在國(guó)家能源局不久前公示的首批55個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項(xiàng)目中，園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合示范項(xiàng)目占12個(gè)。目前我國(guó)擁有國(guó)家級(jí)、省級(jí)等各類開發(fā)區(qū)近2000個(gè)，園區(qū)企業(yè)用能需求空間巨大。園區(qū)智能微網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的突破和相關(guān)集成示范工程也日益受到行業(yè)關(guān)注。日前，由中國(guó)電科院參與的國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“園區(qū)智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”通過中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)成果鑒定。該項(xiàng)目的技術(shù)亮點(diǎn)是什么?將為我國(guó)園區(qū)能源智慧系統(tǒng)建設(shè)帶來怎樣的助益?
8月11日，在河北保定英利三期工業(yè)園區(qū)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)樓外墻上安裝的高效單晶熊貓光伏組件在陽光下閃爍著耀眼的光輝。在這個(gè)負(fù)荷水平300千瓦的園區(qū)內(nèi)，白天依靠光伏系統(tǒng)為負(fù)載供電，夜晚則通過電池儲(chǔ)能及柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)保證負(fù)載的安全運(yùn)行。這只是國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“園區(qū)智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”中工業(yè)園區(qū)微網(wǎng)示范工程的掠影。
為了推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”在能源領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用，促進(jìn)新能源發(fā)展及經(jīng)營(yíng)管理方式的變革，2014年，國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“園區(qū)智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”獲批立項(xiàng)，由中國(guó)電科院專家擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。日前，項(xiàng)目通過中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)成果鑒定。項(xiàng)目重點(diǎn)突破光儲(chǔ)微網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，建立了我國(guó)典型光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，并在保定英利工業(yè)園區(qū)及深圳欣旺達(dá)居民園區(qū)開展分布式光伏/儲(chǔ)能微電網(wǎng)工程示范，形成了一套分布式光伏+儲(chǔ)能的推廣解決方案。
提升分布式微電網(wǎng)核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力
技術(shù)引領(lǐng)
在園區(qū)微網(wǎng)內(nèi)配置儲(chǔ)能設(shè)備可以保證供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而目前儲(chǔ)能設(shè)備成本較高，如何在保證供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下使前期投資成本達(dá)到最小，是園區(qū)微網(wǎng)建設(shè)前期規(guī)劃中遇到的難題之一。為了解決這個(gè)問題，中國(guó)電科院的技術(shù)專家開展了獨(dú)立微網(wǎng)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的研究。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李建林說：“我們基于光儲(chǔ)微網(wǎng)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，研究了光伏與儲(chǔ)能的協(xié)同配置方法，并開發(fā)了相應(yīng)的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置軟件，基于該軟件設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能容量在保證園區(qū)微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷供電可靠性的同時(shí)，能最大限度地保證清潔能源不被浪費(fèi)，節(jié)約了系統(tǒng)運(yùn)行成本。”
項(xiàng)目中，工業(yè)園區(qū)型微網(wǎng)包含了4種類型的發(fā)電單元：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。如何對(duì)這些發(fā)電單元進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，保證園區(qū)微網(wǎng)內(nèi)用戶的安全用電是工程后期調(diào)試中面臨的最大難題。項(xiàng)目組經(jīng)過為期數(shù)月的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，從發(fā)電單元自身性能的優(yōu)化到上層監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度的改進(jìn)，最終項(xiàng)目組成功完成了上層能量管理控制器的集成設(shè)計(jì)，保證各發(fā)電單元在實(shí)際工況中協(xié)調(diào)有序運(yùn)行。
園區(qū)微網(wǎng)在運(yùn)行過程中還必須能實(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)暫態(tài)過程的無縫切換。而項(xiàng)目要達(dá)到的目標(biāo)——將無縫切換的時(shí)間控制在20毫秒以內(nèi)，這在世界范圍內(nèi)也是一項(xiàng)比較苛刻的要求。基于上述技術(shù)指標(biāo)要求，項(xiàng)目組與并網(wǎng)開關(guān)制造商及能量管理策略供應(yīng)方進(jìn)行了多次技術(shù)研討，制定了多種并離網(wǎng)切換運(yùn)行方案，并邀請(qǐng)相關(guān)專家進(jìn)行了方案評(píng)審，最終制定了基于儲(chǔ)能變流器控制微網(wǎng)公共連接點(diǎn)開關(guān)的解決方案，實(shí)現(xiàn)園區(qū)微網(wǎng)系統(tǒng)的無縫切換。
唯創(chuàng)新者近，唯創(chuàng)新者勝，唯創(chuàng)新者強(qiáng)。項(xiàng)目成功攻克了光/儲(chǔ)微網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中的若干瓶頸問題，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，帶動(dòng)了新能源行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提升了我國(guó)在分布式微電網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域核心技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力。基于實(shí)際光儲(chǔ)微網(wǎng)示范工程，項(xiàng)目組研制出了多種光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、電能質(zhì)量治理系列產(chǎn)品，促進(jìn)國(guó)內(nèi)新能源行業(yè)相關(guān)課題的研究和開發(fā)。
據(jù)項(xiàng)目組成員、中國(guó)電科院儲(chǔ)能系統(tǒng)集成與配置技術(shù)研究室副主任李蓓介紹，這一項(xiàng)目可以推動(dòng)分布式光伏、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等智能微電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用，形成涵蓋光伏、儲(chǔ)能、電力電子及監(jiān)控裝置的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，預(yù)計(jì)未來的市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)到百億元。
為建設(shè)智慧能源系統(tǒng)鋪路
園區(qū)示范
工業(yè)園區(qū)：在英利三期工業(yè)園區(qū)內(nèi)，西側(cè)和南側(cè)外墻上安裝了光伏板的實(shí)驗(yàn)樓格外醒目，這棟實(shí)驗(yàn)樓外側(cè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為605峰千瓦，光伏逆變器及其匯流箱均安裝在樓頂。在實(shí)驗(yàn)樓的地下室內(nèi)，還集成安裝了200千瓦時(shí)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、1.5千瓦時(shí)的飛輪儲(chǔ)能，和100千瓦的柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。這些發(fā)電單元構(gòu)成了工業(yè)園區(qū)的供電系統(tǒng)，并結(jié)合建筑大樓負(fù)荷構(gòu)建具備并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行能力的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。
園區(qū)的白天用電負(fù)荷較大，且比較平穩(wěn)，夜間負(fù)荷較小;白天和夜間負(fù)荷曲線變化接近階躍函數(shù)，且發(fā)生變化的時(shí)間點(diǎn)基本相同。
園區(qū)微網(wǎng)系統(tǒng)平時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行，光伏發(fā)電系統(tǒng)首先為負(fù)載供電，多余電能可實(shí)現(xiàn)余電上網(wǎng)。在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合電池儲(chǔ)能可以平抑光伏的功率波動(dòng)，保證公共連接點(diǎn)的電能質(zhì)量。
在大電網(wǎng)發(fā)生故障或進(jìn)行安全檢修時(shí)，微網(wǎng)系統(tǒng)就離網(wǎng)運(yùn)行，此時(shí)光伏系統(tǒng)聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)為負(fù)載供電，若儲(chǔ)能系統(tǒng)能量耗盡，則可啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組來確保負(fù)荷的不間斷運(yùn)行。
據(jù)測(cè)算，605千瓦光伏系統(tǒng)在25年的壽命期內(nèi)共能產(chǎn)生約979萬千瓦時(shí)的電能，平均每年產(chǎn)生39萬千瓦時(shí)電能。與同等電量火電廠相比，相當(dāng)于25年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約3427噸(以火電煤耗每度電耗標(biāo)煤350克計(jì))，減排二氧化碳7900噸、二氧化硫73噸、氮氧化物21噸，將大大助力工業(yè)園區(qū)的節(jié)能減排。
居民園區(qū)：項(xiàng)目同時(shí)還在深圳市光明新區(qū)欣旺達(dá)鋰電池生產(chǎn)基地宿舍園區(qū)內(nèi)，開展了居民園區(qū)工程示范。該園區(qū)特點(diǎn)為白天用電負(fù)荷少，夜間用電負(fù)荷多，負(fù)荷隨機(jī)性較大且微網(wǎng)能量組成形式簡(jiǎn)單，只包含光伏發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
園區(qū)內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量460峰千瓦，分別安裝在園區(qū)三棟廠房的屋頂;電池儲(chǔ)能容量為660千瓦時(shí)，采用了一臺(tái)250千瓦主儲(chǔ)能變流器和一臺(tái)100千瓦輔儲(chǔ)能變流器并網(wǎng)，其中主儲(chǔ)能變流器主要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功率控制及離網(wǎng)電壓頻率控制，輔儲(chǔ)能變流器主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)三相四線電流不平衡補(bǔ)償。
該園區(qū)微網(wǎng)公共連接點(diǎn)上級(jí)設(shè)置了兩路380伏線路，一路為工業(yè)用電電網(wǎng)，另一路為民用用電電網(wǎng)。當(dāng)光伏發(fā)電有富余時(shí)(即除了給電池充電和微網(wǎng)負(fù)荷供電外還有富余)，輸送到工業(yè)用電電網(wǎng);當(dāng)光伏發(fā)電欠缺時(shí)，從民用用電電網(wǎng)上取電，最大程度節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行成本。
這一居民園區(qū)示范工程同樣也能產(chǎn)生可觀的減排效益。據(jù)測(cè)算，460千瓦光伏系統(tǒng)在25年壽命期內(nèi)共產(chǎn)生約744萬千瓦時(shí)的電能，平均每年產(chǎn)生30萬千瓦時(shí)電量。與同等電量火電廠相比，相當(dāng)于25年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約2636噸(以火電煤耗每度電耗標(biāo)煤350克計(jì))，減排二氧化碳6076噸、二氧化硫56噸、氮氧化物16噸。
