储能技术、微电网与分布式光伏（王斯成）

王斯成2015年 12月 19日 北京中土大厦储能技术、微电网与分布式光伏 2014 年国内光伏市场数据来源：国家能源局 , 2015年 2月 15日2014年中国国内光伏市场安装量 No. 市场分类 年装机 累计装机（ MWp) （ MWp)1 农村电气化 20 170 2 通信和工业 10 80 3 光伏产品 10 80 4 分布式建筑光伏 2550 4670 5 大型地面电站 8550 23380 合计 10640 28380 政策： 2015 年中国光伏市场预测 1. 总目标 17.8GW (其中 1.5GW 光伏扶贫 );2. 屋顶分布式光伏和自发自用项目不受配额限制 ;3. 通过竞争方式配置项目资源。 全国各省配额已经全部完成备案。不包括自发自用和建筑光伏项目，也不包括能源局特批的基地项目。预计 2015年全国装机大约 15-18GW。到2015年底，中国累计光伏装机将超过 43-45GW。 2015上半年光伏装机7.73GW，前三季度装机超过 10GW。 1）开发商可以 自由选取 “全部卖给电网，享受分区标杆电价”模式，或者“自发自用，余电上网”；避免了交易风险，不存在负荷不稳定和自用电比例。2） 规范 合同能源管理；3）因地制宜利用 废弃土地、荒山荒坡、农业大棚、滩涂、鱼塘、湖泊等3）允许分布式光伏发电项目向同一变电台区电力用户直接售电，电价由供用电双方协商，电网企业负责输电和电费结算；4）对于 “自发自用”和示范区内 光伏项目 配额指标不受限制；5）电网接入和项目备案；6）融资问题：探索 售电收费权和项目资产抵押 贷款。《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》 国能综新能 [2014]406号 优势：1、自发自用和建筑光伏不受配额限制；2、补贴将及时到位，优于大型光伏电站；3、各地对分布式光伏项目都有地方补贴，提升了序幕收益。问题：1、政策和建设方式多样化，分布式 光伏电站 ，“ 自发自用，余电上网 ”， 自建自用 ，第三方建设，光伏农业。。。2、开发商对于“ 合同能源管理 ”模式仍然 望而却步 ；3、要小心“ 光伏农业 ”的概念被滥用，说起来是“农业为主，光伏为辅”，实际上是借农业的概念，占用农田建光伏。大棚光伏应当是“ 锦上添花 ”，不能“ 喧宾夺主 ”；4、开发商应当做好预评估：总装机（ 渗透率 ），光伏 -负荷 匹配性 ， 自用电 的比例，自身 调节 能力；5、“自发自用”分布式发电 现金流不透明 ，也无法预测，项目 融资困难；6、与建筑相结合，有 建筑安全 风险（风灾、火灾、渗漏、物体坠 落。。。。）；7、因为是在市、县一级备案，各地不同程度存在备案难和并网难的问题。 分布式光伏发电的优势和问题 High voltage due to DG: High voltages may be caused by reverse power flow. Under light load for a location where the primary voltage is already high, the voltage rise can be enough to push the voltage above nominal limits. This can even happen for a small DG located on the secondary because of the voltage drop along the service drop, the secondary wiring, and the distribution transformer.分布式发电系统引起的高电压： 反向功率流可能引起高电压。 当负载很轻的时候，此时初级电压已经很高了，这个高电压足以超过电压的上限。当次级侧的分布式发电功率很小的时候，也有可能引起高电压，这是由于架空线路、次级线包和配电变压器上的电压降引起的。 “逆流 ”的发生 1 Ø将光伏输出设计成在白天总是小于负荷，需要做“匹配性分析”。Ø（ IEEE1547 ）安装 最小正向电流 断路器或 逆向功率 断路器。Ø安装动态功率可调逆变器。当负荷小到一定，逐级断开光伏。要求逆变器必须具有无功补偿功能，以防止“逆流”情况下网压升高。目前国内电网要求：对于大型光伏电站，功率因数调节范围在超前或滞后 0.98；德国要求功率因数调节范围 0.95；日本要求允许“逆功率流”的情况下，功率因数调节范围为 0.8。准许“逆流”时的措施 “防逆流 ”的措施 % Penetration = AC output of PV / peak load capacity穿透率（ %） = 光伏交流输出功率 /峰值负荷功率光伏发电系统穿透率对低压配电网的影响 要求电压控制在正常电压的 +6%和 -10%之间。应当调查实际负荷情况，尤其是白天的最低负荷。1、当实际负荷低于设计负荷的 25%时，光伏无法接入该供电台区； 2、当实际负荷达到设计负荷的 30%，可以接入设计负荷的 15%；3、当实际负荷达到设计负荷的 50%，可以接入设计负荷的 50%； 解决如下 4个问题 ：u 技术装备问题u 与电网的关系和高比例（ 50%）接入u 经济性和补贴标准u 体制 /机制问题达到如下 4个目的 ：u 高比例 发展 RE；u 使波动性 RE成为电网友好型的 优质电源 ；u 启动 储能新市场 ； u 培育一批微电网 独立运营商 。 独立微网Isolated Mini-Grid 直流总线光伏电站 风光互补直流总线系统 AC Loads 光伏风力发电 机组蓄电池组 风机和光伏 控制器 逆变器AC负载 交流总线离网可再生能源电站（微电网） 交流总线离网可再生能源电站（微电网）三相交流总线光伏电站系统 交流总线电站与直流总线电站的比较 项目 直流总线电站 交流总线电站技术成熟度 简单 复杂设备 成熟 难度高逆变器 普通电压源离网逆 变器 电压源自同步并网 逆变器蓄电池 用量大 用量少(大约1/4)多种能源方式 接入 不容易 容易供电半径 不超过500米 不受限制电站扩容 难 容易效率 低 高交流总线是发展趋势 蒙古 200kW交流总线村落供电系统 Noyon Soum中心站： 太阳电池 100kW，蓄电池 288V/2000Ah，双向逆变器 100kVA; 交流总线蓄电池用量： 576kWh， 如果直流总线： 3000kWh并网电站： 40kW x 2 + 10kW x 2柴油发电： 60kW x 3 希腊 Kythnos海岛独立微网示范 微电网通过 48V/1000Ah铅酸蓄电池组和三台 SMA的 Sunny-Island 5048（ 48V/5kW电压源双向逆变器）建立三相交流微电网， 7套光伏系统，每套 2kW左右，分别安装在各个用户处，光伏系统通过SMA的 Sunny-Boy（电流源并网逆变器）与交流微电网并网运行。 通过无线通信网控制到每一 户的负载设备 根据频率偏移功率控制（ Frequency Shift Power Control， FSPC），使微网稳定运行。 海岛微电网：浙江东福山岛 海岛微电网：浙江塖山岛和三沙市永兴岛浙江塖山岛：光伏-风电-海流发电-储能系统 三沙市永兴岛：500kW光伏+柴油发电机组+储能微电网 2013年 边远地区独立微电网： 蒙古 200kW交流总线村落供电系统Noyon Soum中心站：太阳电池 100kW，蓄电池288V/2000Ah，双向逆变器100kVA;并网电站：40kW x 2 + 10kW x 2柴油发电：60kW x 3Qbat:PV = 576:200 = 2.88 边远地区独立微电网： 青海玉树 水 -光互补微电网项目地点: 青海省玉树州系统配置 :（ 1）小水电 : 12MW； （ 2）光伏 : 2.0MW;（ 3）蓄电池组 : 15.2MWh.完工时间：2011年12月。Qbat:PV = 15.2:2.0 = 7.2 边远地区独立微电网： 青海治多县微电网中节能 青海治多县 2.5MW微电网（ 2013年） 2.5MW光伏 + 储能系统，为县城 5000多户居民供电；交流总线：可与水电和大电网并网 联网微电网Grid-Interconnected Micro-Grid 微型电网（Micro Grid） 主要特点1、联网微电网安装在 用户侧 ；2、 硬件设备 不同于简单并网的光伏系统：储能蓄电池、能量管理系统（ EMS）、双向逆变器、充电控制器。。。。3、既可以 联网运行 也可以脱网 孤岛运行 ；4、可以有效提高光伏发电在供电台区的 渗透率 （Penetration）；5、可以错峰使用光伏电量，使得 收益最大化 ；6、可以按照电网要求， 削峰填谷 ，成为电网欢迎的优质电源；7、大大提高 抗灾能力 ；8、有利于培养 独立电力运营商 ；9、可以在 技术上实现 ：恒功率输出、黑启动、无缝切换、孤岛运行。。。 增加储能可以使自发自用获得更大利益 电网零售电价： 25.0 欧分 /kWh光伏上网电价： 13.5 – 19.5欧分 /kWh 小型光伏 -储能系统可以做到“电网友好”，有利于光伏并网 实现微电网对电网的稳定输出 红色负荷曲线：大约只有 1.5kW； 灰色线：全矾液流电池的充放电功率曲线，纵轴以下是充电，纵轴以上是放电；蓝色线：电网曲线，纵轴以下是供电状态，纵轴以上是吸收状态；绿色线：风力发电曲线，只有 11kW的风机工作，最高输出也才只有 5kW左右；最上面的灰色线：光伏发电曲线，当时日照很好，接近满功率 7kW。右侧的跌落是有云层干扰 微电网受控不受控 互动型微电网：韩国电力公司智能电网 电力替代10%，削峰5%，CO2减排 5%。20kW PV50kWh Battery 30kVA PCS智能电表电动汽车充电楼宇自动化智能输出插座自动配电盘智能电器智能电网监控KEPCo （韩国电力公司）第一个智能电网示范 微电网？ Qbat:PV = 50:20 = 2.5