主動(dòng)配電網(wǎng)整體架構(gòu)示意圖 制圖：陳芳

近期，廣東電網(wǎng)公司牽頭承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃課題“主動(dòng)配電網(wǎng)的間歇式能源消納及優(yōu)化技術(shù)研究與應(yīng)用”通過技術(shù)驗(yàn)收。驗(yàn)收專家認(rèn)為，課題完成了任務(wù)書規(guī)定的各項(xiàng)研究工作和技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到了主要指標(biāo)考核要求，以佛山三水廣成鋁業(yè)和金世界鋁業(yè)的5.5兆瓦金太陽(yáng)工程為依托，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)主動(dòng)配電網(wǎng)示范工程，儲(chǔ)能接入容量達(dá)1.1兆瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光伏消納率100%。該項(xiàng)目在配電網(wǎng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃、提高配電網(wǎng)對(duì)新能源發(fā)電的接納能力以及接入后的管理能力等方面進(jìn)行了研究與實(shí)踐，探索讓分布式能源從電網(wǎng)“負(fù)擔(dān)”變成節(jié)能減排的幫手。

 

背景

 

分布式能源帶來的三元格局

 

隨著新能源的推廣，分布式發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)成為電網(wǎng)企業(yè)的挑戰(zhàn)。“大規(guī)模，即高滲透率分布式能源的接入會(huì)影響電力系統(tǒng)的全局運(yùn)行。就像往一杯水中加一點(diǎn)糖，水的味道不會(huì)明顯改變，但隨著糖的增多，變化就會(huì)越來越明顯。”該項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)所余南華介紹，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)是“電網(wǎng)-負(fù)荷”的雙元結(jié)構(gòu)，隨著分布式能源接入配網(wǎng)的滲透率提高，配電網(wǎng)就會(huì)形成“分布式能源-電網(wǎng)-負(fù)荷”的三元新格局。

 

在傳統(tǒng)的雙元結(jié)構(gòu)中，可以通過電網(wǎng)整體調(diào)度來適應(yīng)負(fù)荷的變化，或是通過負(fù)荷控制、需求側(cè)管理等方式來實(shí)現(xiàn)電力平衡，運(yùn)行和管理方式相對(duì)簡(jiǎn)單。而接入了分布式能源，就會(huì)打破原有的平衡，傳統(tǒng)的調(diào)度、監(jiān)控、運(yùn)行模式就會(huì)顯得被動(dòng)。

 

據(jù)了解，分布式能源是用戶側(cè)也是電源側(cè)，它會(huì)改變?cè)瓉淼膯蜗螂娏Τ绷鳎纬呻娋W(wǎng)到負(fù)荷、分布式能源到負(fù)荷、分布式能源到電網(wǎng)等多種潮流的混合。自己不發(fā)電時(shí)它就是個(gè)負(fù)荷，如果發(fā)電就會(huì)直接影響電壓水平。

 

分布式能源的間歇性特性給新三元結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與平衡增加了不確定性。“比如3月份德國(guó)的日全食，由于德國(guó)分布式發(fā)電比重最高已達(dá)50%，德國(guó)的電力公司一年多前就開始準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)了。”據(jù)介紹，主動(dòng)配電網(wǎng)的提出就是要協(xié)調(diào)三元結(jié)構(gòu)的平衡，提前應(yīng)對(duì)負(fù)荷和分布式能源本身存在的不確定性帶來的被動(dòng)局面。

 

探索

 

建立多級(jí)分層消納的新技術(shù)模式

 

“這是一個(gè)前沿性的項(xiàng)目，存在很多未知，我們?cè)陧?xiàng)目申請(qǐng)批復(fù)后的第二年才真正找準(zhǔn)了方向。”項(xiàng)目研究人員坦承。經(jīng)過一年的摸索，項(xiàng)目組找到了主動(dòng)配網(wǎng)的核心理念，即主動(dòng)規(guī)劃、主動(dòng)控制、主動(dòng)管理、主動(dòng)服務(wù)。

 

“我們要將分布式電源作為重要的一元來考慮，比如為了在三元之間進(jìn)行功率平衡，對(duì)不確定性進(jìn)行管控，我們?cè)谝?guī)劃設(shè)計(jì)階段就要充分考慮二次系統(tǒng)的部署配置，進(jìn)行一次電網(wǎng)架構(gòu)和二次自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃；比如我們必須通過預(yù)測(cè)，對(duì)能量流的不確定性進(jìn)行提前評(píng)估，還要解決不確定性引起的電能質(zhì)量問題等等。”余南華說。

 

項(xiàng)目針對(duì)間歇式能源發(fā)電接入配電網(wǎng)，提出了建立多級(jí)分層消納的新技術(shù)模式，以提升配電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電的有序管理能力，并從全網(wǎng)潮流最優(yōu)運(yùn)行的角度提升能源的使用效率。分層，指上下兩層，上層是總的監(jiān)控管理中心，下層是指多種控制設(shè)備；多級(jí)，指點(diǎn)消納、線消納和面消納3個(gè)不同的層級(jí)。

 

“點(diǎn)消納就是以分布式能源為核心的一定范圍內(nèi)自產(chǎn)自銷，微電網(wǎng)就是一種理想的方式；線消納就是分布式能源多發(fā)的電量以反向潮流的形式上來后，可以在配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的線路上進(jìn)行靈活的轉(zhuǎn)移利用，不直接倒送至變電站造成線損浪費(fèi)，而是進(jìn)行‘線上轉(zhuǎn)移消納’；面消納是在線消納無(wú)法完成消納任務(wù)情況下，匯集到變電站，由變電站層面進(jìn)行統(tǒng)一能量?jī)?yōu)化管理。”據(jù)項(xiàng)目研究人員介紹，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以做到點(diǎn)和線層面的消納，面消納需要結(jié)合輸變電技術(shù)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步升級(jí)。就我國(guó)目前分布式能源規(guī)模而言，點(diǎn)消納就基本能解決問題，線消納技術(shù)可以滿足未來分布式發(fā)電較長(zhǎng)一段時(shí)期的消納需求。

 

方向

 

提前規(guī)劃兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性

 

根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)的《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，我國(guó)將建成1000個(gè)天然氣分布式能源項(xiàng)目、10個(gè)天然氣分布能源示范區(qū)，分布式太陽(yáng)能發(fā)電達(dá)到1000萬(wàn)千瓦，建成100個(gè)以分布式可再生能源應(yīng)用為主的新能源示范城市。“未來國(guó)內(nèi)的分布式能源市場(chǎng)前景可期，電力企業(yè)必須提前做好準(zhǔn)備，”余南華說，“無(wú)論從社會(huì)效益還是用戶和企業(yè)利益來看，主動(dòng)配電網(wǎng)都是不錯(cuò)的選擇。”

 

對(duì)于用戶而言，接入主動(dòng)配電網(wǎng)意味著更高的供電可靠性和供電質(zhì)量。對(duì)于消費(fèi)者來說，可以主動(dòng)參與需求響應(yīng)和電網(wǎng)運(yùn)行，提高用電自主性，節(jié)約電費(fèi)支出。主動(dòng)配電網(wǎng)帶來的高效運(yùn)行、多電源協(xié)同、移峰填谷、電力定制服務(wù)等對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展都有積極影響。

 

在推廣方面，可以通過增加必要設(shè)備的方式將傳統(tǒng)配電網(wǎng)改造成主動(dòng)配電網(wǎng)，但目前來講，配電企業(yè)還缺乏維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，也沒有承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)力，現(xiàn)有的通訊基礎(chǔ)設(shè)施也不足以承擔(dān)主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的功能。

 

“就目前分布式發(fā)電發(fā)展規(guī)模來看，這還是一項(xiàng)未來技術(shù)。”余南華說。目前，配電網(wǎng)還未形成“源-網(wǎng)-荷”的三元結(jié)構(gòu)，當(dāng)下課題形成的系列技術(shù)對(duì)電網(wǎng)企業(yè)起到的作用相對(duì)有限，但是必須建立這樣的意識(shí)和技術(shù)概念，進(jìn)行前期探索和研究。比如未來的電網(wǎng)規(guī)劃肯定要考慮間歇式能源發(fā)電的不確定性、概率性，提前考慮未來發(fā)展的規(guī)模和分布式發(fā)電容量分布，要兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性，充分利用資源。另一個(gè)方面，分布式光伏、電動(dòng)汽車充電設(shè)施的發(fā)展成為當(dāng)下可見的預(yù)期，這必將促進(jìn)主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)需求的早日到來，也意味著主動(dòng)配電網(wǎng)將成為并不遙遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)。 （王媛媛）

 

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一年節(jié)省電費(fèi)82萬(wàn)元

 

“停電和錯(cuò)峰用電的時(shí)候可以維持辦公和照明用電，屋頂鋪設(shè)光伏板還可以給我們的廠房遮陽(yáng)降溫。”提及主動(dòng)配電網(wǎng)的間歇式能源消納及優(yōu)化項(xiàng)目，廣東佛山市廣成鋁業(yè)有限公司設(shè)備部譚經(jīng)理贊不絕口。

 

據(jù)悉，該項(xiàng)目利用儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全額電量本地消納或者錯(cuò)峰選擇用電，所發(fā)電量由廣成鋁業(yè)公司按實(shí)際最大需求額度購(gòu)買。廣成鋁業(yè)公司安裝的電站運(yùn)行年限約為25年，據(jù)推算運(yùn)行期間可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5.15萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放量12.3萬(wàn)噸，二氧化硫、氮氧化物排放量3.6萬(wàn)噸。

 

“在用電負(fù)荷低谷期間，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)將光伏發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，在用電負(fù)荷高峰期時(shí)，再將儲(chǔ)存的電能釋放出來供廠房用電。”據(jù)了解，廣成鋁業(yè)公司購(gòu)買光伏綠電與電網(wǎng)電價(jià)的價(jià)差約為0.15元/千瓦時(shí)，按電站設(shè)計(jì)發(fā)電量計(jì)算，該企業(yè)每年可節(jié)約電費(fèi)約82萬(wàn)元，25年累計(jì)節(jié)約電費(fèi)可達(dá)2000余萬(wàn)元。

 

此外，光伏板占用房屋頂面積約3.75萬(wàn)平方米，為覆蓋的大部分生產(chǎn)廠區(qū)帶來了降溫效果。工人們也是該項(xiàng)目的直接受益者。

 

目前，我國(guó)有超過45%的企業(yè)存在用電缺口，用電難問題較為突出。該項(xiàng)目為企業(yè)生產(chǎn)注入清潔能源，有助于緩解三水區(qū)工業(yè)用電的壓力。 （程志秋 劉琳）