明日未來 | 自給自足的幼兒園儲能系統
發布時間：2019-03-29作者：萬可電子（天津）有限公司
Heiligkreuz幼兒園依靠分布式可再生能源系統滿足自身峰值負荷期間的用電需求，萬可組件在控制和通信上起著非常重要的作用。
位于維爾茨堡的Heiligkreuz幼兒園十分專注于未來發展。因為這里是明日主人翁們學習和玩耍的地方。
一個對能源格局越來越重要的電力供應解決方案也由此應運而生：依靠自身進行發電。
為此，屋頂的光伏系統承擔了這一任務。由于儲能設備可存儲多余電力并根據需要進行放電，這一系統運行起來十分經濟。
出于需要，Heiligkreuz幼兒園在2017年進行了一次翻新改造。然而，由于擴建，最大72千瓦的電力連接已遠遠不能滿足需求，所以還必須對電力供應系統進行重新設計。包括廚房、電梯以及分布式熱水供應系統在內的現代化設備明顯需要更多電能。
能耗的間歇性加倍要求具有比當前電力輸出更高的功率。直觀選擇便是對網絡連接容量進行擴展。為此，網絡運營商必須從公共網絡建立新的分支點并鋪設更多的地下電纜。當然，還需額外配備一個變電站。
施工經理決定摒棄傳統解決方案，轉而采用近幾年剛被提出并廣泛應用的前瞻性解決方案：依靠分布式可再生能源系統滿足自身峰值負荷期間的用電需求。
幼兒園成為產消者
這一現象首先出現于具有光伏系統的個體家庭和小型企業，在德國已進入新的發展階段。即當報酬較高時，這些主體向電網饋電。
然而，隨著補貼的下降，可再生能源生產的電力價格也大幅下跌。與此同時，依靠自身發電比從電網購電也變得更加劃算。
因此，越來越多的光伏系統得以建造，且它們產生的能量隨即便被就地消耗。其目的不再是完全用于向電網饋電，而是滿足自身消耗。然而，只有當系統能夠存儲多余電力時，才可實現經濟運行。
這是因為太陽能具有波動性和不確定性，而無關能量需求高峰與否。太陽能受益于市場發展的另外一個方面即是——因為基于鋰離子電池的系統價格也大幅下降。
如此一來，幼兒園便成了產消者：是生產者同時又是消費者，且完全獨立于能源供應商。自2017年年底，光伏陣列就開始在新幼兒園屋頂上運行。由于峰值負荷功率高于60千瓦的最大連接輸出，系統自身并不足以滿足峰值負荷的需求。
為此，來自維爾茨堡的TEAM ELECTRIO BECK為太陽能陣列額外安裝了一個由其與BMW共同開發的固定式電力存儲系統。
存儲設備限制網絡用電
電力存儲系統由一個BECK電源、控制單元以及六塊全新BMW i3鋰離子電池組成。每個電池的標稱存儲容量為33千瓦·時，總凈容量相當于175千瓦·時。借助該緩沖器，可根據需要對屋頂產生的電力進行使用。
在維爾茨堡，系統設計不僅使得輸出受限，而且還要盡量降低網絡用電需求。首先，我們可以將自產電能用于電力供應。不夠時，再從鋰離子電池中獲取電力。但事先應在低消耗時對不能立即消耗的自產電力進行存儲。
“除了優化自身消耗外，在峰值負荷期間使電池放電并在谷值負荷期間對電池充電也可避免網絡供電的增加，”來自BECK AUTOMATION的Ralf Klin-genberg解釋說。“這背后的算法可以連續計算最佳電池輸出，并防止不必要的電池放電。”
此外，還可根據負載管理優先級列表對各個設備進行阻塞；例如，根據需要關閉用于提供清潔水的直流式加熱器。
如果光伏陣列的發電量不足，那么電池可以在晚上等非高峰時段通過網絡充電。相反，如果光伏系統的發電量高于消耗量，并且電池已經充滿，那么也可將多余能量饋入電網。
PLC用于協調太陽能陣列、存儲設備、網絡及耗電設備之間的能量流
復雜的通信，靈活的遠動解決方案
BECK AUTOMATION使用萬可組件在電池、網絡、光伏陣列和耗電設備之間進行復雜的信息交換。
其中，WAGO-I/O-SYSTEM 750系列的PFC200遠動控制器便充當了控制和通信單元。板載RS-485接口則通過開源Modbus RTU協議與安裝在電網點的能量表進行通信。
此外，借助記錄的能量測量數據還可對能量生產與存儲進行有效控制。
控制器通過滿足最高安全標準的加密虛擬專用網絡(VPN)連接至Internet。
此外，萬可PLC還可將實時數據——以自產電能為例，包括電池充電狀態和消耗數據——傳輸至BECK服務器，并將歷史記錄發送到BECK數據庫進行評估。由此可進一步優化太陽能電池組之間的相互作用。
萬可新推出的緊湊型遠動網關(WTG)支持在控制層以開放式結構連接多達16個分站。供應商的自由度、透明度和成本效率因而上升到一個新高度。
新款緊湊型網關尤其適合分布式系統使用，可作為數據集中器/前端通信渠道和控制系統的前驅。
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