在國家能源局不久前公示的首批55個“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項目中，園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合示范項目占12個。目前我國擁有國家級、省級等各類開發(fā)區(qū)近2000個，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，由中國電科院參與的國家863計劃項目“園區(qū)智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”通過中國電工技術(shù)學(xué)會成果鑒定。該項目的技術(shù)亮點是什么?將為我國園區(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)，實驗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。在這個負荷水平300千瓦的園區(qū)內(nèi)，白天依靠光伏系統(tǒng)為負載供電，夜晚則通過電池儲能及柴油發(fā)電機系統(tǒng)保證負載的安全運行。這只是國家863計劃項目“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“互聯(lián)網(wǎng)+”在能源領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用，促進新能源發(fā)展及經(jīng)營管理方式的變革，2014年，國家863計劃項目“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，由中國電科院專家擔任項目負責人。日前，項目通過中國電工技術(shù)學(xué)會成果鑒定。項目重點突破光儲微網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，建立了我國典型光儲微網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，并在保定英利工業(yè)園區(qū)及深圳欣旺達居民園區(qū)開展分布式光伏/儲能微電網(wǎng)工程示范，形成了一套分布式光伏+儲能的推廣解決方案。
提升分布式微電網(wǎng)核心技術(shù)競爭力
技術(shù)引領(lǐng)
在園區(qū)微網(wǎng)內(nèi)配置儲能設(shè)備可以保證供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，而目前儲能設(shè)備成本較高，如何在保證供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提下使前期投資成本達到最小，是園區(qū)微網(wǎng)建設(shè)前期規(guī)劃中遇到的難題之一。為了解決這個問題，中國電科院的技術(shù)專家開展了獨立微網(wǎng)儲能容量優(yōu)化配置的研究。項目負責人李建林說：“我們基于光儲微網(wǎng)的實際拓撲結(jié)構(gòu)，研究了光伏與儲能的協(xié)同配置方法，并開發(fā)了相應(yīng)的儲能容量優(yōu)化配置軟件，基于該軟件設(shè)計的儲能容量在保證園區(qū)微網(wǎng)內(nèi)負荷供電可靠性的同時，能最大限度地保證清潔能源不被浪費，節(jié)約了系統(tǒng)運行成本。”
項目中，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、電池儲能系統(tǒng)及飛輪儲能系統(tǒng)。如何對這些發(fā)電單元進行協(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。項目組經(jīng)過為期數(shù)月的現(xiàn)場調(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，最終項目組成功完成了上層能量管理控制器的集成設(shè)計，保證各發(fā)電單元在實際工況中協(xié)調(diào)有序運行。
園區(qū)微網(wǎng)在運行過程中還必須能實現(xiàn)并離網(wǎng)暫態(tài)過程的無縫切換。而項目要達到的目標——將無縫切換的時間控制在20毫秒以內(nèi)，這在世界范圍內(nèi)也是一項比較苛刻的要求?；谏鲜黾夹g(shù)指標要求，項目組與并網(wǎng)開關(guān)制造商及能量管理策略供應(yīng)方進行了多次技術(shù)研討，制定了多種并離網(wǎng)切換運行方案，并邀請相關(guān)專家進行了方案評審，最終制定了基于儲能變流器控制微網(wǎng)公共連接點開關(guān)的解決方案，實現(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。項目成功攻克了光/儲微網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中的若干瓶頸問題，促進了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步，帶動了新能源行業(yè)的發(fā)展，推動了產(chǎn)業(yè)化進程，提升了我國在分布式微電網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域核心技術(shù)的競爭力?；趯嶋H光儲微網(wǎng)示范工程，項目組研制出了多種光伏發(fā)電、儲能、電能質(zhì)量治理系列產(chǎn)品，促進國內(nèi)新能源行業(yè)相關(guān)課題的研究和開發(fā)。
據(jù)項目組成員、中國電科院儲能系統(tǒng)集成與配置技術(shù)研究室副主任李蓓介紹，這一項目可以推動分布式光伏、電池儲能系統(tǒng)等智能微電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用，形成涵蓋光伏、儲能、電力電子及監(jiān)控裝置的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，預(yù)計未來的市場規(guī)?？蛇_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驗樓格外醒目，這棟實驗樓外側(cè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量為605峰千瓦，光伏逆變器及其匯流箱均安裝在樓頂。在實驗樓的地下室內(nèi)，還集成安裝了200千瓦時的電池儲能系統(tǒng)、1.5千瓦時的飛輪儲能，和100千瓦的柴油發(fā)電機系統(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)合建筑大樓負荷構(gòu)建具備并網(wǎng)和離網(wǎng)運行能力的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。
園區(qū)的白天用電負荷較大，且比較平穩(wěn)，夜間負荷較小;白天和夜間負荷曲線變化接近階躍函數(shù)，且發(fā)生變化的時間點基本相同。
園區(qū)微網(wǎng)系統(tǒng)平時并網(wǎng)運行，光伏發(fā)電系統(tǒng)首先為負載供電，多余電能可實現(xiàn)余電上網(wǎng)。在并網(wǎng)運行過程中，飛輪儲能聯(lián)合電池儲能可以平抑光伏的功率波動，保證公共連接點的電能質(zhì)量。
在大電網(wǎng)發(fā)生故障或進行安全檢修時，微網(wǎng)系統(tǒng)就離網(wǎng)運行，此時光伏系統(tǒng)聯(lián)合儲能系統(tǒng)為負載供電，若儲能系統(tǒng)能量耗盡，則可啟動柴油發(fā)電機組來確保負荷的不間斷運行。
據(jù)測算，605千瓦光伏系統(tǒng)在25年的壽命期內(nèi)共能產(chǎn)生約979萬千瓦時的電能，平均每年產(chǎn)生39萬千瓦時電能。與同等電量火電廠相比，相當于25年節(jié)約標準煤約3427噸(以火電煤耗每度電耗標煤350克計)，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)：項目同時還在深圳市光明新區(qū)欣旺達鋰電池生產(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)特點為白天用電負荷少，夜間用電負荷多，負荷隨機性較大且微網(wǎng)能量組成形式簡單，只包含光伏發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池儲能系統(tǒng)。
園區(qū)內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量460峰千瓦，分別安裝在園區(qū)三棟廠房的屋頂;電池儲能容量為660千瓦時，采用了一臺250千瓦主儲能變流器和一臺100千瓦輔儲能變流器并網(wǎng)，其中主儲能變流器主要實現(xiàn)并網(wǎng)功率控制及離網(wǎng)電壓頻率控制，輔儲能變流器主要實現(xiàn)系統(tǒng)三相四線電流不平衡補償。
該園區(qū)微網(wǎng)公共連接點上級設(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)。當光伏發(fā)電有富余時(即除了給電池充電和微網(wǎng)負荷供電外還有富余)，輸送到工業(yè)用電電網(wǎng);當光伏發(fā)電欠缺時，從民用用電電網(wǎng)上取電，最大程度節(jié)約系統(tǒng)運行成本。
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744萬千瓦時的電能，平均每年產(chǎn)生30萬千瓦時電量。與同等電量火電廠相比，相當于25年節(jié)約標準煤約2636噸(以火電煤耗每度電耗標煤350克計)，減排二氧化碳6076噸、二氧化硫56噸、氮氧化物16噸。
