2.3 小水電+分散式風(fēng)電

我國(guó)水能資源極為豐富，如貴州省位于云貴高原東坡，氣候溫和多雨，水系發(fā)達(dá)，支流眾多，河流落差集中，是中國(guó)水力資源較為豐富的地區(qū)之一。因此，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際開(kāi)發(fā)建設(shè)小型水電，既可解決當(dāng)?shù)赜秒婋y題，又可服務(wù)發(fā)展地方經(jīng)濟(jì);此外，目前國(guó)家實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動(dòng)清潔能源開(kāi)發(fā)利用，政策層面為小水電的發(fā)展提供了較大的發(fā)展空間和機(jī)遇。

小水電通常是指容量在50 MW以下的水力發(fā)電站，從容量角度來(lái)看，小水電位于所有類(lèi)型水電站的末端。此外，一般而言，小水電并網(wǎng)電壓等級(jí)均偏低，絕大多數(shù)小水電并入10～110 kV配電網(wǎng)。

小水電具有數(shù)量多、分布廣、容量小的特點(diǎn)。在實(shí)際中，與中大型水電站一般具有蓄水調(diào)節(jié)水庫(kù)不同，大多數(shù)小水電為徑流式電站，本質(zhì)上無(wú)調(diào)節(jié)能力。

小水電出力具有明顯季節(jié)性的特點(diǎn)，在豐水期，小水電機(jī)組集中發(fā)電，當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)難以消納過(guò)多水電時(shí)，可能導(dǎo)致調(diào)度機(jī)構(gòu)出于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行強(qiáng)制要求小水電棄水限電;而相反枯水期間，小水電機(jī)組發(fā)電量不足，無(wú)法為上級(jí)電網(wǎng)供應(yīng)足夠的電力。小水電出力不能與當(dāng)?shù)赜秒娦枨笃ヅ洌虼似溥\(yùn)行受到了較大限制。與此同時(shí)，目前各地電網(wǎng)企業(yè)對(duì)小水電的發(fā)電管理仍較為粗放，存在小水電管理體系不完善、缺乏調(diào)度和監(jiān)測(cè)技術(shù)等問(wèn)題;絕大多數(shù)小型水電站的并網(wǎng)運(yùn)行不受電力調(diào)度機(jī)構(gòu)管理和控制，呈現(xiàn)“多來(lái)多發(fā)、少來(lái)少發(fā)、有水則發(fā)、無(wú)水則停”的自由和無(wú)序狀態(tài)。

而分散式風(fēng)電是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以多點(diǎn)方式接入中低壓配電網(wǎng)絡(luò)，并網(wǎng)運(yùn)行受電力調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一調(diào)度的風(fēng)力發(fā)電利用模式。目前，與集中式風(fēng)電開(kāi)發(fā)模式通過(guò)輸電網(wǎng)消納大規(guī)模風(fēng)電不同，在分散式風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)電機(jī)組需就近規(guī)劃和接入在運(yùn)行的10 kV、35 kV和110 kV 3個(gè)電壓等級(jí)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，其并網(wǎng)最高電壓等級(jí)為110 kV。由于傳統(tǒng)110 kV電網(wǎng)傳輸距離約為100 km，因此分散式風(fēng)電將就近被本地電網(wǎng)消納。

時(shí)間上出力的波動(dòng)特性使得分散式風(fēng)電和小水電兩種電源具備較大的互補(bǔ)特性。以中國(guó)南方為例，在水力資源方面，受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，一般而言，春夏季為河流豐水期，秋冬季為河流枯水期。在風(fēng)力資源方面，冬季主要受西伯利亞高壓的影響，風(fēng)向較為穩(wěn)定，風(fēng)力資源豐富。風(fēng)能資源總體時(shí)間分布特征為夏季風(fēng)小，冬春季風(fēng)較大。其次，就出力波動(dòng)性而言，小水電日波動(dòng)小，但季節(jié)性波動(dòng)較大;而風(fēng)電的日波動(dòng)性很大，季節(jié)性波動(dòng)卻較小。

綜上所述，在建設(shè)場(chǎng)地有限的產(chǎn)業(yè)園區(qū)可結(jié)合當(dāng)?shù)刎S富的水電資源優(yōu)勢(shì)以及小水電和風(fēng)電的天然互補(bǔ)特征，發(fā)展小水電+分散式風(fēng)電多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)的建設(shè)形式，從而最大限度的利用當(dāng)?shù)厍鍧嵞茉矗瑴p輕間歇性可再生能源發(fā)電并網(wǎng)給配電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的沖擊。風(fēng)水多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)形態(tài)示意圖如圖2所示。此外，以小水電為基礎(chǔ)，還可形成水光多能互補(bǔ)、風(fēng)水光多能互補(bǔ)等典型綜合能源系統(tǒng)。

圖2產(chǎn)業(yè)園區(qū)風(fēng)水互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)形態(tài)示意圖

2.4 園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)

產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)是在主網(wǎng)配網(wǎng)協(xié)同控制的基礎(chǔ)上，具備分布式發(fā)電、儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)、柔性負(fù)荷和電動(dòng)汽車(chē)等豐富的電源負(fù)荷調(diào)控手段，能夠針對(duì)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以經(jīng)濟(jì)性和安全性等為控制目標(biāo)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、發(fā)電單元及負(fù)荷的智能配電網(wǎng)絡(luò)。

典型產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)示意圖如圖3所示。在產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)中，大量的分布式發(fā)電單元從不同節(jié)點(diǎn)并網(wǎng)后將導(dǎo)致配電網(wǎng)由傳統(tǒng)輻射狀的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)閿?shù)量眾多的中小電源和用戶的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從傳統(tǒng)意義上“配電系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變成為一個(gè)“電力交換系統(tǒng)”。從本質(zhì)上來(lái)看，主動(dòng)配電網(wǎng)主要包含3方面特征:交直流混合架構(gòu)、運(yùn)行態(tài)勢(shì)準(zhǔn)確感知以及源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制。

圖3 產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)示意圖

隨著光伏、電動(dòng)汽車(chē)等直流源荷在工業(yè)園區(qū)中快速增加，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)絡(luò)的兼容性和適應(yīng)性亟待提高。園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)可根據(jù)需求采用交直流混合架構(gòu)，其中直流子配電網(wǎng)為直流源荷的接入提供了極為便利的途徑。各類(lèi)型沖擊負(fù)載，可再生能源發(fā)電和直流負(fù)荷可通過(guò)DC/DC變壓器直接連接至直流配電網(wǎng)絡(luò)，由于無(wú)需傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)絡(luò)中的DC/AC環(huán)節(jié)，有效簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，降低了損耗，節(jié)省了工程造價(jià)。此外，通過(guò)交直流雙向變流器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合網(wǎng)絡(luò)潮流的柔性控制以及全局系統(tǒng)能量的優(yōu)化調(diào)度和管理。

通過(guò)根據(jù)園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)中各種測(cè)量設(shè)備的測(cè)量和狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷當(dāng)前配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，以及基于負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)高精度預(yù)測(cè)負(fù)荷/可再生能源信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)態(tài)勢(shì)的全面精確感知。

源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制是園區(qū)能源互聯(lián)主動(dòng)配電網(wǎng)的中心所在，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)源網(wǎng)荷對(duì)象的主動(dòng)調(diào)控和管理，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的低成本高效安全運(yùn)行以及可再生能源的最大程度消納。主動(dòng)配電網(wǎng)的控制要素覆蓋源網(wǎng)荷3方面，具體可包括聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)變化為代表的電力網(wǎng)絡(luò)控制，可再生能源發(fā)電調(diào)度為代表的電源功率控制，以及以電動(dòng)汽車(chē)充放電控制策略為代表的靈活互動(dòng)。

2.5 多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)

對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)來(lái)說(shuō)，負(fù)荷存在用電、用熱、用冷等多種用能需求，且用能數(shù)量大，節(jié)能空間廣。因此具有利用多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同技術(shù)為工業(yè)園區(qū)提供能源整體服務(wù)的需求，以滿足園區(qū)多樣化的能源需求，提高供能質(zhì)量，為用戶節(jié)約用能成本。

產(chǎn)業(yè)園區(qū)典型多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)的形態(tài)示意圖如圖4所示。它將電、氣、熱、冷、氫等多類(lèi)型能源環(huán)節(jié)與信息、交通等其他社會(huì)支持系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)集成，通過(guò)對(duì)多類(lèi)型能源的集成優(yōu)化和合理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型能源的梯級(jí)利用，提高能源利用效率，提升供能可靠性。同時(shí)，多能源系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)調(diào)，對(duì)延緩輸配電系統(tǒng)的建設(shè)，消除輸配電系統(tǒng)的瓶頸，提高各設(shè)備的利用效率具有重要的作用。在緊急情況下，當(dāng)電力或天然氣系統(tǒng)受到天氣或意外災(zāi)害的干擾而中斷時(shí)，多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)可以利用就地能源為重要用戶提供不間斷的能源供應(yīng)，并為故障后能源供應(yīng)系統(tǒng)的快速恢復(fù)提供動(dòng)力支持。

圖4產(chǎn)業(yè)園區(qū)多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)形態(tài)示意圖