תפיסה מדויקת, ייצור חשמל חכם: שיפור היעילות וההגנה של תחנות מזג אוויר אוטומטיות בתחנות כוח פוטו-וולטאיות

מבוא: כאשר אור השמש הופך ל"משתנה"

ליבת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית היא המרת אנרגיית קרינת השמש לאנרגיה חשמלית, והספק המוצא שלה מושפע ישירות בזמן אמת מפרמטרים מטאורולוגיים מרובים כגון קרינת השמש, טמפרטורת הסביבה, מהירות וכיוון הרוח, לחות אטמוספרית ומשקעים. פרמטרים אלה אינם עוד רק נתונים בדוחות מזג אוויר, אלא "משתני ייצור" מרכזיים המשפיעים ישירות על יעילות ייצור החשמל של תחנות כוח, בטיחות הציוד ותשואות ההשקעה. תחנת מזג האוויר האוטומטית (AWS) הפכה אפוא מכלי מחקר מדעי ל"עצב חושי" ו"אבן פינה לקבלת החלטות" הכרחי עבור תחנות כוח פוטו-וולטאיות מודרניות.

א. מתאם רב-ממדי בין פרמטרי ניטור ליבה ויעילות תחנת כוח
תחנת מזג האוויר האוטומטית הייעודית לתחנות כוח פוטו-וולטאיות יצרה מערכת ניטור מותאמת אישית ביותר, וכל פיסת מידע קשורה באופן הדוק להפעלת תחנת הכוח:
ניטור קרינת שמש ("מדידת מקורות" לייצור חשמל)
קרינה כוללת (GHI): היא קובעת ישירות את האנרגיה הכוללת המתקבלת על ידי מודולים פוטו-וולטאיים והיא הקלט החשוב ביותר לחיזוי ייצור חשמל.
קרינה ישירה (DNI) וקרינה מפוזרת (DHI): עבור מערכים פוטו-וולטאיים המשתמשים בסוגרי מעקב או במודולים דו-פאציאליים ספציפיים, נתונים אלה חיוניים לאופטימיזציה של אסטרטגיות מעקב ולהערכת מדויקת של רווח ייצור חשמל בצד האחורי.
ערך יישום: הוא מספק נתוני ייחוס שאין להם תחליף להשוואת ביצועי ייצור חשמל (חישוב ערך PR), תחזית ייצור חשמל לטווח קצר ואבחון יעילות אנרגטית של תחנות כוח.

2. טמפרטורת הסביבה וטמפרטורת לוח האחורי של הרכיב ("מקדם הטמפרטורה" של היעילות)
טמפרטורת הסביבה: משפיעה על המיקרו-אקלים ודרישות הקירור של תחנת הכוח.
טמפרטורת הלוח האחורי של המודול: עוצמת המוצא של מודולים פוטו-וולטאיים יורדת ככל שהטמפרטורה עולה (בדרך כלל -0.3% עד -0.5%/℃). ניטור בזמן אמת של טמפרטורת הלוח האחורי יכול לתקן במדויק את תפוקת ההספק הצפויה ולזהות פיזור חום חריג של רכיבים או סכנות פוטנציאליות של נקודות חמות.

3. מהירות וכיוון הרוח ("חרב פיפיות" של בטיחות וקירור)
בטיחות מבנית: רוחות חזקות מיידיות (כגון אלו העולות על 25 מטר לשנייה) מציבות את המבחן האולטימטיבי לתכנון עומס מכני של מבני תמיכה פוטו-וולטאיים ומודולים. אזהרות מהירות רוח בזמן אמת יכולות להפעיל את מערכת האבטחה, ובמידת הצורך, להפעיל את מצב הגנה מפני רוח של המעקב בעל הציר החד (כגון "מיקום סערה").
קירור טבעי: מהירות רוח מתאימה מסייעת להוריד את טמפרטורת ההפעלה של רכיבים, ובכך משפרת בעקיפין את יעילות ייצור החשמל. הנתונים משמשים לניתוח אפקט קירור האוויר ולמיטוב סידור המערך והמרווח ביניהם.

4. לחות יחסית ומשקעים ("אותות אזהרה" לתפעול ותחזוקה ותקלות)
לחות גבוהה: היא עלולה לגרום לאפקטים של PID (ניחוח מושרה על ידי פוטנציאל), להאיץ קורוזיה של ציוד ולהשפיע על ביצועי הבידוד.
משקעים: ניתן להשתמש בנתוני גשם כדי לקשר ולנתח את אפקט הניקוי הטבעי של רכיבים (עלייה זמנית בייצור חשמל), ולהנחות את תכנון מחזור הניקוי הטוב ביותר. אזהרות גשם כבד קשורות ישירות לתגובת מערכות בקרת שיטפונות וניקוז.

5. לחץ אטמוספרי ופרמטרים אחרים ("גורמי עזר" מעודנים)
הוא משמש לתיקון נתוני קרינה בדיוק גבוה יותר ולניתוח ברמת מחקר.

II. תרחישי יישומים חכמים מונעי נתונים
זרם הנתונים של תחנת מזג האוויר האוטומטית, דרך רשת איסוף הנתונים והתקשורת, זורם למערכת הניטור ורכישת הנתונים (SCADA) ולמערכת חיזוי ההספק של תחנת הכוח הפוטו-וולטאית, מה שמוליד יישומים חכמים מרובים:
1. חיזוי מדויק של ייצור חשמל ושליחת רשת החשמל
חיזוי לטווח קצר (לפי שעה/לפי יום): שילוב של קרינה בזמן אמת, מפות עננים ותחזיות מזג אוויר מספריות (NWP), משמש כבסיס מרכזי למחלקות שיגור רשת החשמל כדי לאזן את תנודתיות האנרגיה הפוטו-וולטאית ולהבטיח את יציבות רשת החשמל. דיוק החיזוי קשור ישירות להכנסות הערכת תחנת הכוח ולאסטרטגיית המסחר בשוק.
חיזוי לטווח קצר במיוחד (ברמת דקה): מבוסס בעיקר על ניטור שינויים פתאומיים בקרינה בזמן אמת (כגון מעבר עננים), והוא משמש לתגובה מהירה של AGC (בקרת ייצור אוטומטית) בתוך תחנות כוח ותפוקת חשמל חלקה.

2. אבחון מעמיק של ביצועי תחנת הכוח ואופטימיזציה של תפעול ותחזוקה
ניתוח יחס ביצועים (PR): בהתבסס על נתוני הקרינה הנמדדים וטמפרטורת הרכיבים, יש לחשב את ייצור החשמל התיאורטי ולהשוות אותו לייצור החשמל בפועל. ירידה ארוכת טווח בערכי PR עשויה להצביע על ריקבון, כתמים, חסימות או תקלות חשמליות ברכיבים.
אסטרטגיית ניקוי חכמה: על ידי ניתוח מקיף של גשמים, הצטברות אבק (אותה ניתן להסיק בעקיפין באמצעות הנחתה בקרינה), מהירות הרוח (אבק) ועלויות אובדן ייצור חשמל, נוצרת באופן דינמי תוכנית ניקוי רכיבים אופטימלית מבחינה כלכלית.
אזהרת תקינות הציוד: על ידי השוואת ההבדלים בייצור החשמל של תת-מערכים שונים תחת אותם תנאים מטאורולוגיים, ניתן לאתר במהירות תקלות בתיבות קומבינציה, ממירים או רמות מחרוזת.

3. אבטחת נכסים וניהול סיכונים
התרעת מזג אוויר קיצוני: קבע ספים לרוחות חזקות, גשם כבד, שלג כבד, טמפרטורות גבוהות קיצוניות וכו', כדי להשיג התראות אוטומטיות ולהדריך את אנשי התפעול והתחזוקה לנקוט באמצעי הגנה כגון הידוק, חיזוק, ניקוז או התאמת מצב הפעולה מראש.
הערכת ביטוח ונכסים: ספקו רישומי נתונים מטאורולוגיים אובייקטיביים ורציפים כדי לספק ראיות אמינות מצד שלישי להערכת נזקים מאסון, תביעות ביטוח ועסקאות בנכסי תחנות כוח.

ג. אינטגרציה של מערכות ומגמות טכנולוגיות
תחנות מזג אוויר פוטו-וולטאיות מודרניות מתפתחות לכיוון אינטגרציה גבוהה יותר, אמינות רבה יותר ואינטליגנציה.
תכנון משולב: חיישן הקרינה, מד הטמפרטורה והלחות, מד הרוח, אספן הנתונים וספק הכוח (פאנל סולארי + סוללה) משולבים במערכת תרנים יציבה ועמידה בפני קורוזיה, המאפשרת פריסה מהירה ותפעול ללא תחזוקה.
2. דיוק גבוה ואמינות גבוהה: דרגת החיישנים מתקרבת לרמה השנייה או אפילו הראשונה, וכוללת פונקציות אבחון עצמי וכיול עצמי כדי להבטיח דיוק ויציבות נתונים לטווח ארוך.
3. שילוב של מחשוב קצה ובינה מלאכותית: ביצוע עיבוד נתונים ראשוני והערכה אנומליות בקצה התחנה כדי להפחית את עומס העברת הנתונים. על ידי שילוב טכנולוגיית זיהוי תמונה מבוססת בינה מלאכותית ושימוש במכשיר הדמיה מלאה לזיהוי סוגי עננים ונפחי עננים, דיוק התחזיות לטווח קצר במיוחד משופר עוד יותר.
4. תאום דיגיטלי ותחנת כוח וירטואלית: נתוני תחנה מטאורולוגית, כקלט מדויק מהעולם הפיזי, מניעים את מודל התאום הדיגיטלי של תחנת הכוח הפוטו-וולטאית לביצוע סימולציית ייצור חשמל, חיזוי תקלות ואופטימיזציה של אסטרטגיית תפעול ותחזוקה במרחב הווירטואלי.

ד. מקרי יישום וכימות ערך
תחנת כוח פוטו-וולטאית בהספק של 100 מגה-וואט הממוקמת באזור הררי מורכב, לאחר פריסת רשת ניטור מיקרו-מטאורולוגית המורכבת משש תחנות משנה, השיגה:
דיוק חיזוי ההספק לטווח קצר השתפר בכ-5%, מה שהפחית משמעותית את הקנסות על הערכת הרשת.
באמצעות ניקוי חכם המבוסס על נתונים מטאורולוגיים, עלות הניקוי השנתית מצטמצמת ב-15%, בעוד שאובדן ייצור החשמל הנגרם כתוצאה מכתמים מצטמצם ביותר מ-2%.
במהלך מזג אוויר סוער חזק, מצב שובר הרוח הופעל שעתיים מראש בהתבסס על אזהרת רוח חזקה, מה שמנע נזק אפשרי לתמיכה. ההערכה היא שההפסד הופחת בכמה מיליוני יואן.

סיכום: מ"הסתמכות על הטבע למחייתו" ל"פעולה בהתאם לטבע"
היישום של תחנות מזג אוויר אוטומטיות מסמן שינוי בתפעול תחנות כוח פוטו-וולטאיות, מהסתמכות על ניסיון וניהול נרחב, לעידן חדש של ניהול מדעי, מעודן ואינטליגנטי המתמקד בנתונים. הדבר מאפשר לתחנות כוח פוטו-וולטאיות לא רק "לראות" את אור השמש, אלא גם "להבין" את מזג האוויר, ובכך למקסם את הערך של כל קרן שמש ולשפר את הכנסות ייצור החשמל ואת אבטחת הנכסים לאורך כל מחזור החיים. ככל שאנרגיה פוטו-וולטאית הופכת לכוח העיקרי במעבר האנרגיה העולמי, מיקומה האסטרטגי של תחנת מזג האוויר האוטומטית, המשמשת כ"עין אינטליגנטית" שלה, צפוי להפוך לבולט יותר ויותר.

למידע נוסף על תחנות מזג אוויר,

אנא צרו קשר עם Honde Technology Co., LTD.

וואטסאפ: 86-15210548582+

Email: info@hondetech.com

אתר החברה:www.hondetechco.com