Xtender如何构造混合系统经济性分析教案.pptx

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1、会计学1Xtender如何构造混合系统经济性分析如何构造混合系统经济性分析2 混合系统的成本混合系统的成本优势优势l 右图，明确显示了离网发电系统（微型电网）右图，明确显示了离网发电系统（微型电网），纯光伏系统的发电成本远远高于风光互补，纯光伏系统的发电成本远远高于风光互补，要高于柴油机发电要高于柴油机发电l国产柴油机初始投资：国产柴油机初始投资：RMB45/W离网光伏系统初始投资：离网光伏系统初始投资：RMB3040/Wl 发电成本：发电成本：每升柴油可以发出每升柴油可以发出2000到到30000KWh电能，约电能，约RMB23/KWh离网太阳能系统，约离网太阳能系统，约RMB610/KWh

2、，晚上负，晚上负载供电成本将更高（原因是效率低）载供电成本将更高（原因是效率低）25KW纯光伏纯光伏系统发电成本系统发电成本100KW风光互补风光互补系统发电成本系统发电成本100KW柴油机柴油机发电成本发电成本世行报告：边远地区各种构造能量源其发电成本预测（世行报告：边远地区各种构造能量源其发电成本预测（2004&2015）美分美分/kWh1、偏远地区微型电网的构建，风、偏远地区微型电网的构建，风+光光+柴互补，或者光柴互补，或者光+柴互补是经济性和效率性的最佳组合。柴互补是经济性和效率性的最佳组合。2、混和系统构建成本降低，最简单方式是使用柴油机去克服恶劣天气（连续阴雨天、冬天光照、混和系

3、统构建成本降低，最简单方式是使用柴油机去克服恶劣天气（连续阴雨天、冬天光照差），柴油机初始投资低但长期运行成本高，可再生能源系统初始投资高，但长期运行成本高。差），柴油机初始投资低但长期运行成本高，可再生能源系统初始投资高，但长期运行成本高。重要结论重要结论第1页/共17页APPLICATIONSBenefits of hybrid systems:Benefits of hybrid systems:混合系统的优点混合系统的优点混合系统的优点混合系统的优点A much more flexible power supply:一个更加灵活的电源系统Allow a much larger ener

4、gy demands fluctuation and a supplement of power for heavy loads(pumps,tools,etc.)满足更大负载能量需求的波动，为重型负载（泵、工具等）的提供一个补充能源Allow a“narrow”dimensioning on renewable energy(PV),and storage sizing,saving investments cost.允许降低可再生能源（太阳能）和蓄电池容量，降低初始投资Energy management reduce battery cycling and extend battery l

5、ife先进的能量管理模式减少蓄电池循环延长寿命Allow to apply several different operating pattern:允许不同的发电机运行模式Diesel generator used as back-up 柴油发电机为备用Diesel generator used during low season 淡季使用发电机Weekly or daily use of diesel generator as supplement of the renewable energy production每周/每天一次使用发电机，作为可再生能源补充Peak shaving and

6、 backup of a power limited diesel generator permanently running 对于24小时运行的容量有限的发电机，可以削掉负载尖峰及提供备用能源Secure supply by source redundancy:通过能量源的冗余提高可靠性system is still functional in case of lack of solar or wind or in case of system maintenance在光照缺乏或无风或系统维护时，保证系统仍然运行。Xtender3第2页/共17页4Question1:10kw generat

7、or consume more fuel than 4KW generator when only small power required.问题问题1：上图显示，当负载消耗功率比较小的时候，：上图显示，当负载消耗功率比较小的时候，10KW（大）发电机耗油比（大）发电机耗油比4KW（小）的发电机多不少。（小）的发电机多不少。因此尽量选择合适容量的发电机，提高小负荷输出时的效因此尽量选择合适容量的发电机，提高小负荷输出时的效率。另外，发电机还有怠速耗油问题，因此发电机在太阳率。另外，发电机还有怠速耗油问题，因此发电机在太阳能发电高峰期，要停机。能发电高峰期，要停机。Question2:It me

8、ans that between 60 and 80%of Pnom.of the generator you have the best efficiency.问题问题2：发电机只有在：发电机只有在60%到到80%额定输出时，额定输出时，效率最高。（效率最高。（1升柴油大约可以发出升柴油大约可以发出2到到3度交流度交流电，发电机发电效率远远大于光伏系统）。电，发电机发电效率远远大于光伏系统）。选择容量小一些的柴油机，可以尽可能让柴油机选择容量小一些的柴油机，可以尽可能让柴油机多一些时间工作在高效率区间。多一些时间工作在高效率区间。设计混合系统的一些原则设计混合系统的一些原则 第3页/共17页

9、5 设计混合系统的一些原则设计混合系统的一些原则 Dimensionning without boost无增强功能Dimensionning with boost带增强功能Design principle1:With the help of smart boost function,the battery energy（read area)could be added to the generator power in order to reduce the peak loads and to undersize the generator in order to improve its ef

10、fiency.Smart-boost is implemented in Xtender series inverter charger设计原则1：见上图，双向逆变器具有智能增强功能，蓄电池的能量（红色）可以自动补充发电机的交流输出不足部分，避免发电机过载。因此，在决定初始投资时，智能增强功能允许降低发电机的容量。达到提高发电机工作效率的目的。智能增强功能（SMART-BOOST）集成在XTENDER系列逆变充电一体机里。Optimal time for running genset on a planned schedule依照规划时间表依照规划时间表运行发电机的最佳时机运行发电机的最佳时机

11、Design principle2:The system is dimensioned for an average daily use of the generator.In that case it is best to plan the start time of the genset and use the automatic start in function of the battery voltage as a security.The optimum time to start the genset,is to use it at given time schedules,wh

12、en there is no sun but user loads,ideally during the evening.It is better to make a direct used of the energy provided by the generator than running on batteries and recharging them later with that energy.With a correct time schedule,cycling of energy in the batteries is avoided,giving a gain in eff

13、iciency and battery lifetime.设计原则2：通常发电机容量计算是根据每天平均耗电和负载功率决定。在混合系统里，出于供电安全的考虑，可以设置发电机根据蓄电池电压值，来自动启动。（或者蓄电池的能量状态SOC%)启动发电机的最佳时机：在即定的时间表内运行发电机，这时没有太阳能可负载还需要供电。最好是发电机发出的交流电直接供给负载，避免用蓄电池的电，然后发电机再给蓄电池充电。通过合适运行发电机，可以避免能量在蓄电池里循环，获得更高效率，延长蓄电池寿命。绿色曲线代表负载运行智能增强功能智能增强功能使得降低柴油使得降低柴油机配置容量成机配置容量成为可能为可能第4页/共17页lXt

14、ender系列双向逆变器，又称逆变充电一体机，由一个逆变器、一个交流充电器和一个转移继电系列双向逆变器，又称逆变充电一体机，由一个逆变器、一个交流充电器和一个转移继电器组成。器组成。K1和和K2是一个重载的转移继电器，最大允许通过是一个重载的转移继电器，最大允许通过50A电流（电流（11。5KW）。即单台双向逆）。即单台双向逆变器交流母线最大可以通过变器交流母线最大可以通过11.5KW的能量。的能量。l 逆变功能逆变功能：Xtender带有一个高性能的工频逆变器，过载能力突出，允许倍带有一个高性能的工频逆变器，过载能力突出，允许倍3倍的额定功率输出倍的额定功率输出5秒，单机秒，单机1.5到到7

15、KW，单相最多并联，单相最多并联3个，可构建三相电网，最大功率个，可构建三相电网，最大功率63KW。l功率分配模式充电功率分配模式充电：当交流源（市电或柴油机）出现在：当交流源（市电或柴油机）出现在AC IN端时，转移继电器会立即导通，优先端时，转移继电器会立即导通，优先给负载供电，多余的能量给蓄电池充电，给负载供电，多余的能量给蓄电池充电，Xtender为一个带功率因数校正的充电器。为一个带功率因数校正的充电器。Xtender还可允还可允许来自许来自AC OUT端的电流给蓄电池充电。端的电流给蓄电池充电。l UPS模式模式：当：当AC IN 端交流源消失，端交流源消失，Xtender会立即工

16、作在逆变模式，提供电压源给负载供电。会立即工作在逆变模式，提供电压源给负载供电。切换时间最长切换时间最长15毫秒。毫秒。l 信号管理信号管理：Xtender带有两个辅助继电器触点带有两个辅助继电器触点AUX1和和AUX2，用于不同条件下的编程。还有一个，用于不同条件下的编程。还有一个远程开关信号接口远程开关信号接口(Remote entry)，对外部的开关信号进行响应。，对外部的开关信号进行响应。l 模块式设计模块式设计：每相最多并联：每相最多并联3个单元，个单元，3个个Xtender可组成的三相电网，最多可组成的三相电网，最多9个模块组合成最大功个模块组合成最大功率率63KW的三相电网。每个

17、模块之间，通过的三相电网。每个模块之间，通过CAN BUS 数据线进行通讯，保持同步化和相位平衡。数据线进行通讯，保持同步化和相位平衡。l智能增强功能（智能增强功能（Smart boost)：可以将来自蓄电池逆变馈向可以将来自蓄电池逆变馈向AC OUT侧，自动补充输入交流源，例如侧，自动补充输入交流源，例如发电机或市电（电流有限）。这个功能可以用于负载的削峰和降低发电机的配置。发电机或市电（电流有限）。这个功能可以用于负载的削峰和降低发电机的配置。l 蓄电池优先蓄电池优先：设定蓄电池在设定蓄电池在AC IN电网在线时，优先给负载供电。电网在线时，优先给负载供电。l 蓄电池馈电蓄电池馈电：分两种

18、模式，一种是保持蓄电池充满，将蓄电池无法接受的能量，馈到交流母线。：分两种模式，一种是保持蓄电池充满，将蓄电池无法接受的能量，馈到交流母线。另一种是，在规定的时间段，按照设定的电流，强制向交流母线馈电。另一种是，在规定的时间段，按照设定的电流，强制向交流母线馈电。l 交流并接交流并接：允许作为电流源的并网逆变器，在双向逆变器：允许作为电流源的并网逆变器，在双向逆变器AC OUT端交流并接。端交流并接。Xtender系列单机1.5到7KVA能量可以双向流动K1和K2为转移继电器，230V 50Aac 构建混合系统的关键部件构建混合系统的关键部件-逆变充电一体机（双向逆变器）逆变充电一体机（双向逆

19、变器）双向逆变器作为直双向逆变器作为直流母线和交流母线流母线和交流母线的能量接口，动态的能量接口，动态管理系统能量需求。管理系统能量需求。第5页/共17页APPLICATIONSXtender离网型离网型离网型离网型电源电源电源电源（独立（独立（独立（独立式或分式或分式或分式或分布式）布式）布式）布式）最大扩最大扩最大扩最大扩容到容到容到容到63KVA63KVA 构建混合系统的关键部件构建混合系统的关键部件-逆变充电一体机逆变充电一体机（双向逆变器）（双向逆变器）第6页/共17页+Xtender系列逆变充电一体机（标准混合系统构造）系列逆变充电一体机（标准混合系统构造）PFC AC Charg

20、er 带功带功率因数校正交流充电器率因数校正交流充电器50 Amps transfer switch50安培安培 转移开关转移开关Up to最大最大 140 AI/U/U0+多阶段充电多阶段充电100%programmable完全设置完全设置2 auxiliary contact+one entry两个辅助触点两个辅助触点+一个外部指令信号接入端一个外部指令信号接入端AC INAC OUTDC BUS直流母线直流母线第7页/共17页9两个辅助继电器触点，两个辅助继电器触点，AUX1和和AUX2，可分别自由地、独立地编程可分别自由地、独立地编程两个无电势反接触点，规格16A/275V（单相）可实

21、现无尽的潜在的应用，AUX触发基于以下条件的组合：l时间表和临时限制条件（如晚上静音运行）l3个蓄电池电压设定（带延时）l3个逆变器输出功率大小设定（带延时）l各种状态（Xtender的开/关/充电/增强模式/吸收充等为触发条件）l 温度l各种不同事件与/或逻辑关系组合l蓄电池的容量状态SOC%，做为触发条件（需要配件BSP）l 通过AUX1（默认设置）自动启动发电机（两线式或三线式，电启动型）l负载优先级别管理：在达到设定条件后，自动切断次要负载（AUX2驱动外部交流接触器线圈）l 报警l等等第8页/共17页ACDCACDCXtender组成三相混合系统+tri-phase三相+remote

22、 Display and programming module外置显示和编程模块and paralleling和多机并联ACDCACDCACDC“smart boost”智能增强From 1500VA up to 63kVAAPPLICATIONSXtender10Generator Max.100KVA,3phase第9页/共17页11Malaysia 2008:马来西亚2008 年60 systems for schools 60个学校系统1.1 MW project/总装机1.1MW(done by Conergy)（由Conergy承建）APPLICATIONS6 Xtender 8k

23、W as a core device of a 48kW 3 phase system with 30kW solar PV,and 30kW diesel genset6个XTH8000-48（8KW）组成一个48KW的核心三相电网，30KW太阳能组件，30KW柴油发电机Xtender第10页/共17页12案例分析（经济性计算）：偏远地区的一个通信基站，负载为直流20A的连续负载，电压为48V。还有一个1000W/220V的交流负载，每天工作12小时。安装地点的海拔为1500m，夏季的平均温度为30摄氏度。气候很干燥，所以不必考虑湿度对发电机的影响。负载情况，负载的每天耗电量为，20 A 4

24、8 V=960W 960W24h 23.04 kWh/day 1000W12h=12kWh/day,每天耗电=35.04KWh柴油机去克服恶劣天气（连续阴雨天、冬天光照差），可以大大降低初始投资和长期运行成本柴油机去克服恶劣天气（连续阴雨天、冬天光照差），可以大大降低初始投资和长期运行成本第11页/共17页13A、太阳能、太阳能/柴油机混合系统收益分析：光伏组件投资柴油机混合系统收益分析：光伏组件投资混合系统（选择STUDER逆变充电一体机）：在混合系统中，因为备用油机可以给蓄电池充电，所以可以不再考虑季节因素对太阳电池组件的影响。太阳电池组件的设计只需要考虑使得太阳电池组件在全年中输出最大即

25、可，可以更为有效的利用太阳能。本案例是选择了年平均日照时数（夏天有可能有些浪费）。P=35.041.05/（3.720.90.950.80.85）=17KWTm=3.72（年平均日照时数）,2=0.9，3=0.95（选择使用MPPT控制器）L=0.8（蓄电池能量循环效率）Ka=0.85（STUDER逆变器最低效率是0.9，自身功耗低并且具有待机模式，待机模式功耗1W左右）组件功率选择17KW，（柴油机会给蓄电池补充能量）纯光伏系统（选择普通逆变器）：对于独立光伏系统，为了降低蓄电池用量和系统成本，需要在冬季获得最大的太阳能辐照。这样就需要将太阳电池组件的倾角设置成比当地纬度大10-20度。P=

26、35.041.05/（30.90.950.80.7）=26KWTm=3（年最差日照时数）,2=0.9，3=0.8（太阳能充电控制器无MPPT功能）L=0.8（蓄电池能量循环效率）Ka=0.7（国产逆变器平均效率0.8，自身功耗是额定功率3%，无待机模式，逆变器12小时工作，12小时处于无负载状态）另外考虑到阴雨天后，尽快将蓄电池充满，额外增加10%的组件。组件功率是30KW在组件投资方面：混合系统可以节省13W组件，大约是13万块第12页/共17页14B、太阳能、太阳能/柴油机混合系统收益分析：蓄电池投资柴油机混合系统收益分析：蓄电池投资混合系统（选择STUDER逆变充电一体机）：在纯光伏系统

27、中，蓄电池是作为能量的储备，该能量储备必须充分以随时满足天气情况不好时的能量需求。在混合系统中，蓄电池的作用稍稍有所不同。它的作用是使得系统可以协调控制每种能源的利用（能量平衡）。通过蓄电池的储能，系统在充分利用太阳能的同时，还可以控制发电机在最适宜的情况下工作。好的混合系统设计必须在经济性和可靠性方面把握好平衡。蓄电池容量C=35.0421.05/(0.50.85）=173KWHD=2天（因为有柴油机备用，无需蓄电池过长的自治时间）U=0.5放电深度（备用柴油机可以在蓄电池放电深度达到0.5时，自动启动，将蓄电池完全充满）Ka=0.85（STUDER逆变器最低效率是0.9，自身功耗低并且具有

28、待机模式，待机模式功耗1W左右）蓄电池选择：48V 3500Ah纯光伏系统（选择普通逆变器）：蓄电池是作为能量的储备，该能量储备必须充分以随时满足天气情况不好时的能量需求。C=35.0451.05/(0.80.8）=328.5KWHD=5天（连续阴雨天）U=0.8（连续阴雨天，放电深度）Ka=0.7（国产逆变器平均效率0.8，自身功耗是额定功率3%，无待机模式，逆变器12小时工作，12小时处于无负载状态）蓄电池投资：48V 7000AH在蓄电池投资方面：混合系统可以节省48V 3500Ah蓄电池，大约是18万块第13页/共17页15C、太阳能、太阳能/柴油机混合系统收益分析：投资发电机和逆变充

29、电一体机柴油机混合系统收益分析：投资发电机和逆变充电一体机混合系统（选择STUDER逆变充电一体机）：发电机和逆变充电一体机（带交流充电功能）应该进行匹配设计，因为在混合系统中这两个部分联系紧密。首先，蓄电池的容量决定了蓄电池的充电器大小。充电器不能用过大的电流给蓄电池充电，通常选择充电率为C/10。发电机的功率必须能够满足蓄电池充电的需要。较小的蓄电池会降低系统的初始成本，但会导致更为频繁的柴油机工作和启动，从而增加燃油消耗和柴油机维护成本。在计算发电机大小的时候还要考虑负载的能量需求和功率因数（对于蓄电池充电可以理解为发电机的系统负载）。如果系统使用的是交流总线，那么还要考虑直接接到发电机

30、的交流负载。使用较大的发电机，会减少发电机工作的时间，但是并不一定会降低太阳电池组件发电量占系统总发电量的百分比。减少发电机的工作时间就可以降低系统的维护成本，并且提高系统的燃油经济性。所以使用较大功率的发电机会有很多优点。理论上，可以选择发电机的功率为系统负载的75%-90%。这样就可以有比较低的系统维护成本和较高的系统燃油经济性。一般情况下，发电机的输出功率随着海拔的升高而降低，通常每升高三百米降低3.5%。温度（相对额定温度，一般为30）每升高一度，则输出降低0.36%;而湿度可能导致的功率下降最高为6。本案例：蓄电池选择48V 3500Ah，允许最大充电充电电流350A，充电功率是16

31、.8KW。下面来确定发电机的功率。首先，我们计算满足75-90%负载需要的发电机功率。16.8/0.75=19.2 kW 16.8/0.90=18.6kW考虑到综合情况，本案例选择20KW的柴油发动机，成本是9万块。选择2台逆变充电一体机XTH6000-48，额定5KVA，30分钟过载7KVA，最大充电电流（直流）4.8KW/100A，成本是8万块纯光伏系统（选择普通逆变器）：国产逆变器3KW，价格在5000块左右，带有负载优先级管理功能，在蓄电池降到一定电压时，切断交流负载，保证直流负载供电。混合系统增加投资：17万块第14页/共17页16D、太阳能、太阳能/柴油机混合系统收益分析：发电机耗

32、油量分析柴油机混合系统收益分析：发电机耗油量分析混合系统（选择STUDER逆变充电一体机）：计算原则：在确定了燃油发电机发电与太阳电池组件能量贡献的分配之后，就可以根据负载每年的耗电量，计算出太阳电池组件的年度供电量和燃油发电机的年度供电量，由太阳电池组件的年度供电量就可以计算出需要的太阳电池组件容量，由发电机的年度供电量可以计算出每年的工作时间，从而估算燃油发电机的维护成本和燃油消耗。本案例采用先确定光伏组件发电量，再来确定发电机能量贡献，从而推算出发电机运行时间和成本。还可以先采取确定发电机工作时间，来计算光伏组件功率。例如，用户已经表明不希望发电机的工作时间过长，可以选择200小时作为发

33、电机一年中工作的最长时间（通常一年维修一次）。本案例：1年中太阳能光照最差发生在3月份，平均日照时数只有3。根据以下公式：P=17KW Tm=3（年平均日照时数）,2=0.9，3=0.95（选择使用MPPT控制器）L=0.8（蓄电池晚上放电效率损失）Ka=0.8517KW组件发电量875.42KWh/月（31天）。3月份发电机需要补充能量=35.0431-875.42=210.82假设系统的额外损失为10%，蓄电池的总效率为80%，双向逆变器充电功率4.8KW（选择更大的双向逆变器和发电机，可以减少发电机工作时间，但是会提高初始投资）。我们就可以计算出双向逆变器和发电机组合，光照最差月份需要工

34、作时间=210.82/(0.9*0.8*4.8)=61小时。本系统安装地区，有5个月低于年平均太阳能光照时数，估算发电机全年工作不超过200小时。通常发电机300到500小时更换一次机油和滤清器，费用约2000块。按照发电机耗油3L/h，一年耗油600L。考虑到运输成本，一年耗油成本是6000块。第15页/共17页17E、太阳能、太阳能/柴油机混合系统收益分析：初始投资和长期运行成本柴油机混合系统收益分析：初始投资和长期运行成本混合系统（选择逆变充电一体机）纯光伏系统（选择普通逆变器）混合系统收益（RMB)初始投资组件17KW（RMB170,000)30KW(RMB300,000)130，00

35、0蓄电池48V 3500AH（RMB105,00048V 7000AH(RMB210,000)105，000发电机和逆变器20KW柴油发电机和2台XTH6000-48逆变充电一体机3000W逆变器-170，0006年运行成本l发电机每年工作200小时，1年维护一次。l 来自光伏和柴油机的能量，保证蓄电池经常性被充满，即使是在冬天，因此寿命可以达到6年l6年总成本：RMB50，000l因为只有单一发电源PV，蓄电池存在经常性不被充满的风险，每3年需要更换一次蓄电池l 更换蓄电池成本RMB210,000160，000结论：l混合系统比纯光伏系统初始投资降低6.5万。l6年下来，运行成本降低16万。第16页/共17页