分布式光伏上网的“利器”:微电网

分布式光伏上网的“利器”:微电网

近日,国家863课题"高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术"示范工程在浙江上虞投入运行。据了解,该示范工程提供了高密度分布式能源接入的新模式,为光伏、风电等新能源安全稳定接入大电网扫清了技术障碍,在国内首次实现交直流混合微电网用户侧的商业化运营,能满足今后电力用户多样性需求。

为了解决能源与环境问题,世界各国都一直致力于推进新能源领域的发展,但由于新能源能量密度偏低,进行大功率电力发电时需要适合的场地,并且电力不稳定,属间歇式电力源,极易对大电网造成严重冲击。而微电网技术的提出,为高效利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。

"微电网"相对传统"大电网"而言,采用先进的控制技术以及电力电子装置,把分布式能源和它所供能的负荷以及储能等设备连接形成一个微型的完整电网。这种"微型"的电网是从发电、输变电直到终端用户的完整电力系统,既可以自身形成一个功能齐全的局域性能源网络,以不干扰输配电系统的方式"孤网运行";也可以通过一个公共连接点与市政电网并网连接,即当微电网电源功能不足时可以通过大电网补充缺额,发电量大时可以将多余电量馈送回大电网。必要时,两种模式间可以进行切换。

微电网全球市场收益或达9.1651亿美元

目前,微电网已成为一些国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段。在美国,并网型微电网满足了美国最大的居民住宅–纽约联合公寓城(Co-OpCity)的能源需求,并且在极端天气的情况下保障系统的供能安全。该项目的核心设备是西门子公司生产的能够实现冷、热、电三联供(CCHP)的燃气轮机、蒸汽轮机以及控制系统。该能源站总装机容量达到40兆瓦,可以满足全部6万名居民24兆瓦的用电负荷峰值需求,其余16兆瓦容量发出的电力被出售给大电网。

在英国,苏格兰的埃格岛(IsleofEigg)是海岛离网型微电网成功应用的典范。因地制宜的微电网充分利用了当地的自然资源,其中发电系统主要由分布式光伏、小型风力发电和水力发电设施组成,总装机容量为184千瓦。多余的可再生电力被储存到电池阵列中,天气条件不佳的情况下,电池组可以为全岛提供一整天的电力。该微电网中还包括两台70千瓦的柴油发电机,以备不时之需。

在印度,印度理工学院的研究人员为农村家庭开发了光伏微电网,包括一块125瓦的太阳能电池板、1千瓦时的储能电池、控制箱和直流家电。不同于普通的交流用电,这套户用微网以直流电运行,避免了光伏、电池和家电之间交直流转换引起的能量损失。整套系统的成本比架设电网的方式更低,供电也更加可靠。已经接入市政电网的家庭也可以将其作为优质的备用电源,免除电网频繁断电带来的困扰。同时,研究人员也开发了覆盖多户家庭的500瓦和7.5千瓦的微电网。目前,这套系统已经为超过4000户的农村家庭提供了电力。

据国际市场研究机构Technavio发布微电网储能市场研究报告称,2017-2021年,全球微电网储能市场年复合增率将达到16.72%,市场收益达到9.1651亿美元。

我国微电网多用于分布式光伏

与国外相比,目前我国的微电网技术主要试用于分布式光伏发电项目中。由于电网为了保障自身运行安全,要求小型光伏电站接入电网的总装机容量不能大于上级变压器容量的15-30%,因此分布式光伏无法大量接入电网,这对于分布式光伏的发展而言极其不利。对此,从2015年,政府有关部门就不断的发布相关政策,要求在电网未覆盖的偏远地区、海岛等,优先选择新能源微电网方式,探索独立供电技术和经营管理新模式。

2016年1月,猛狮科技首个智能微电网示范项目在江苏镇江并网成功。据了解,该项目位于江苏省镇江市高新区丁卯科技园,利用园区停车场车棚顶部空间建成,配置了20kW光伏系统、100kWh三元锂电池组、200kWh磷酸铁锂电池组和超级电容,是集光伏发电、锂电储能、交流充电和大功率直流充电于一体的"光、储、充一体化"的高科技项目。

2017年3月22日,国家能源局新疆监管办公室向龙源吐鲁番新能源有限公司颁发电力业务许可证(供电类),标志着龙源电力承建的吐鲁番新能源城市微电网示范项目成为全国首个获得电力业务许可证(供电类)的微电网示范项目。该项目在293栋居民楼顶建设屋顶光伏8.7兆瓦,同期建设1座10千伏开关站及监控中心、1座1兆瓦储能装置、1座公交充电站、4回10千伏环网及27台箱变,通过微电网系统向区域内5700多户居民及机关事业单位、商业用户、地缘热泵等用户供电。

5月,发改委、国家能源局下发《关于新能源微电网示范项目名单的通知》,28个新能源微电网示范项目获批。据悉,这批项目带来的新增光伏装机量为899MW,新增电储能装机超过150MW。其中,位于山西太原西山生态产业区新能源示范园区的微网项目,总投资高达111.9亿元,将有19个微网组成微网群。

9月,河北省发改委明确了首批4个多能互补项目和3个新能源微电网项目的建设内容。4个多能互补项目和3个新能源微电网示范项目中,共包含378.54MW光伏项目和49.6MWh储能项目。

微电网发展仍存在诸多挑战

尽管我国在微电研究和实际建设上取得了一些成果,但与美国及英国等由研究机构、制造厂商和电力公司组成的庞大研究团队相比,仍存在较大差距。浙江省电力科学研究院专家张雪松表示,微电网在实际应用中还存在诸多挑战,主要有微电网建设、运营模式与目前电力法规存在一定的冲突,国家相关政策尚不明晰;微电网中应用的关键设备还不够完善,国家层面缺乏统一的技术标准,而且运行技术有待深入研究和验证。此外,微电网建设的投资成本较高也成为了制约微电网发展的主要因素之一。

北控清洁能源执行总裁王野也认为,微电网的运行控制充满挑战,尤其是当微电网从单一"光伏+储能"转变为多种能源的互补时,即在整个微网里面除了光伏发电,还有储能、风力发电,有的地方微电上还可以加上燃气发电,或者加上一个柴油机发电,并且它的电流源、电力电子变流器,同步发电机等各类能源设备不同,且电源数量多,单机容量在地理上分散,发电功率波动、负荷变化、储能等都存在差异。
 
来源:光伏产业观察网 

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