作為能量來源，陽光和風都各有利弊。它們是取之不盡的資源，在技術(shù)不斷進步下，為世界提供環(huán)境上可持續(xù)的能源供應以及在可接受的成本和效率平衡方面發(fā)揮著至關重要的作用。然而同時，它們又很不穩(wěn)定，無法對需求的波動做出響應。對于公用事業(yè)公司而言，這意味著需要進行大量的基礎設施投資以穩(wěn)定電網(wǎng)。如果電力供給過度，那么發(fā)電廠必須加以限制甚至脫機。這對電廠運營者來說令人相當沮喪。在相反的情況下，任何能源短缺都必須通過所謂的峰值發(fā)電廠快速得到彌補。這主要是通過燃氣發(fā)電機實現(xiàn)的，有時需要花費幾分鐘才能切換，也可能會因為弱電網(wǎng)中光伏系統(tǒng)的饋入量增加而出現(xiàn)問題。
圖1 結(jié)合一個光伏系統(tǒng)和兩個電池存儲單元的互補發(fā)電系統(tǒng)視圖
互補發(fā)電系統(tǒng)確保穩(wěn)定供電
在認識到這些問題之后，Belectric Solar & Battery的開發(fā)人員實現(xiàn)了一個非常聰明的想法。“基本的想法是將我們在太陽能發(fā)電和儲能領域的能力結(jié)合起來，這樣可以穩(wěn)定電網(wǎng)。”負責電池項目實施的Lars Fallant說道。這是通過將各種能量來源結(jié)合起來實現(xiàn)的，例如風能和光伏系統(tǒng)以及熱電聯(lián)產(chǎn)設備和高性能電池存儲系統(tǒng)。這些系統(tǒng)由能源管理系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，該系統(tǒng)使用貝加萊控制技術(shù)和POWERlink通信。與當?shù)叵M者相結(jié)合，這將產(chǎn)生一個本地電網(wǎng)，如果經(jīng)過適當設計，就可以長時間自主運行，存儲多余電能并按需將其輸入電網(wǎng)。
未來的光伏電站
這種方法對于實現(xiàn)可持續(xù)能源目標至關重要，這就是為什么有八家合作伙伴、六家公司和兩家研究機構(gòu)聯(lián)合起來開發(fā)綜合技術(shù)解決方案，從而使逆變器和其他系統(tǒng)組件能夠滿足更高要求。Belectric的工程師在研究項目中率先開發(fā)未來的光伏電站并非巧合。“通過這個項目，我們還希望開始實施從基于發(fā)電機的網(wǎng)絡向由逆變器驅(qū)動的網(wǎng)絡過渡。”Vincent Ackermann解釋道，他是負責電池存儲系統(tǒng)的銷售。
冗余控制系統(tǒng)是一項基本要求
即使在項目的最初階段，很明顯單獨的發(fā)電廠對其控制系統(tǒng)的要求也很高。“通過這種方法，我們正在進入系統(tǒng)服務領域。”Fallant說道，“如果主控制器出現(xiàn)故障，那么用戶需要在幾個CPU周期內(nèi)切換到冗余系統(tǒng)。當互補發(fā)電系統(tǒng)負責整個電網(wǎng)供電時，每一毫秒都很重要。”這時候，貝加萊X20控制器的優(yōu)勢就能起到關鍵性作用，因為控制器和網(wǎng)絡冗余長期以來一直是其標準產(chǎn)品組合的一部分。
集成安全絕非事后的考慮
不言而喻，可靠性和安全性在發(fā)電廠開發(fā)中需要優(yōu)先考慮。一方面，電池必須得到安全地通風和監(jiān)控，這需要至少符合SIL 2的安全控制組件。此外，主控制器和其他控制器之間的現(xiàn)場總線不僅必須嚴格確定，還要防止外部訪問。開發(fā)人員在貝加萊的產(chǎn)品組合中找到了他們所需要的組件。安全模塊可以根據(jù)需要輕松集成到功能系統(tǒng)中，而且POWERlink通信高速，幾乎無抖動，最重要的是安全。
圖2 位于索馬里蘭的能源管理和電池控制系統(tǒng)的控制柜——采用了控制器、安全組件和SiteManager
安全遠程維護取代現(xiàn)場人員
“我們的電站完全自主運行，無需現(xiàn)場人員操作。”Fallant在概括另一項要求時解釋道，“這意味著，我們需要為電站保持穩(wěn)定且安全的數(shù)據(jù)鏈接。”這對貝加萊的安全遠程維護解決方案來說沒有任何問題，Belectric經(jīng)常使用該方案。通過加密的、受證書保護的VPN連接，數(shù)據(jù)在工廠中的SiteManager單元(帶集成防火墻)和運營者處的GateManager單元之間安全傳輸。“這使我們可以將所有錯誤消息直接轉(zhuǎn)發(fā)給服務提供者，并通過基于Web的HMI接口訪問系統(tǒng)。”Ackermann說道，“我們的電站完全自主運行，沒有任何現(xiàn)場人員。貝加萊的安全遠程維護解決方案使我們可以將所有錯誤消息直接轉(zhuǎn)發(fā)給服務提供者，并通過基于Web的HMI接口訪問系統(tǒng)。”
除了在整個歐洲實施眾多光伏電池項目之外，最早的風光互補發(fā)電站之一現(xiàn)已在非洲投入運營。在那里，索馬里蘭信息部使用輸出功率為500?kWp的光伏系統(tǒng)和1000?kWh的電池為其無線電臺和電視臺提供所需的全部電力。輔助的300 kW柴油發(fā)電機僅在夜間以及當白天存儲的電能不足時使用。
“通過我們的下一個項目——四個175?kW的快速充電樁結(jié)合光伏系統(tǒng)和電池存儲，我們希望通過一個可以減少電網(wǎng)連接負載的解決方案來增強電動汽車的基礎設施建設。”Ackermann在展望未來的項目時說道，貝加萊系統(tǒng)在其中仍將繼續(xù)成為首選。
