本次研究的交互式混合發(fā)電廠位于尼日利亞拉各斯的伊甘穆（Iganmu），是尼日利亞國家藝術(shù)劇院翻新工程的一部分。尼日利亞國家劇院是該國表演藝術(shù)的主要中心，坐落于拉各斯的伊甘穆蘇魯萊雷區(qū)。該建筑于1976年完工，由時任軍事國家元首奧盧塞貢·奧巴桑喬（Olusegun Obasanjo）為1977年的藝術(shù)與文化節(jié)（FESTAC）而建。2024年7月，總統(tǒng)博拉·蒂努布（Bola Tinubu）將國家藝術(shù)劇院更名為諾貝爾獎得主沃萊·索因卡（Wole Soyinka）的名字以示紀念。

最初的設(shè)計方案為2.5MWp的光伏解決方案，但由于屋頂空間有限，最終實施了1.2MWp的光伏系統(tǒng)，并配套安裝了2.5MW的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）和4.8MWh的電池儲能系統(tǒng)（BESS）。

背景
 

多年來，尼日利亞聯(lián)邦共和國一直積極投資于電網(wǎng)發(fā)電廠，但長期面臨成本高、線路損耗大以及輸電距離過長導(dǎo)致的不可控性問題。電網(wǎng)崩潰和侵蝕現(xiàn)象也屢見不鮮。
 

目標
 

此前，尼日利亞國家劇院依賴國家電網(wǎng)和柴油發(fā)電機供電。這兩種電源不僅成本高昂，且由于電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，柴油發(fā)電機的碳排放量也大幅增加。該項目旨在減少電網(wǎng)能源消耗、縮短發(fā)電機運行時間、降低天然氣燃燒產(chǎn)生的碳排放，并提供不間斷的電力供應(yīng)。
 

該系統(tǒng)將為伊甘穆國家劇院提供至少50%的電力需求，每年可減少550噸二氧化碳排放。發(fā)電廠采用三種電源混合供電，并通過升壓變壓器與11kV電網(wǎng)連接。白天優(yōu)先使用光伏發(fā)電，夜間或輻照度低時使用儲能電池。當這兩種電源不可用時，發(fā)電機和電網(wǎng)將介入供電。
 

項目面臨的主要挑戰(zhàn)之一是光伏組件安裝空間不足。隨著儲能系統(tǒng)的成功安裝，未來需要提供足夠的組件安裝空間，以實現(xiàn)整個設(shè)施通過光伏+混合系統(tǒng)供電的目標。

項目描述-系統(tǒng)設(shè)計
 

液冷電池儲能系統(tǒng)（BESS）
 

BESS由電池簇、電池管理系統(tǒng)（BMS）、液冷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和集成機柜等關(guān)鍵組件組成，確保系統(tǒng)高效運行和安全性。
 

4.8MWh的儲能系統(tǒng)均勻分布在兩個2.4MWh的集裝箱中，每個集裝箱配備獨立的液冷系統(tǒng)以保持最佳工作溫度。
 

每個集裝箱包含7個電池簇（每個344kWh），每個電池簇由8個電池包和1個開關(guān)箱組成。
 

構(gòu)網(wǎng)/跟網(wǎng)型（PCS）
 

PCS展示了強大的電網(wǎng)適配性，支持高/低壓，適用于多種能源場景。
 

在構(gòu)網(wǎng)型場景中，PCS設(shè)定參數(shù)供其他同步機器（如光伏逆變器）同步跟隨適配。
 

在跟網(wǎng)型場景中，PCS能夠智能適應(yīng)電網(wǎng)參數(shù)，電網(wǎng)處于待機模式，負載和充電功率由光伏逆變器和PCS負責。
 

能源管理系統(tǒng)（EMS）
 

EMS是優(yōu)化能量流動、增強系統(tǒng)性能并實現(xiàn)與各種應(yīng)用和能源系統(tǒng)無縫集成的核心單元。
 

EMS具有用戶友好的使用界面，用于監(jiān)控電池的充電狀態(tài)（SOC）、健康狀態(tài)（SOH）和能量流動，確保系統(tǒng)性能最優(yōu)并最大化能源利用。
 

EMS還具備強大的數(shù)據(jù)存儲能力，用于分析、故障排除和合規(guī)性檢查。
 

客戶收益
 

經(jīng)濟效益和成本節(jié)約
 

盡管初期投資較大，但交流耦合光伏-儲能系統(tǒng)項目在運行后成本低廉，維護和運營費用低，長期來看非常具備經(jīng)濟性。
 

系統(tǒng)通常在7-10年內(nèi)回本，之后將長期產(chǎn)生綠色能源。與化石燃料相比，光伏發(fā)電的度電成本（LCOE）更低。
 

系統(tǒng)穩(wěn)定性
 

光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性是一個主要挑戰(zhàn)，但通過大型電池儲能系統(tǒng)（BESS），可以在發(fā)電量下降時提供備用電力，確保負載持續(xù)運行。
 

就業(yè)創(chuàng)造
 

大型光伏+儲能系統(tǒng)項目需要大量投資和建設(shè)團隊，同時也需要大量人員進行日常運營和維護，創(chuàng)造了大量就業(yè)機會，推動了經(jīng)濟發(fā)展。
 

能源獨立性
 

該項目為拉各斯市中心的商業(yè)中心（國家劇院）提供穩(wěn)定、經(jīng)濟的電力，減少了對電網(wǎng)的依賴，增強了能源獨立性，并創(chuàng)造了經(jīng)濟機會。
 

減少溫室氣體排放
 

化石燃料發(fā)電的主要問題是釋放有害副產(chǎn)品，尤其是二氧化碳（CO2）。該項目旨在最大限度地減少化石燃料副產(chǎn)品的排放，減少對環(huán)境的破壞。
 

可再生能源發(fā)電
 

該系統(tǒng)利用光伏發(fā)電，展示了自然能源的豐富性。
 

結(jié)論
 

該微電網(wǎng)交流耦合電池儲能系統(tǒng)項目展示了大規(guī)?？稍偕茉床渴鸬目尚行院托б妗Ｍㄟ^1.2MWp的光伏容量和2.5MW/4.8MWh的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)，該項目展示了光伏+儲能為國家藝術(shù)劇院提供50%電力負荷的潛力，減少了對化石燃料和國家電網(wǎng)的依賴。
 

建議
 

系統(tǒng)維護
 

國家劇院設(shè)施的安裝系統(tǒng)應(yīng)得到持續(xù)良好的維護，以確保其能夠按設(shè)計壽命運行。管理層應(yīng)為維護公司提供必要的支持。
 

公眾意識
 

教育員工和公眾了解光伏和節(jié)能的好處至關(guān)重要，將幫助用戶更好地使用安裝的系統(tǒng)。
 

通過該項目，尼日利亞國家劇院不僅實現(xiàn)了能源轉(zhuǎn)型，還為未來類似項目提供了寶貴的經(jīng)驗和示范。