微电网的发展现状及其系统优化

一、微电网概述

(一)微电网诞生背景

随着社会的不断发展,环境问题和能源供求的矛盾进一步凸显,迫于环境日益恶化和能源日趋枯竭的双重压力,加之传统大电网系统所存在的自身弊端,使得清洁可再生的分布式电能技术、智能电网和”互联网+”智慧能源模式等得到迅猛发展。

分布式电力系统虽然有满足特殊场合的需求、输配电损耗低、电网稳定性高等诸多优点,但其与大电网联接控制困难的缺点也尤为明显,如此,为了保障可靠电力供应的同时,并获得良好节能减排效果,微电网应运而生,普遍认为微电网是利用分布式电源有效的方式之一。图1为分布式电源的运行图。

重庆节能手机报(2017年第17期,总第149期)

图1 分布式电源运行示意图

(二)微电网的概念

微电网又被称为微网,其率先由美国提出,它是较传统大电网的一个反面概念,全球对其的定义略有差异。结合我国现状,微电网是由分布式清洁电源、储能装置、能量转换装置、保护装置、监控装置、负荷汇集而成的小型完整发配电系统。它是一个能够实现自我监测控制和保护管理的电力系统,既能与大电网并网运行,亦可独立运行。微电网运行图如图2所示。 

重庆节能手机报(2017年第17期,总第149期)

图2 微电网运行示意图

二、微电网的应用现状

(一)国外应用现状

美国能源局高度重视对微电网的研究,他们对微电网的结构、控制、监测、经济效益等各个方面都进行统筹研究和实践,其研究的重点主要集中在提高供电的可靠性、满足多种电能质量的要求、降低成本和实现智能化等方面,并在这些方面都取得了较为优异的成绩。

近年来,欧盟对微电网的研究也一直在有条不紊地进行着,著名的“聪明电网”计划指出,灵活性、可靠性、可接入性、经济性作为欧洲2020年以后电网发展目标。除此以外,加拿大,澳大利亚,日本等国均开展了对微电网的研究。

(二)国内应用现状

微电网在我国正处于实验、示范阶段, 2017年是微电网“爆发”的一年,第一次发放微电网售电许可,第一次批量发布微电网示范项目名单。7月,发改委和能源局下发《推进并网型微电网建设试行办法》,这是微电网领域迄今为止最重要的文件。据悉,到2020年,全球微电网市场规模将达到189亿美元,累计装机容量将达到30吉瓦,中国微电网累计装机容量将达到2.5吉瓦。

“十三五”期间,我国将在太阳能、风能占优势的地区建设微电网示范区,还将推动建设100座新能源示范城市。为进一步保障微电网的安全、可靠、经济运行,结合我国微电网发展的实际情况,一些新的微电网技术需求有待进一步研究。

三、微电网的节能减排作用

微电网是节能减排的发展产物,同时非常符合当前中国电力领域的发展趋势,微电网的应用是解决燃料能源枯竭和全球环境恶化的有效手段和优质选择,对清洁能源的利用和清洁生产有着极其重要的意义,是改善能源结构转型的重要载体。微电网的节能减排作用凸显在:

1、有效节约不可再生燃料,减少燃料有害气体排放。微电网采用可再生清洁能源(如:光能、风能、潮汐能等)有效替代不可再生燃料(如:石油、煤炭和天然气等,同时有效避免燃料发电引起的环境污染问题。

2、促进能源的梯级利用,优化能源配置结构。微电网作为清洁能源利用的有效载体,其组成结构中的储能装置和能源转换装置优化了能源供给结构,满足客户用电,用水等多方面需求,有效减少能量损耗,从而实现节能减排目的。

3、线路损耗极小,节电效果明显。微电网单独运行时,电网运行稳定,供电半径小,从而大幅度降低了线路的损耗,同时提高了电能质量的可靠性。并入大电网时,亦可降低输配电网络中的线路损耗,优化电网运行方式。以上两种运行方式的节电效果都很明显。

四、微电网的系统优化措施

1、优化微电网的规划设计:在对可再生能源和负荷需求进行准确分析的基础上,依据特定的目标和约束条件,充分考虑运行优化的影响,确定系统设计结构,合理设置负荷搭配,归纳建模方法、优化算法、可再生能源与负荷需求分析三个方面的内容,尽可能实现微网系统节能经济运行及能源利用效率等量化指标的优化。

2、优化微电网的控制技术:微电网研究领域,最为关键的技术是微电网的运行控制。而对于微电网控制的基本要求有:任一微电网的接入,不对既有微电网系统造成明显影响;能协调微电网的发电与负荷,自主选择运行点;能稳定的在并网和孤岛两种模式下运行,并在两种模式间平滑切换;可以对有功、无功进行独立控制,具有自主校正电压跌落和系统不平衡的能力,减少不必要的能量损耗。

3、优化微电网的能量管理:能量管理是微电网研究领域不可或缺的部分,能量管理直接影响其运行策略,其原理是根据分布式电源的出力预测,微电网内能源需求等数据,实时制定微电网运行调度策略。实现能量管理的是能量管理系统,目前,能量管理系统分为集中式能量管理系统和分布式能量管理系统,在使用过程中,需根据各种不同的预测信息选择优化的能量管理系统并建立合理的代理模型,从而达到节能的目的。

微电网是未来能源的发展趋势,是对大电网的有力补充,顺应了节能减排号召、国家能源转型和电力体制改革的方向,具有广阔的发展前景,相信中国的微电网技术会走上高速发展的道路。