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特变电工郝翔:能源互联网最核心的子单元是智能微电网

北极星输配电网  来源:电力头条APP    2018/7/27 9:16:09  我要投稿  
所属频道: 微电网  关键词:微能源网 智能微电网 特变电工

北极星输配电网讯:能源互联网的概念大同小异,归结到最终的要素上可以看出主要是三点,第一是清洁能源,第二是高压电网,第三是智能微电网,这是能源互联网最底层的子单元。要发展能源互联网,最核心的子单元就是智能微电网。特变电工新能源研究院微电网产品线总经理郝翔在2018中国微能源网技术与应用会议演讲“特变电工工业园区智能微电网解决方案”时表示。电力头条APP将对大会进行全程直播,如需了解更多的会议直播,请联系微信号:13693626116

观看直播请点击:2018中国微能源网(能源互联网)技术与应用大会暨展览会现场直播

特变电工新能源研究院微电网产品线总经理郝翔

郝翔:尊敬的各位领导、各位来宾,大家下午好。今天很荣幸,受大会邀请作关于智能微电网解决方案的主旨报告,今天的报告有五个方面的内容,首先讲一下微电网发展背景,尤其是5.31政策以后,很多新能源行业都开始关注这一领域的发展,但是微电网目前的商业化发展还处于起步阶段。其次分享一下特变电工提供的微电网的解决方案。第三个方面重点分享一下特变电工的电能路由器产品。第四,讲一下特变电工方案特点及其价值。最后是微电网技术和市场的展望。

我们看一下微电网的发展背景。提到微电网,我还是想提一下能源互联网,能源互联网在这次大会上,很多人都在提能源互联网这个名词,包括早晨也提到全球能源互联网,能源互联网为什么会被提出来,主要还是经济发展和资源紧张和环境污染各方面的矛盾造成的。从这张图上可以看到,这是北京的故宫,这是比较常见的雾霾现象,为了解决环境污染和资源问题,我国大力发展清洁能源,包括光伏和风电,但是发展清洁能源还有很多问题,一般存在两个问题,第一个就是时间维度上的分布不均匀,以光伏为例,发电出力的是波动的,随着太阳辐照的变化而变化,风电和潮汐能都有这样的问题。空间的维度上也是分布不均匀,以风电为例,最大的风力是在东南沿海还有内蒙和甘肃,在地理位置上的分布也是不均匀的。要解决新能源的广泛接入的问题,有人就提出了能源互联网的概念,这些概念大同小异,归结到最终的要素上是可以看出主要是三点,第一是清洁能源,第二是高压电网,第三是智能微电网,这是能源互联网最底层的子单元。我们可以看出,要发展能源互联网,最核心的子单元就是智能微电网。

我们对能源互联网的技术体系可以做一个简单的分类,从能源的生产、输配、存储到消费四个维度,这里还包含设备层、信息层、应用层。其中包含很多的技术体系,包括太阳能发电,风力发电,包括现在生物质,地源热泵等等。输配方面最为先进的技术就是柔性直流输电,特变电工也在做±800kV的柔性直流输电换流阀,还有存储技术,包括电化学储能、储氢等。再到消费,电动汽车就是其中一个方向。今天重点想和大家分享其中的两项技术,一个是智能微电网技术,另一个是电能路由器技术。它就涵盖从生产、输配、存储和消费四个维度,也是包括了设备层、信息层、应用层。

微电网的概念,指的是分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等按照一定的拓扑结构组成的小型发配电系统。它具有四个特点,第一是微型,这里的微型不是指规模,而是其中涵盖的元素,第二是清洁,微电网主要以清洁能源作为主要的电源。第三是自治,大电网出现供电问题,微电网仍能保证正常供电。最后就是友好,接入电网一定要友好,对大电网的调峰调频可以起到辅助支撑作用。总结一下微电网的本质,我们从四个角度看,第一个就是经济,第二是多能,第三是环境,第四个是技术。微电网不是一种产品,它是一种服务,这种服务要实现这四个维度的多目标的寻优。技术主要是解决源、网、荷、储的能量优化与功率协调,在经济层面,处理不同利益体之间的利益冲突,达到利益最大化。

微电网从2015年开始,国家推出新能源微电网指导意见,再到2017年国家提出推进并网型微电网的建设试运行办法,近年来,我国建设了很多微电网示范工程。在2017年南网出台了储能的补贴政策,微电网这么多年发展,从经济层面上主要还是卡在储能上,经济效益不够明显,如果储能的补贴政策能够出台,后期会对微电网的发展起一定的推动作用。

另外看一下微电网的技术发展,首先看一下国外,国外做的比较好的还是美国、欧洲、日本,但是这三个地方提出的微电网,做的方向是有所不同的。最早提出还是美国,美国首次提出微电网的概念,美国的微电网主要体现在可靠性上,满足用户定制的多种电能质量要求,降低成本,实现智能化,这里有一些代表性的案例。欧洲主要是以灵活为主,灵活可变的多种拓扑连接方式,以适应在多种运行状态下可靠性、经济性和供电电能质量的综合最优,实现多个微电网的互连和市场交易。日本主要是以清洁为主,能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性化电力需求,提升微电网的控制与储能技术。我国的微电网和国外的发展有些类似,这里列了一些重点的示范,从最早的微电网,像舟山、温州等离网型的微电网。再到并网型的微电网,像北京也做了很多微电网的示范,再到后面发展的微电网群。下面列了两个正在参与的项目,一个是广州珠海,一个是东莞,这两个微电网和我们常规的交流微电网不一样,这些微电网的网络架构是直流微电网和交直流混合微电网。

刚才说了微电网和单纯的新能源发电最大的区别是要考虑负荷的差异性,任何一个园区要做微电网都要以负荷作为首要考虑,我们先对一个典型的园区做负荷分析,一般的园区可以分为四种负荷,第一是重点的保障负荷。另外就是可中断的负荷,像非必须的照明,还有可转移的负荷,生产负荷可以进行排班转移。另外就是大部分新建园区分期建设,考虑到后期扩容的问题。针对这四种负荷,我们对北京、上海和陕西工业园区分析了一下,北京有尖峰电价,工业电价可以达到1.07元,而谷时是0.37元。西安工业用电峰值是0.87元,谷值在0.22元,典型的工业园区采用两部制电价,一个是电度电价,一个是基本电费,从典型工业园区的用电情况可以看出,基本费用占到了40%以上,电镀电费占比52%。另外我们统计一下峰谷平的用电时段,谷时段占10%,平时段37%,峰时段占比53%。同样,园区还有很多问题,包括用能成本高,扩容需求大,供电可靠性低,用能形式粗放,能效低等问题。要解决这些问题,微电网是一个非常有效的解决途径。

下面介绍一下特变电工提供的微电网解决方案。特变电工提供双端、三层、多场景的微电网成套解决方案。双端是云端和本地。三层是管理层+协调层+执行层,多场景指的是交流、直流、交直流混合微电网。对于交直流混合微电网,能源路由器可以替代传统的光伏逆变器,储能变流器、箱变等一次设备,同样可以集成能源管理系统、中央控制器等二次设备。

刚才提到微电网,首先要进行能效分析,特变电工可以为客户进行能耗分析、负荷评测、运行策略设计、容量优化配置、网架设计以及经济测算,提供高效低成本微电网整体解决方案。第二,特变电工可以提供多时间尺度的能量管理系统。集成了SCADA系统的数据图表和把表分析的功能,通过源荷功率预测,采用智能优化算法,进行多时间尺度源荷储能量管理,从而实现经济优化运行,提升微电网经济效益。微电网暨服务MaaS的模块化,定制化的能量管理系统,满足客户不同的需求。第三就是跨平台智能运维,通过本地能量管理系统、微电网云平台以及手机APP对微电网安全、经济运行状态进行监视与判断,对异常事件进行处理,通过大数据分析,指导微电网经济、智能运行,实现跨平台智能运维。第四,核心装备,特变电工研制的电力电子装备全面覆盖微电网应用的众多场景。包括微电网里用的能量路由器,光伏逆变器、电能质量产品等。

提到能量路由器,能量路由器是由交直流混合微电网的核心设备,包括交流端口,直流端口,包括中压和低压,可以直接连接光伏、风电、储能、电动汽车充电等等。最早我们用的电是直流电,但是直流有一个最大的问题就是传输问题,特斯拉提出了交流电,变压器应运而生,解决了电力传输的问题,交流电很快取代了直流电。为什么到现在又提出直流这个问题,那是因为我们这几年在做的很多的光伏、储能、电动汽车、变频空调等,都是直流的, GE的研发中心在1970年提出了电力电子变压器的概念,替代传统的工频变压器,那时候技术不是很成熟,电力电子变压器体积大,重量重,成本高,效率低,不具备推广价值。到2015年左右的时候,碳化硅宽禁带器件和新型磁性材料的发展,让我们觉得电力电子变压器技术的实现成为可能,随着能源互联网的发展,电力电子变压器被赋于了一个新的名词,能量路由器,它以先进的电能变换装置为核心,集成了现代通信技术和电力电力变换技术,智能控制与管理技术,实现局域电网的能量智能管理,分布式能量的高效利用与控制的电力设备。

国内外很多企业都在开展电力电子变压器的研制,包括ABB、GE、中车等,特变电工经过三年的研发,目前推出的能源路由器的产品指标如表所示,功率等级为1MW,交流电压为10KV,额定直流电压600—800V,最大功率98.2%,采用集装箱设计。我们整个系统结构采用了模块化设计,我们通过模块化的串并联,低压侧的并联,高压侧的串联实现大容量高电压,同时,设备具备在线智能冗余功能,一个模块发生故障,整机可以不停机工作,在线旁路故障模块,具有可靠性高的特点。特变电工的能源路由器采用碳化硅功率器件的工程化应用技术和基于双有源桥电路的软开关技术,具有全功率范围效率高的特点,控制系统具有卓越的控制性能,满足各种工况运行。产品顺利通过开普实验室测试,取得鉴衡金太阳认证证书。在2017年7月份,特变电工的电能路由器产品顺利通过国家级科技成果鉴定,李立成院士作为评选委员组的组长,给予了居于国际领先水平的最高评价。电能路由器的应用场景很多,包括光伏发电、储能充放电、电动汽车充电以及微电网等。以光伏发电为例,采用能源路由器可以替代传统的逆变器+箱变的并网方式,可以提供集中式高压直接并网方案和直流汇流型组串式高压直接并网方案,可应对各种光伏发电场合。对比一下电能路由器并网方案和组串式并网方案,基于电能路由器的集中式高压并网方案能够提升系统效率2.4%以上。总结一下优势,高压可以直接并网,高压替代低压,直流替代交流。好处就是系统损耗低,无工频变压器,重量轻,体积小,无污染,无工频变压器空载损耗,待机损耗小于20W,夜间无耗电,未来降价空间会比较大。2016年12月特变电工的电能路由器产品在西安的产业园区进行了并网示范,最大转化效率实测达到98%以上,发电量可以提升3%。

另外一个重要应用场景是储能充放电,传统的储能充放电方案是采用PCS+箱变,采用电能路由器可以替代传统的PCS和箱变,整个系统效率可以提升3%以上,基本上没有待机损耗,以北京地区实际的峰谷电价来看,每年额外收益约8.15万元,25年生命周期额外收益约为203万元。

另外讲一下特变电工所提供的微电网方案及价值。我们提供的服务就是双端、三层、多场景的微电网,还可以做到虚拟同步机多机并联,基于人工智能算法实现源荷预测,混合时段尺度调度,最终给客户提供定制化服务。方案的价值,赚取峰谷电价差,节能基础容量费,降低用能成本,离并网稳定切换,提高供电可靠性,降低停电成本,功率型需求侧响应,提升光伏自发自用比例极渗透率。用能精细化管理,降低能耗,提升可在新能源渗透率,环保无污染,友好接入电网,提供调峰调频辅助服务。举个例子,特变电工西安产业园区建设的微电网,包括2兆瓦光伏,1兆瓦时储能,2MW的负荷,通过EMS管理,网源荷储优化园区广义负荷曲线,可降低基础容量10%,额外提升12%的光伏自发自用电量,年节约基准容量费约17.28%万元,光伏发电补贴及余电上网年收益84.49万元。年节约电度电费约184.42万元,微网系统稳定运行25年,年收益约286.19万元,投资回报周期为7.7年,IRR可达到13.27%。

以能量路由器为核心的交直流混合微电网,可以减少配用电便流环节,提高配用电效率、可控性和灵活性。采用交直流混微电网方案,微电网的网源荷储由能量路由器统一接入,系统综合效率提升约为6.5%以上,交直流混合微电网方案相当于传统交流微电网方案能够大幅度提升系统效率。

最后,我们看一下微电网的前景,在市场层面上,摘录2017年的市场分析报告,预测2023年全球市场达到170亿美元,中国国内市场将达到130亿元,特变电工认为微电网在未来将以新业态方式参与电力市场,形成高效清洁的能源利用新载体。在技术层面上,未来的微电网将以交直流混合微电网的形式存在,能量路由器将实现广泛替代,促进交直流混合微电网的发展。谢谢大家的聆听。

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