳頡.集裝箱儲能系統在微電網中的應用研究

[2］張建華，黃偉.微電網運行控制與保護技術[M].北京：中國電力出版社，2010：110-126.

[3] 企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

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