微电网发展与开发思路

Page 1 微电网发展与开发思路微电网发展与开发思路 许洪华 研究员 北京科诺伟业科技股份有限公司 中国科学院电工研究所 2015年 12月 19日 储能技术、微电网与分布式光伏发电协调发展高级研讨班 Page 2 主要内容 一、发展现状及趋势 二、应用模式及发展机制 三、发展趋势与可持续发展的思考 Page 3 一、发展现状 微电网（微网）定义 微 电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等 汇集而成的小型 发 /配 /用电系统 ，是一个能够实现自我控制和管理的 自治系 统 [3]。 微电网可以看作是小型的电力系统 ，它具备完整的发电、配电和用电 功能，可以有效实现网内的能量优化。微电网有时在满足网内用户电能需求 的同时，还需满足网内用户热能的需求， 此时的微电网实际上是一个能源网 。按照是否与常规电网连接， 微电网可分为联网型微电网和独立型微电网 。 u微电网没有严格的定义容量、电压等级 u智能电网是个大筐 Page 5 微电网的特征 u因地制宜 ，综合考虑源、网、荷情况及需求，按技术经济可行设 计，具有 个性化、定制化 特征 u可 并网及自治 运行，并可和电网进行有规律的能量交换， 可调节 的 有电源的负荷或带负荷的电源 u多能源互补、冷热电 综合，可提高供能及用能效率 u多方 “ 跨界 ” ，相关方众多， 非技术因素 深刻影响其应用和推广 u融和性好 ，易增容、减容 Page 6 6 微电网的重要 角色 是 能源互联网 的重要基础单元 u 缓解高密度分布式光伏等对电网影响， 高比例 消纳 可再生 能源 u 实现多种能源的 梯级 高效利用 u 为 用户 提供 定制化 供电服务 u 为 电网故障自愈 提供重要供电支撑 u 给 电网 提供 支撑服务 消峰填谷、推迟电网增容改造、电 能质量改善 u 解决海岛和边远地区可靠供电 微电网关键技术 u微电网 规划 、总体方案设计 u微电网 控制 u微电网 保护 u微电网 能量管理 系统 u微电网 仿真与实验 u微电网关键 电力电子装置 及其控制 u储能 技术电动汽车储能、储冷、储热 目前最好经济性 Page 8 能源的梯级利用； 可再生能源的安全消纳； 多种能源的协调优化； 提升用户的用能品质； 提高用户的供能可靠性； 降低用户的用能成本； 分布式发电含有多种电源形式，但 以光伏为主的可再生能源 将成为未来分布式发电的主要形式。 微电网是进行 用户侧分布式可再生能源开发 和 提高能源利用 效率 的一种有效途径 发展现状 背景 Page 9 发展现状 u微电网的 基本特点 小型的电力系统，即可联网，又可独立运行 u多种技术 方案 共交流母线、直流微电网、交直流混合 u特有的 设备技术 研制示范电压源逆变器、能量管理系统、负荷 响应、继电保护 u各种储能 技术的应用示范 u应用场景离网型、联网型 总体而言处于研究示范阶段技术、经济、商业模式 Page 10 二、应用模式及发展机制 第 11页 2008年完成西藏阿里光 /水 /柴 /蓄多能互补发电系统技术专题研究 u 项目概况 ━ 阿里地区 西藏西北部，平均海拔 4500m，面积 31万 km2，人口 8.6万人； ━ 阿里电力 狮泉河水电站 41600kW （年发电量 1300万 kWh） ， 电力供应不足电力供应不足 ━ 太阳能资源 年均日照 3550h，年平均辐射总量 8250 MJ/m2 ━ 解决措施 在狮泉河建设在狮泉河建设 10MWp光伏电站，形成光光伏电站，形成光 /水互补发电系统水互补发电系统 ━ 项目性质 经国务院常务会议原则通过，是西藏 “ 十一五 ” 重点建设工程； ━ 建设周期 2008～ 2013年； 建设经费 6亿元； 狮泉河狮泉河 降压站降压站 降压站降压站 光伏电站场址光伏电站场址 狮泉河狮泉河 光伏电站场址光伏电站场址 阿里总体方案 综述 方案 1并网型光伏电站 水电站 柴油发电机 方案 2并网型光伏电站 少量蓄电池站 水电站 柴油发电机 方案 3光伏电站 含蓄电池 水电站 柴油发电机 方案 4光伏水泵 抽水蓄能站 水电站 柴油发电机 p在狮泉河 10MW光伏电站方案论证过程中，主要有以下 4种方案 第 13页 西藏阿里 10MWp光伏电站技术专题研究 总体技术方案 技术专题技术专题 4 技术专题技术专题 5 技术专题技术专题 2 技术专题技术专题 3 总体技术方案需细化并进行初步 设计，主要内容如下 专题 2电网能量管理及运行方式研 究 专题 3电网稳定性技术研究 专题 4高压并网控制逆变技术的研 究 专题 5储能系统控制策略研究 解决年供电量严 重不足问题 u建设地点青海省玉树藏族自治州巴塘乡（ 2011年 7月 -2011年 12月） u项目来源金太阳工程，业主单位青海水电集团 u环境恶劣海拔 4000米，最低气温 -30度 u电网薄弱无大电网，电能质量极差，频率低至 47Hz， 10kV母线电压低至 7kV 玉树州水光互补微网发电工程玉树州水光互补微网发电工程 项目技术挑战性大，国内外没有可供借鉴的经验 项目概况 n 系统组成 光伏阵列 2MW平单轴跟踪 蓄电池组 15.2MWh铅酸 逆变器 150kVA15 台功率可调度逆变器 150kVA2 台双模式逆变器 200kVA3 台自同步电压源逆变器 n 电压等级 直流母线 400V，电站输出交流 35kV n 运行方式 水光储互补运行方式 ，昼储夜发 电站系统结构（ 20条发电支路） 技术创新点 创新点 1 MW级水 /光 /储 互补微 电 网 设计集成技术 关键问题 1）微电网晚高峰供电问题极其凸出； 2）常规光伏并网直接威胁系统稳定。 采用 基于交直流混合母线的新型光储系统结构 ，将光伏冲击与电网相隔 离。采用 水光储互补发电策略 ，合理设计容量配比，满足当地供电需求。 可调度光伏电站 拉贡 禅古 本地负荷 调度站 柴油发电机组 电网 世界首个 MW级 水 /光 /储 微 电 网 工程，海拔最高 Page 17 示范点 三种典型应用模式 Page 18 18 p应用于 分布式 可再生能源渗透率较高的地区 ， 平抑分布式可再生电源并 网对电网的影响，提高电网对分布式可再生能源的接纳能力 ； p 应用于 热电联产等多能互补地区 ，可以提高能源利用效率，节能降耗； p 应用于 对电能质量和供电可靠性有特殊要求的电力用户 ，能够满足用户 对电能质量的特殊要求 ， 实现 对重要负荷的不间断供电 ； p应用于 灾害多发地区 ， 可以提高供电备用，有利于故障后黑启动 ； p 应用于 峰谷功率差异很大的地区 ， 包括峰值容量占容费与峰谷电价差。 城市型微网模式分析 应用场合 Page 19 19 p应用系统 （居民、商业、工业）用户、（园区、社区、城市）区域； p网络 通过单点（ PCC接入用户配电网； p能源 多种可再生能源、大量电力电子装置、无惯性（储能）； p负荷 冷热电多种负荷响应需求、高供电可靠性、高电能质量； p 运行模式 具有独立和并网两种运行模式，实现并网点功率可控、消峰 填谷、电网支撑、无功补偿、平滑切换等。 城市型微网模式分析 技术特征 Page 20 山东东营中国石油大学 p 地理位置 地处黄河入海口的三角洲地带，依托胜利油田； p 示范意义 建成新能源示范城市，发展太阳能、风能、地热能及垃圾利用； p 示范工程 作为东营新能源示范城市的重要组成部分； p 建筑规模 10万多平米的低碳大厦、师生宿舍、堰萃湖、抽油机等。 抽油机（已有）抽油机（已有）师生宿舍（已有）师生宿舍（已有）低碳科技城孵化基地（规划建设中）低碳科技城孵化基地（规划建设中） 堰萃湖（已有堰萃湖（已有 ）） 城市型微网模式分析 案例概况 Page 21 p 分商业、居民、工业三个区域子微网，子微网可孤可并，能源互联； p 从能源的利用形式来看，系统可分为微电网、微冷网和微热网； p 地源热泵是微电网的可控负荷，依托绿色建筑实现冷热电负荷的时空优化； p 污水 /中水处理、雨水回收等多项能源再利用形式，同时这些系统均可看作微电网的可控 负荷 城市型微网模式分析 案例技术方案 Page 22 p 补贴形式 初投资补贴 电价补贴； p 补贴办法 对微电网系统需要额外增加的储能及能量管理系统部分进行 100初 投资补贴， 占整个系统投资的 5.83。 对微电网系统中其他可再生能源均享受 与光伏发电相同的 0.42元 /度的电价补贴，补贴年限 20年。 供能系统 装机容量 初投资（万元） 年运维费（万元） 年均收入（万元） 内部收益率 投资回收期 （年） 风力发电 850kW 935 8 142.8 19.89 6.12 垃圾发电 100kW 430 4 56.94 15.61 7.63 风光储微电 网 850kW2MWp1MWh能 量管理 2738.69 28280储能更 换） 363.752 11.45 12.71 风光储垃圾 地热园区微 网 850kW2MWp1MWh100 kW2.3MW能量管理 5168.69 82280储能更 换） 720.69 15.14 8.25 城市型微网模式分析 机制探讨 1 Page 23 p 补贴形式 全部初投资补贴； p 补贴办法 对微电网系统需要额外增加的储能及能量管理系统部分进行 100初 投资补贴。对微电网系统中光伏外其他可再生能源进行初投资补贴，分布式风 电补贴 4元 /W，垃圾发电补贴 20元 /W。 供能系统 装机容量 初投资（万元） 年运维费（万元） 年均收入（万元） 内部收益率 投资回收期 （年） 风力发电 850kW 595 8 89.25 19.2 5.9 垃圾发电 100kW 230 4 33.40 16.55 6.99 风光储微电 网 850kW2MWp1MWh能 量管理 2398.69 28280储能更 换） 310.20 9.8 13.42 风光储垃圾 地热园区微 网 850kW2MWp1MWh100 kW2.3MW能量管理 4628.69 82280储能更 换） 643.606 14.28 8.93 城市型微网模式分析 机制探讨 2 Page 24 24 p西部新型小城镇。 采用多能互补微电网解决能源紧张问题，实现绿色低碳 ，助力美丽城镇、美丽乡村。 p能源利用方式落后的农牧区。 由薪柴能源向可再生能源过渡，提高能源利 用率，改善生活质量。 p可再生能源丰富但电网薄弱的边远地区。 微电网减少了对输电线路的投资 ，提高了可再生能源渗透率，保障了用户可靠供电。 p电能质量要求高的关键负荷 和公共建筑。 保障边远地区中卫生院、学校、 金融通信部分的供电可靠性和供电质量。 偏远地区微网模式分析 应用场合 Page 25 25 典型边远地区微电网 p 能源 光伏发电、风力发电、小水电、 公共电网、储能系统； p 负荷需求 新建住宅建筑、既有住宅建 筑、公共事业建筑、商业服务业建筑的 生活用电、炊事用能、采暖用能、办公 用电； p 网络 以电网为骨架，多个分散供用能 系统和子微网协调运行； p 运行模式 联网型微电网，实现并网点 功率可控、消峰填谷、电网支撑；对关 键负荷具有独立和并网两种运行模式、 平滑切换等。 偏远地区微网模式分析 技术特征 Page 26 青海西宁湟源县兔儿干新型农村社区 p 地理位置 青海省西宁市湟源县日月藏族乡兔儿干集镇， 3100米，年均气温 3.0℃ （严寒） p 示范意义 新型小城镇，汉 /藏文化交界，农 /牧区交界，青藏 /黄土高原，唐蕃古道旅游线路 p 城镇建设 省政府重点支持的新型农村社区示范工程 ,批复建设经费 2.2亿元， 2014年 4月开工 p 建设规模 居民住宅 1080户（ 700380）；卫生院、学校、政府等公共建筑；商业服务业等 工地调研 2014 入户调研 2013 小城镇规划 建筑效果图 偏远地区微网模式分析 案例概况 Page 27 27 集中式光 伏 分散屋顶光伏 700户 公共建筑微网 偏远地区微网模式分析 案例总体方案 Page 28 1. 700户新建住宅能源设计方案 l 被动式 隔热保温设计 能耗 15W/m2 阳光房、阳光庭院 l 主动式 屋顶光伏发电（建筑结构限制， 750Wp/ 户，日发电 3kWh） 电采暖（适合高原边远分散区，电油汀 2kW/户，日用电 14kWh） 太阳能热水器（提供生活热水） l 效果 生活用能全部电气化，低能耗 偏远地区微网模式分析 案例概况 Page 29 2. 兔儿干新型农村社区的能源设计方案 l 水力发电 采暖季不发电，非采暖季发电 180万 kWh l 光伏发电系统 原则光伏发电量 100满足采暖季负荷用电量 268.1万 kWh 3.5MWp 分散式屋顶光伏（ 700户新建 公共建筑， 585kWp） 集中式光伏电站（ 2.9MWp） l 储能系统 作用平抑光伏波动；提高重要负荷保障率（公共设施、旅游服务业） 配置 500kW/2小时， 1MWh铅酸储能 l 公共电网 新社区用电峰值功率 4MVA，现有变压器容量 2MVA 偏远地区微网模式分析 案例技术方案 1 Page 30 30 1.卫生院小微网 关键负荷 双模式微网 空气源热泵供暖 700m2 风 /光互补发电 10kW10kW 储能系统 15kW/4小时 零能耗建筑 2.乡政府小微网 办公负荷 /日多夜少 功率可调节微网 太阳能热风供暖 电辅 助 1890m2 屋顶光伏发电 20kW 储能系统 15kW/2小时 零能耗建筑 3.学校小微网 综合负荷 生活 办公 功率可调节微网 太阳能热水供暖 电辅助 太阳能热风供暖 电辅助 屋顶光伏发电 30kW 储能系统 30kW/4小时 零能耗建筑 3. 热电联供微能源网（公共建筑） 偏远地区微网模式分析 案例技术方案 2