微电网的技术特点现状与未来发展.doc

《微电网的技术特点现状与未来发展.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电网的技术特点现状与未来发展.doc（10页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、微电网的技术特点现状与未来发展1微电网的发展缘起分布式发电就是利用各种可用和分散存在的能源，如：太阳能、风能等可再生能源和天然气为燃料的冷/热/电联供系统。分布式发电的特点主要表现为：位置灵活、分散，适应分散电力需求和资源分布；可以与大电网互为备份，改善供电可靠性；容易满足负荷需求，有利于可再生能源高效和规模化利用。我国可再生能源发电模式是集中发电远距离输电与分布式发电相结合的方式。为协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分利用分布式电源为电网和用户带来的价值和效益，提出了微网（微能源网）的概念。欧盟对于微电网的定义是：微网是利用分布式能源、储能装置和可控负荷共同组成的低压网络，容量范围从几百千瓦

2、到几个兆瓦，能够与配电网并联运行，在上一级电网故障时可脱网独立运行，故障恢复后可重新并网。国网电科院对微电网的定义是：微网是由分布式电源、储能和负荷构成的可控储能系统，可平滑接入大电网和独立自治运行，是发挥分布式电源效能的有效方式。2微电网的特征微电网是指以分布式电源为主，利用储能和控制装置进行实时调节，实现网络内部电力电量平衡的小型供电网络，可并网运行也可离网运行。由于风电、光伏发电等分布式电源具有分散性和间歇性的特点，对电网的电能质量、控制保护、运行可靠性带来不利影响，随着储能和运行控制等技术的进步，本世纪初欧美部分学者提出了微电网概念。总结美国、欧洲、日本等国20个微电网试点工程，具备以

3、下四个基本特征：1.微型：微电网电压等级一般在10kV以下；系统规模一般在兆瓦级及以下；与终端用户相连，电能就地利用。2.清洁：微电网内部分布式电源以清洁能源为主，或是以能源综合利用为目标的发电形式。天然气多联供系统综合利用率一般应在70%以上。3.自治：微电网内部电力电量能实现基本自平衡，与外部电网的电量交换一般不超过总电量的20%。4.友好：微电网对大电网有支撑作用，可以为用户提供优质可靠的电力，能实现并网/离网模式的平滑切换。3未来电网与电气装备新技术广义的电网是从发电设备到用电设备的各个环节的统一整体。目前，我国电网已经基本形成了“西电东送、南北互供、全国联网”的总体格局，已经覆盖了全

4、国大部分地区，成为世界最大的电网之一。现代电网的主要特征是交流模式、跨区互联、发电资源可调度、电源以大型发电厂为主，用户侧无电源，发-输-配-用各环节可通过自动调节设备实现供需平衡。它存在的主要问题是电网结构不合理问题、安全稳定性问题突出、电能质量和电网效率有待于改善。可再生能源区别于化石能源的主要特征是受天气的影响，不可调度（间歇性、波动性）；分散性，但负荷密集区却缺少能源；一般不能通过交通运输工具输送（生物质能除外）；能源多样性（光、风、地热、水利、海洋能）；发电方式差异较大；无法储存（生物质能除外，水利可短时储存）；资源具有时空互补性；主要利用方式是发电。由于可再生能源的资源特点及发电模

5、式与常规能源具有很大区别，将对未来电网发展带来革命性的挑战，这就需要我们对未来电网运行模式进行重新思考。解决方式一般从三个方面着手：一是改变电网的结构和运行模式。任何一个体系的结构和运行模式对于其功能的影响是关键性的。例如，大同市有自己的治理结构。为了促进新能源产业，成立新的组织结构，以适应新的变化和需要。二是采用超导与新材料的电气设备，改善电网物理基础。材料是推动这个设备性能改造的源头性的东西，非常关键。三是采用信息技术提高电网的智能化程度。信息技术在飞速地发展，把信息技术融入其中，来促进电网技术的变革。4综合能源系统能源互联网是指能源系统的信息载体与网络可以实现统一与融合，不同的能源可以通

6、过转化设备与热力网、电力网在物理层融合，用户可以借助市场和信息对能源需求做出自己的选择。能源和信息不一样。单一的信息没有太大价值，但信息和信息经过交换会增加新的价值。能源就不一样了，能源的转换和传输过程中都有衰减。当然能源的传输会有各种方案，但单一的把互联网构架拿来做能源系统是不太合理的。”虽然可再生能源系统的硬成本在下降，但软成本的下降并不明显，导致目前软成本占到整个项目成本的比例在增加，这可能是未来能源系统发展的一个比较大的障碍。从资源角度来说，未来能源系统会从资源型向集成化智能化转变。从消费观看，未来能源系统把生产者和消费者结合在一起，形成一个新词产销一体。比如这栋办公楼，原来是一个能源

7、消费者。如果在屋顶加上光伏，不仅可以满足自我使用，同时也可以发电上网，就变成一个销售者。这样的变化会引发商业模式的改变。此外，多能综合能源系统与其他各个行业的渗透与储能有很大关系。5微电网的基本形态微电网主要是利用储能和控制装置，实现分布式电源与本地负荷电力电量自平衡的微型供电网络，是新技术在配电网中的应用，是智能电网的组成部分。分布式电源并网不一定要依靠微电网技术；但微电网必然包含分布式电源，同时配置能量管理系统、控制装置、储能装置等实现“自治”“友好”。未来电网的基本形态是大电网与微网并存。所谓广域大电网就是有机整合各种可再生能源的时空互补性，并实现资源密集区的电力向负荷密集区的大容量远距

8、离输送。分布式电源和微网是指就地利用分散资源，保障用户供电安全可靠性，并可向大电网“上传”多余电力。例如，广域风能时空互补后，无需配置储能或者配置很少容量的储能便能满足现行我国风电并网要求。6电网运行模式的发展历史与现状1879年，爱迪生发明了直流发电机，并提出了直流供电系统。1887年，特斯拉研制出世界上第一台无电刷交流感应马达；1897年，西屋公司在尼亚加拉水电站的首台交流发电机（10万马力）投入运行，并奠定了现代电网的基础。人类最初的输电方式是直流输电。由于不能直接给直流电升压，于是三相交流发电机和变压器被相继发明。从此，交流输电普遍代替了直流输电，并确立了交流输电的主体地位，从而形成了

9、今天普遍被采用的交流电网。然而电力系统的规模迅速扩大也使得交流大电网的安全稳定性问题日益突出。未来，能源结构的调整将使得电网规模较当前有成倍的增长。未来的输配电网和分布式电网将逐步向以直流为主或交直流混合的运行模式方向发展。未来电网向直流运行模式的革命性转变也将催生大量的科技创新机遇和一大批战略性新兴产业，在技术方面却需要很大的突破。2013年4月美国麻省理工学院公布了未来可能改变世界的十大科学技术，“直流电超级电网”就是其中一项，并认为“直流电网使得遥远的可再生能源链接更加有效。”2008年初，冰雪天气导致我国发生大面积停电，只有少数小电网在支撑重要用户运行。这暴露了我国现有的网架结构在保障

10、用户供电方面所存在的薄弱环节同时也将微型电网的作用充分展示了出来，并促使我国加快了对微型电网的研究步伐。2009年，中国国家科技部通过“973”计划项目，专门资助了分布式发电供能系统的相关基础研究。2010年，中国国家科技部通过国家高科技研究发展计划（863）立项了近十个有关微电网方面的研究课题。“十二五”期间，我国将在太阳能、风能占优势的地区建设成微电网示范区，同时还将推动建设100座新能源示范城市。我国微电网的发展虽尚处于起始阶段，但微电网的特点适应我国电力发展的需求和方向，具有广阔的发展前景。7微电网与多能互补的技术趋势在能源的生产、运输和消费过程中，被浪费掉的电力才是最应该关注的部分。

11、因此在未来的微电网设计中，首先应该考虑的是原有能源系统中有多少能效提升的可能，在规划新的电源和系统的时候也必须优先考虑能效提升后的转机需求，尽可能地降低系统的能源供应成本。在目前各类微电网设计模型中，热电气多能互补模式是性价比最高的，没有之一。在当前的技术水平下，热电联产设备将成为微网系统的核心，同时在条件允许的地区，风电和光伏也将成为微网发电的重要组成部分。在美国的众多微电网项目实践中，热电联产通常占据80%的发电容量，风电和光伏承担剩下的20%。在未来，随着可再生能源发电成本的继续降低以及新技术的发展，可再生能源的发电占比还会继续提升。可再生能源电力的优势自然是零排放的清洁电力，而且不需要

12、额外构建燃料的运输渠道，缺点也十分明显，在缺乏足够的储能设备的情况下，能源供应的稳定性受到了很大的挑战。为了缓解微电网系统中由于风电和光伏的间歇性发电和负荷侧的波动，储能设备成为大多数微电网的标配。此处的储能设备不仅仅指代电池，还包括储热和储气等不同种类能源介质的储存。在电池作为大规模储能设备成本依然较高的情况下，其他类型的储能设备反而能够在多能互补的微电网项目中得到更多的应用。目前，大多数微网项目的储能设备还是用于平滑用户负荷曲线、弥补日内和周内的发用电缺口。长期的季节性储能设备暂未有较好的整合方案。总体来看，微电网设计和规划必须全盘考虑当地的资源禀赋和用户的需求，以系统能源供应的安全性和可

13、靠性为第一标准，在此基础上再考虑经济性和环境友好性。设计中不仅要考虑能源供需的平衡，还要考虑能够提供灵活性的设备与消耗灵活性的设备之间的平衡。8微电网运行的特点微电网是规模较小的分散的独立系统，它将由分布式电源、储能装置、能量装换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网运行，也可以孤立运行。微电网本身可看做是小型的电力系统，具备完整的运输配电功能，可实现可再生能源的安全消纳。同时微电网本身还是一个典型的分布式发电功能系统，可通过能源之间的调度，提高终端能源的利用率。微电网的特征是以分布式发电技术为基础，融合储能、控制和保

14、护装置；接入的电压是配电网电压等级；能够在联网和孤岛两种模式运行；分布式电源之间有一定地理距离。微网方式运行的优点有以下几个方面：1.提高分布式电源的有效运行时间；2.在电网灾变情况下为重要用户持续供电；3.降低用户对传统电网供电可靠性的要求；4.实现可再生能源综合优化利用；5.微电网是能源互联网的重要组成部分和细胞结构。因此，发展微电网技术对经济与社会意义巨大。9微电网的作用首先，微电网可以实现风、光等可再生分布式能源一体化并网，对无序接入分布式电源进行统一管控，提高电网接纳间歇性分布式电源的能力，解决规模光伏输出功率波动的问题，提升网内功率动态平衡能力。第二，微电网通过协调控制，使微网内分

15、布式电源通过有效配合来均衡负载、延缓电网升级、减小线路投资，解决因规模间歇性电源接入需要增加主网旋转备用容量的问题。第三，微电网对内通过对不同类型分布式电源及负荷进行整合，对外可等效为一个可调度的单元，参与系统调峰，实现一定经济效益，提高大量分布式光伏接入的经济性。第四，在用户端形成户用微电网，实现用户个性化、差异化服务，解决用户需求多样性的问题。第五，以电为载体，形成微型的综合能源系统，实现多种能源联合优化运行。10微电网是智能电网的重要组成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，而随着可再生能源的大规模应用，互联网、物联网等信息技术的不断成熟，大力发展能源互联网成为

16、不可逆转的趋势。和传统电网相比，微电网的最大特点是可以对分布式能源进行就地消化、就地平衡，同时也可以和大电网进行能量交换。正因如此，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。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。当前我国新能源发展势头非常迅猛，按照规划，2050年风电和光伏的装机容量都将达到10亿千瓦。但与新能源发展相伴，弃风弃光现象非常严重。究其原因，是因为新能源发电具有不稳定性和间歇性，大规模开发和利用将使供需矛盾更加突出。从某种意义上说，储能技术应用的程度将决定新能源的发展水平。储能技术的发展，关键是电池技术的进步。可再生能源+储能”是新能源发展的必然选择，而储能应用场景的复杂性决定了储能电池技术的多元化发展方向。未来针对电力调峰储能的大容量电池