微电网发展与开发思路课件.ppt

微电网发展与开发思路,储能技术、微电网与分布式光伏发电协调发展高级研讨班,主要内容,一、发展现状及趋势二、应用模式及发展机制三、发展趋势与可持续发展的思考,一、发展现状,微电网（微网）定义,微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发/配/用电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统3。微电网可以看作是小型的电力系统，它具备完整的发电、配电和用电功能，可以有效实现网内的能量优化。微电网有时在满足网内用户电能需求的同时，还需满足网内用户热能的需求，此时的微电网实际上是一个能源网。按照是否与常规电网连接，微电网可分为联网型微电网和独立型微电网。微电网没有严格的定义：容量、电压等级智能电网是个大筐,微电网的特征,因地制宜，综合考虑源、网、荷情况及需求，按技术经济可行设计，具有个性化、定制化特征可并网及自治运行，并可和电网进行有规律的能量交换，可调节的有电源的负荷或带负荷的电源多能源互补、冷热电综合，可提高供能及用能效率多方“跨界”，相关方众多，非技术因素深刻影响其应用和推广融和性好，易增容、减容,6,微电网的重要角色是能源互联网的重要基础单元,缓解高密度分布式光伏等对电网影响，高比例消纳可再生能源实现多种能源的梯级高效利用为用户提供定制化供电服务为电网故障自愈提供重要供电支撑给电网提供支撑服务：消峰填谷、推迟电网增容改造、电能质量改善解决海岛和边远地区可靠供电,微电网关键技术,微电网规划、总体方案设计微电网控制微电网保护微电网能量管理系统微电网仿真与实验微电网关键电力电子装置及其控制储能技术：电动汽车储能、储冷、储热目前最好经济性,能源的梯级利用； 可再生能源的安全消纳； 多种能源的协调优化； 提升用户的用能品质； 提高用户的供能可靠性； 降低用户的用能成本； ,分布式发电含有多种电源形式，但以光伏为主的可再生能源将成为未来分布式发电的主要形式。微电网是进行用户侧分布式可再生能源开发和提高能源利用效率的一种有效途径!,发展现状背景,发展现状,微电网的基本特点：小型的电力系统，即可联网，又可独立运行多种技术方案：共交流母线、直流微电网、交直流混合特有的设备技术研制示范：电压源逆变器、能量管理系统、负荷响应、继电保护各种储能技术的应用示范应用场景：离网型、联网型总体而言处于研究示范阶段：技术、经济、商业模式,二、应用模式及发展机制,第11页,2008年完成：西藏阿里光/水/柴/蓄多能互补发电系统技术专题研究,项目概况：阿里地区：西藏西北部，平均海拔4500m，面积31万km2，人口8.6万人；阿里电力：狮泉河水电站41600kW（年发电量1300万kWh），电力供应不足太阳能资源：年均日照3550h，年平均辐射总量 8250 MJ/m2解决措施：在狮泉河建设10MWp光伏电站，形成光/水互补发电系统项目性质：经国务院常务会议原则通过，是西藏“十一五”重点建设工程；建设周期：20082013年； 建设经费：6亿元；,狮泉河,降压站,降压站,光伏电站场址,狮泉河,光伏电站场址,阿里总体方案综述,方案1：并网型光伏电站+水电站+柴油发电机方案2：并网型光伏电站+少量蓄电池站+水电站+柴油发电机方案3：光伏电站 (含蓄电池) +水电站+柴油发电机方案4：光伏水泵+抽水蓄能站+水电站+柴油发电机,在狮泉河10MW光伏电站方案论证过程中，主要有以下4种方案：,第13页,西藏阿里10MWp光伏电站技术专题研究：总体技术方案,技术专题4,技术专题5,技术专题2,技术专题3,总体技术方案需细化并进行初步设计，主要内容如下：专题2:电网能量管理及运行方式研究专题3:电网稳定性技术研究专题4:高压并网控制逆变技术的研究专题5:储能系统控制策略研究,解决年供电量严重不足问题！,建设地点：青海省玉树藏族自治州巴塘乡（2011年7月-2011年12月）项目来源：金太阳工程，业主单位青海水电集团环境恶劣：海拔4000米，最低气温-30度电网薄弱：无大电网，电能质量极差，频率低至47Hz，10kV母线电压低至7kV,玉树州水光互补微网发电工程,项目技术挑战性大，国内外没有可供借鉴的经验！,项目概况,系统组成 光伏阵列： 2MW平单轴跟踪 蓄电池组：15.2MWh铅酸 逆变器： 150kVA15台功率可调度逆变器 150kVA2台双模式逆变器 200kVA3台自同步电压源逆变器电压等级 直流母线400V，电站输出交流35kV运行方式 水光储互补运行方式，昼储夜发,电站系统结构（20条发电支路）,技术创新点,创新点1：MW级水/光/储互补微电网设计集成技术,关键问题：1）微电网晚高峰供电问题极其凸出； 2）常规光伏并网直接威胁系统稳定。 采用基于交直流混合母线的新型光储系统结构，将光伏冲击与电网相隔离。采用水光储互补发电策略，合理设计容量配比，满足当地供电需求。,世界首个MW级水/光/储微电网工程，海拔最高,示范点,三种典型应用模式,18,应用于分布式可再生能源渗透率较高的地区，平抑分布式可再生电源并网对电网的影响，提高电网对分布式可再生能源的接纳能力； 应用于热电联产等多能互补地区，可以提高能源利用效率，节能降耗； 应用于对电能质量和供电可靠性有特殊要求的电力用户，能够满足用户对电能质量的特殊要求，实现对重要负荷的不间断供电；应用于灾害多发地区，可以提高供电备用，有利于故障后黑启动； 应用于峰谷功率差异很大的地区，包括峰值容量占容费与峰谷电价差。,城市型微网模式分析应用场合,19,应用系统：（居民、商业、工业）用户、（园区、社区、城市）区域；网络：通过单点（PCC)接入用户配电网；能源：多种可再生能源、大量电力电子装置、无惯性（储能）；负荷：冷热电多种负荷响应需求、高供电可靠性、高电能质量； 运行模式：具有独立和并网两种运行模式，实现并网点功率可控、消峰填谷、电网支撑、无功补偿、平滑切换等。,城市型微网模式分析技术特征,山东东营中国石油大学,地理位置：地处黄河入海口的三角洲地带，依托胜利油田；示范意义：建成新能源示范城市，发展太阳能、风能、地热能及垃圾利用；示范工程：作为东营新能源示范城市的重要组成部分；建筑规模：10万多平米的低碳大厦、师生宿舍、堰萃湖、抽油机等。,抽油机（已有）,师生宿舍（已有）,低碳科技城孵化基地（规划建设中）,堰萃湖（已有）,城市型微网模式分析案例概况,分商业、居民、工业三个区域子微网，子微网可孤可并，能源互联；从能源的利用形式来看，系统可分为微电网、微冷网和微热网；地源热泵是微电网的可控负荷，依托绿色建筑实现冷热电负荷的时空优化；污水/中水处理、雨水回收等多项能源再利用形式，同时这些系统均可看作微电网的可控负荷,城市型微网模式分析案例技术方案,补贴形式：初投资补贴+电价补贴；补贴办法：对微电网系统需要额外增加的储能及能量管理系统部分进行100%初投资补贴，占整个系统投资的5.83%。对微电网系统中其他可再生能源均享受与光伏发电相同的0.42元/度的电价补贴，补贴年限20年。,城市型微网模式分析机制探讨1,补贴形式：全部初投资补贴；补贴办法：对微电网系统需要额外增加的储能及能量管理系统部分进行100%初投资补贴。对微电网系统中光伏外其他可再生能源进行初投资补贴，分布式风电补贴4元/W，垃圾发电补贴20元/W。,城市型微网模式分析机制探讨2,24,西部新型小城镇。采用多能互补微电网解决能源紧张问题，实现绿色低碳，助力美丽城镇、美丽乡村。能源利用方式落后的农牧区。由薪柴能源向可再生能源过渡，提高能源利用率，改善生活质量。可再生能源丰富但电网薄弱的边远地区。微电网减少了对输电线路的投资，提高了可再生能源渗透率，保障了用户可靠供电。电能质量要求高的关键负荷和公共建筑。保障边远地区中卫生院、学校、金融通信部分的供电可靠性和供电质量。,偏远地区微网模式分析应用场合,25,典型边远地区微电网,能源：光伏发电、风力发电、小水电、公共电网、储能系统；负荷需求：新建住宅建筑、既有住宅建筑、公共事业建筑、商业服务业建筑的生活用电、炊事用能、采暖用能、办公用电；网络：以电网为骨架，多个分散供用能系统和子微网协调运行；运行模式：联网型微电网，实现并网点功率可控、消峰填谷、电网支撑；对关键负荷具有独立和并网两种运行模式、平滑切换等。,偏远地区微网模式分析技术特征,青海西宁湟源县兔儿干新型农村社区,地理位置：青海省西宁市湟源县日月藏族乡兔儿干集镇，3100米，年均气温3.0（严寒）示范意义：新型小城镇，汉/藏文化交界，农/牧区交界，青藏/黄土高原，唐蕃古道旅游线路城镇建设：省政府重点支持的新型农村社区示范工程,批复建设经费2.2亿元，2014年4月开工建设规模：居民住宅1080户（700+380）；卫生院、学校、政府等公共建筑；商业服务业等,工地调研2014,入户调研2013,小城镇规划,建筑效果图,偏远地区微网模式分析案例概况,27,集中式光伏,分散屋顶光伏700户,公共建筑微网,偏远地区微网模式分析案例总体方案,1. 700户新建住宅能源设计方案被动式隔热保温设计(能耗15W/m2)阳光房、阳光庭院主动式屋顶光伏发电（建筑结构限制，750Wp/户，日发电3kWh）电采暖（适合高原边远分散区，电油汀2kW/户，日用电14kWh）太阳能热水器（提供生活热水）效果生活用能全部电气化，低能耗,+,+,偏远地区微网模式分析案例概况,2. 兔儿干新型农村社区的能源设计方案水力发电：采暖季不发电，非采暖季发电180万kWh光伏发电系统: 原则：光伏发电量100%满足采暖季负荷用电量(268.1万kWh 3.5MWp)分散式：屋顶光伏（700户新建+公共建筑，585kWp）集中式：光伏电站（2.9MWp）储能系统：作用：平抑光伏波动；提高重要负荷保障率（公共设施、旅游服务业）配置：500kW/2小时，1MWh铅酸储能公共电网：新社区用电峰值功率4MVA，现有变压器容量2MVA,偏远地区微网模式分析案例技术方案1,30,1.卫生院小微网关键负荷双模式微网空气源热泵供暖(700m2)风/光互补发电(10kW+10kW)储能系统(15kW/4小时)零能耗建筑,2.乡政府小微网办公负荷/日多夜少功率可调节微网太阳能热风供暖+电辅助(1890m2)屋顶光伏发电(20kW)储能系统(15kW/2小时)零能耗建筑,3.学校小微网综合负荷(生活+办公)功率可调节微网太阳能热水供暖+电辅助太阳能热风供暖+电辅助屋顶光伏发电(30kW)储能系统(30kW/4小时)零能耗建筑,3. 热电联供微能源网（公共建筑）,偏远地区微网模式分析案例技术方案2,补贴原则：以能够吸引到商业投资为原则，投资回收年维持在8年左右；补贴办法：（1）对公共建筑微能源网光热系统、储能系统进行初投资补贴 或（2）光伏电价补贴，按照8年投资回收期测算。,偏远地区微网模式分析机制探讨,32,运行方式：海岛微电网多与大电网相互隔离，其运行方式以独立运行、自发自用为主；能源利用：海岛地区风、光等自然资源较为丰富，故海岛微电网风电机组、光伏容量在允许条件下可以设置大些，增大可再生能源发电比例；发电成本：海岛微电网与城市和边远地区相比，设备和燃料的运输及安装成本较高，导致其总建设成本较高；,浙江东福山岛孤立微电网系统,希腊基斯诺斯岛微电网系统,海岛微网模式分析技术特征,大万山岛位于香洲东南部39km，珠江口外最南端；万山岛面积约8.1km2，主峰大万顶海拔443.13m，目前人口约300 人；该地区经济发展以渔业和旅游业为主；原来主要依赖柴油机组供电，发电成本较高，约34元/kWh，可靠性较差。,海岛微网模式分析案例概况,配置方案,初始投资成本,海岛微网模式分析案例技术方案,补贴原则：根据要求，补贴之后内部收益率至少达到8%，投资回收年维持在 78年左右，再由此反推出相应的补贴办法及补贴水平；补贴办法：初投资补贴，电价补贴；,海岛微网模式分析机制探讨,研究成果促成能源局出台微电网示范的指导意见,2015年7月13日，国家能源局以国能新能2015265号印发关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见。意见分充分认识新能源微电网建设的重要意义、示范项目建设目的和原则、建设内容及有关要求、组织实施4部分。,解决如下4个问题：1、技术装备问题；2、与电网的关系和高比例（50%）接入；3、经济性和补贴标准；4、体制/机制问题。达到如下4个目的：1、高比例发展RE；2、高比例RE成为电网友好型的优质电源；3、启动储能新市场；4、培育一批微电网独立运营商。,小 结,可再生能源微电网要因地制宜考虑源、网、荷进行规划设计，不同的目标有很不同的设计方案，技术性能和经济性差异较大，有时甚至系统无法运行离网式可再生能源微网一般在无大电网的边远和海岛具有最好的经济性，用能成本要高于大电网地区联网式微电网可以为大电网提供很好的支撑服务，但在电网没有利用相应的功能及额外的鼓励政策之前，联网式微电网很难有经济性。在没有充分的技术和商业模式的示范之前，难以规模推广。非技术因素对微电网的示范推广影响巨大,三、发展趋势与可持续发展的思考,能源：清洁、低碳、智能、安全可再生能源发电技术发展趋势可再生能源为主能源互联网系统的构建；能源优化配置；大规模综合输送技术；智慧调度和能量管理高穿透率的分布式可再生能源并网发电系统；多能互补、满足电热冷等需求的微网系统；区域多能互补的智能电力系统技术；储能、负荷调节、能量管理和智能控制、智能设备。新市场、新技术、新产品、新模式,39,发展趋势,发展趋势欧洲可再生能源城市发展总体思路,城市是可持续发展、温室气体减排的实施主体能源是城市发展的重要环节，要纳入城市发展的总体战略 可再生能源：支撑城市的可持续发展，是低碳发展之路的重要路径欧盟已构建一体化的政策框架体系，支持城市能源建设体系,发展趋势法兰克福：100%可再生能源地区,目标：2050年实现能源供应100%来自可再生能源，包括电力、热力和城市交通概念设计已经完成发展战略：降低能源需求，提高节能水平最大限度地使用当地的可再生能源智能电网、储能装置、电动汽车作为一个人口密度高、工商业发达的国际大都市，法兰克福市可再生能源发展之路对我国有非常高的借鉴价值,法兰克福：发展情景测算,法兰克福100%可再生能源能流图,可持续发展探讨,不同地域内电力供应商：经营风电场或光伏电站等区域电力供应商：经营区域内的不同或所有电源，甚至电力系统。开始和常规能源结合，到可再生能源为主，最终实现100%可再生能源区域能源供应商：电、气、热/电动汽车、物联网、节能,未来商业模式探讨(1),城镇不同区域售电给电网及用户独立电力供应商综合能源供应商：多能源资源互补（包括垃圾、废水等），冷热电综合利用综合物业服务商专业化的单项技术、产品及服务供应商净零能耗建筑、区域100%可再生能源综合成套技术,未来商业模式探讨(2),储电的经济性,峰谷差储能的商业模式成立吗？风电场、光伏电站利用储能解决弃风弃光经济可行吗？假设条件：锂电池价格：2500元/kWh寿命：3500次充放电效率：90%储电成本计算1kWh电池寿命期可存储：3500kWh计及充放电效率可用：3500*0.9=3150kWh每度电存储增加的成本：2500/3150=0.8元/kWh考虑投资，6%利息，成本约加倍！目前蓄电池作为电网的服务支撑、微电网的支撑是有巨大作用，但作为电量存储，现有成本和电价经济上不合算！,结束语,可再生能源时代的到来已经是大势所趋，可再生能源的分布式特点决定了分布式能源的生产和消费有巨大市场空间，微网相应有广阔的前景。伴随新技术的发展应用，需探索最技术经济可行的新的商业模式。现有能源架构、组织方式、既得利益者等都是新的商业模式的障碍，变革往往从“违法”开始。需要宽容变革，主动探索。持续进行技术经济和商业模式研究，相信技术经济性和价值规律最终起决定作用。目前的技术、商业模式需要政策的支持。独立的电力乃至能源供应商的商业模式值得期待。,