微电网结构图
近年来,我国连续密集采取多种措施促进能源清洁化发展,但受能源结构制约:多煤且清洁能源逆向分布,截至目前,主要新能源风光占比仅8%。近日,国际能源署公布数据显示,欧洲许多国家风光占比已超过20%,普遍也超过10%,加快能源清洁化成了我国目前及未来尽快解决的难题。我国清洁能源占比低的一个重要原因是远离高消纳地,若能实现就地消纳,必然可以推进能源清洁化进程。
在中东部地区发展分布式能源是就地消纳的重要途径,近日,IEA预测,到2024年,全球可再生能源将增长50%,太阳能光伏和风能将在未来五年占全球发电能力扩张的70%,分布式光伏发电的增长将达到和陆上风电一样的增长速度,而中国的分布式光伏发电能力将成为世界最大的增长点。这就意味着我国未来发展分布式能源将突飞猛进。
分布式能源的快速发展必然推进微电网的迅猛发展,这是因为,分布式电源面临的问题:不稳定性高,直接接入电网会影响电网运行。而微电网有储能装置,可以消减分布式发电对电网造成的冲击,成为分布式能源和配电网之间的纽带,是未来发展智能电网的重要组成部分。另外,微电网可以独立运行,为无电或远离陆地地区供应清洁电能。
微电网助力发展分布式清洁能源
由于微电网具有较强的灵活性,微电网在各国的使用目的有所不同,美国在微电网研究中旨在提高军事基地能源供给可靠度,同时降低配电网馈线或变电站至少15%的峰值负荷;欧洲发展微电网主要目标是利用可再生能源发电的规模化;日本目前研究重点为融入智能社区建设。
相比美、日和欧洲国家,我国近年才开始重视发展微电网。2015年7月,我国颁发的文件《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》,标志着新能源微电网已成为可再生能源和分布式能源发展创新的重要方向。
2017年颁发的《推进并网型微电网建设试行办法》对我国发展微电网进行了定位。微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统;分为并网型和独立型;特征是清洁、微型、自治、友好。文件指出,微电网应适应新能源、分布式电源和电动汽车等快速发展,满足多元化接入与个性化需求。结合城市、新型城镇及新农 村等发展需要,鼓励利用当地资源,进行融合创新,培育能源生产和消费新业态。2017年颁发的文件《关于印发新能源微电网示范项目名单的通知》中,具体指出当前示范项目用于供电、供热和供冷。
我国微电网的定位和兴起,和我国能源结构转型紧密相关。绿色发展需要新能源快速发展,而新能源丰富地远离中东部高消纳地区,随着新
能源成本的降低和技术进步,中东部地区发展分布式能源优势逐渐凸显。近年来,分布式能源增长迅猛。
分布式光伏2017年装机超过19GW,同比增长超过360%,这一数字远远高于前五年分布式光伏装机量的总和。而2018年,分布式光伏新增装机20.96GW, 同比增长7.8%。分布式光伏装机占比已经从2015年的13.7%增加至2019年5月的29.8%。
相比分布式光伏,分散式风电发展相对较慢。截至2017年底,我国分散式装机占比不足2%。一个主要原因是,分散式风电项目审批手续更加复杂。金风科技武钢表示,目前实施的分布式能源项目多是两种及两种以上能源组合的形式,开发商在办理核准手续时,要将一个分布式能源项目拆解成多个子项进行核准,受理的流程差异较大,导致了总体项目核准周期较长。
此外,分布式地热、生物质能等分布式能源也在向前发展。
微电网助力智能电网清洁化
微电网还是智能电网的组成部分。传统的单一发电、单一输电时代一去不复返,未来将全面开启智慧能源时代。新时代对能源发展提出了清洁化、智能化、高效化以及安全可靠的要求,随着可再生能源的大规模应用,以及信息技术的不断成熟,发展能源互联网已经成为不可逆转的趋势。
微电网是一种新型能源网络化供应与管理的技术,将分散的分布式电源相互协调起来,保证配电网的可靠性和安全性,实现用户需求侧管理以及清洁能源的充分利用。
不仅实现了分布式能源就地消纳,同时也可以和配电网进行电能交换。因此,微电网被认为是智能电网领域的重要组成部分,在工商业区域、城市片区以及偏远地区有广泛的应用前景。
另外,2017年颁发的《推进并网型微电网建设试行办法》提到了微电网对电动汽车发展的推进作用。主要原因是,按照传统理念,电动汽车通过电网充电,但由于煤电占比高,所产生的碳排放量仍较高,难以降低对传统化石燃料的依赖。况且,随着电动汽车的数量增长,充电桩数量的不断增长,在充电高峰期将对电网带来很大冲击。
那么,解决充绿电和平抑对电网的冲击成为电动汽车面临的难题。而微电网就是具有储能功能的小型发配用电系统,可以实现就地将绿电直接充电给电动汽车。并且可以实现在充电较低的时间段或者晚间用电波谷的时候,将电能储存起来,在用电高峰期向电网反充电。不仅解决了充绿电和平抑对电网的冲击,还减少了建电厂的用地问题。
独立运行实现清洁能源消纳灵活性
除了并网,微电网还可以独立运行。偏远地区一般为经济落后地区,用电量少,地理位置复杂,环境恶劣,电网建设成本高。微电网独立运行不并网就可以实现用电,并且可以就地利用新能源,在偏远地区、小水电供电地区、无电地区,已开展离网微电网示范。
例如:位于广东的担杆岛上约有300居民,由于远离陆地,常年只能依靠一个柴油发电站来满足基本用电需求。2018年,南方电网投产担杆岛微电网项目,没有与陆地电网连接,有独立的发输用电体系。项目创造性的采用了柴油发电、光伏、储能互补的建设方案,并建设了双回路电缆线路形成环网供电,大大提高海岛供电安全性。依靠柴油发电机组供电、光伏系统作补充,可对微电网起到削峰填谷的作用,遇到突发情况,比如柴油机组没油或故障时,可以用蓄电池储能系统作为备用电源,项目不仅利用了光伏资源,也减少了占地面积和工程投资。
微电网未来发展前景广阔
由于微电网还存在成本高和技术不够成熟问题,例如:缺乏惯性和自主控制能力:目前国内很多时候会有电池燃烧的问题,主要原因是BMS和网之间的高度协调没有实现,导致了局部的能量阻塞。可扩展性不足:建好以后,如果想再大一点,或者前期没有做规划,可能这个系统最后的结局就是重新建。
因此,目前我国的新能源微电网多用于科研项目,距离商业用途还需要经历一定的发展过程。但随着全球分布式新能源的快速发展,以及技术的不断突破,微电网将随之迅猛推进。
据国家电网专家预测,微电网未来大部分集中在亚太和北美地区,未来10年这些地区仍然保持快速增长,将超过全球容量的50%,尤其是一带一路沿线微电网的装机和示范工程,会有明显增势。
从长远来看,发展微电网非常重要,随着分布式可再生能源储能微电网技术的进步、成本的降低、新型负荷的出现,结合售电侧改革,微电网将会有越来越多的电力市场份额。