探究集装箱储能系统在微电网中的应用
浏览次数：291更新时间：2024-07-30
摘要： 本研究报告深入探讨了集装箱储能系统在微电网中的应用。通过分析其工作原理、优势、应用场景、面临的挑战以及未来发展趋势，为微电网领域的发展提供了有价值的参考。
一、引言
随着全球对清洁能源的需求不断增长以及电力系统的日益复杂，微电网作为一种灵活、可靠的供电解决方案受到了广泛关注。集装箱储能系统作为微电网中的关键组成部分，发挥着重要的作用。
二、集装箱储能系统的工作原理
集装箱储能系统通常由电池组、电池管理系统（BMS）、能量转换系统（PCS）、温控系统、消防系统以及监控系统等组成。电池组是储能的核心部分，常见的电池类型包括锂离子电池、铅酸电池等。BMS负责监测和管理电池的状态，如电压、电流、温度等，以确保电池的安全和性能。PCS则实现电能的双向转换，在充电时将交流电转换为直流电为电池充电，在放电时将直流电转换为交流电向电网或负载供电。温控系统保证电池在适宜的温度范围内工作，消防系统提供安全保障，监控系统实时监测整个系统的运行状态。
三、集装箱储能系统在微电网中的优势
集装箱式的设计使得储能系统易于运输和安装，可以快速部署在需要的地方，适应不同的微电网场景。
例如，在一些偏远地区或临时用电场所，如矿山、建筑工地等，集装箱储能系统可以迅速运抵并投入使用，满足当地的电力需求。
通过集成大量的电池模块，集装箱储能系统能够提供较大的储能容量，满足微电网在不同时间段的能量需求。
在一些大型工业微电网中，如大型工厂或数据中心，需要大量的储能来应对用电高峰和突发停电情况，集装箱储能系统能够提供可靠的电力支持。
先进的 PCS 技术能够实现高效的能量转换，减少能量损失，提高微电网的整体效率。
比如，采用高效的逆变器可以将电池输出的直流电转换为高质量的交流电，减少谐波对电网的影响。
可以根据微电网的发展和需求的增长，通过增加集装箱的数量或升级电池技术来扩展储能容量。
以一个不断发展的工业园区微电网为例，初期可以部署较少的集装箱储能系统，随着园区规模的扩大和用电需求的增加，逐步增加集装箱数量，实现储能容量的扩展。
四、集装箱储能系统在微电网中的应用场景
在远离主电网的偏远地区，如海岛、山区等，建立微电网结合集装箱储能系统，可以实现稳定的电力供应。
例如，一些海岛依靠风力发电和集装箱储能系统，解决了居民和旅游业的用电问题，减少了对柴油发电机的依赖，降低了运行成本和环境污染。
与太阳能、风能等可再生能源发电系统结合，平抑其输出功率的波动，提高可再生能源在微电网中的渗透率。
在一个风电场附近的微电网中，集装箱储能系统在风力充足时储存多余的电能，在风力不足时释放电能，保证了微电网的稳定运行。
在电网故障或自然灾害等紧急情况下，作为微电网的备用电源，保障关键负荷的持续供电。
医院、通信基站等重要设施的微电网中，集装箱储能系统能够在市电中断时迅速切换供电，确保医疗设备和通信设备的正常运行。
利用电价差，在用电低谷时储存电能，在用电高峰时释放电能，降低微电网用户的用电成本。
对于一些商业建筑的微电网，通过集装箱储能系统的削峰填谷功能，可以有效降低电费支出，提高能源利用效率。
五、面临的挑战
包括电池成本、PCS 成本、集装箱外壳及配套设施成本等，这限制了其大规模应用。
比如，一些小型微电网项目可能由于资金限制，难以承受集装箱储能系统的初始投资。
长期的充放电循环会导致电池寿命缩短和性能衰减，影响系统的可靠性和经济性。
在一些频繁进行深度充放电的应用场景中，电池的寿命可能会明显缩短，需要定期更换电池，增加了运营成本。
电池的热失控、火灾等安全风险是集装箱储能系统面临的重要挑战。
一旦发生安全事故，可能会造成严重的损失，因此需要完善的安全监测和防护措施。
目前集装箱储能系统的设计、安装、运行和维护等方面的标准和规范还不够完善，导致市场上产品质量参差不齐。
这给用户在选择和使用集装箱储能系统时带来了一定的困惑，也影响了行业的健康发展。
六、未来发展趋势
研发更高性能、更长寿命、更低成本的电池技术，如固态电池、钠离子电池等。
同时，PCS 技术也将不断优化，提高效率和可靠性。
通过与其他能源设备和系统的深度融合，实现更高效、更智能的运行。
例如，与氢能系统结合，实现长时储能和多能源互补。
探索新的商业模式，如储能租赁、能源服务合同等，降低用户的使用成本。
电力公司或第三方储能运营商可以通过提供储能服务，实现盈利和可持续发展。
政府出台相关政策，鼓励和支持集装箱储能系统的发展，如补贴政策、储能容量市场机制等。
这将有助于推动集装箱储能系统在微电网中的广泛应用。
七、Acrel-2000ES储能柜能量管理系统
7.1系统概述
安科瑞储能能量管理系统Acrel-2000ES，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，具有完善的储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在高级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。
7.2系统功能
7.2.1实时监测
系统人机界面友好，能够显示储能柜的运行状态，实时监测PCS、BMS以及环境参数信息，如电参量、温度、湿度等。实时显示有关故障、告警、收益等信息。
7.2.2设备监控
系统能够实时监测PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。
PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。
BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。
空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。
UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。
7.2.3曲线报表
系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。
7.2.4策略配置
满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。
7.2.5实时报警
储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。
7.2.6事件查询统计
储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
7.2.7遥控操作
可以通过每个设备下面的红色按钮对PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。
7.2.8用户权限管理
储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
八、结束语
本文提出了一套适用于微电网的集装箱储能系统，该集装箱储能系统主要包含磷酸铁锂电池簇、电池管理系统、功率变换系统和储能监控系统，详细介绍了每个系统的作用及相互间的联系。本文提出的集装箱储能系统设计方案已经在1.5MWh微电网储能项目中投入使用，在长期运行过程中证实了该方案的实用性及可行性，对改善微电网电能质量起到了积极作用。
参考文献
[1］郭振，詹梨梨，王冬林，陈颉.集装箱储能系统在微电网中的应用研究
[2］ 张建华，黄伟.微电网运行控制与保护技术[M].北京：中国电力出版社，2010：110-126.
[3] 企业微电网设计与应用手册2022.05版.
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