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二连浩特风电+光伏+光热+储能示范基地详解

国际新能源网  来源:光伏们  日期:2017-09-30
  8月4日,内蒙古二连浩特微电网可再生能源示范项目评优公告发布,正式启动招标。9月5日,招商资料已经递交完成,目前正在审核中。
 
  与领跑者类似,该示范项目的招商公告中对于投资商的资格要求做了明确规定,值得注意的是,其中一条为“投资商承诺在地方政府的引导和协助下,探索建立独立售电公司,配合地方政府开展独立售电建设运行机制研究与实践工作”,而这正式该示范项目最大的亮点之一。
 
  该项目共包含了1.82GW风电、565MW光伏、160MW光热、150MW储能共计2.535GW的可再生能源发电项目。8月29日,国家发改委发文确定统一的太阳能热发电标杆上网电价为1.15元/千瓦时。由此,作为探索可再生能源创新利用方式及发展模式的示范基地,同时又囊括了目前被认为具有巨大发展潜力的储能与光热,该项目的示范作用不言而喻。
 
  负责该项目规划设计的中国电建北京院总工程师王晓颖在“中国(内蒙古)光伏产业发展高峰论坛”上介绍了关于二连浩特示范项目的相关内容。
 
  关于背景
 
  众所周知,内蒙的风光资源非常丰富,而受建设条件制约,大型的光伏电站和风电场都建在比较偏远的荒漠、山区,所发的电力需要通过长距离的输送,送到负荷相对集中的地区。
 
  通过几年的风电和光伏的开发,发现由于光伏和风电的不稳定性,所发电力并入电网会对电网造成很大的冲击,影响其安全性。
 
  经过上述阶段的发展以后,就开始探索是否能在一个相对有一些负荷的一个小的区域,根据一定的配比,把光伏、风电,还有储能设备,组成一个小型的微型的电网,跟电网还要有友好的接入。
 
  2011年国务院下发《关于进一步促进内蒙古自治区经济又好又快发展的通知》一文,文件中研究了建立二连浩特国家重点开发试验区。二连浩特是一个边贸城市,在近几年发展成以煤电冶金、煤电建材为两大支柱产业,本身具有一定的负荷需求,而周围又有很好的建立大型风电场和光伏电场的建设条件,土地资源也较为丰富。
 
  2013年2月,国家能源局下发《关于同意在二连浩特建立一个示范的微电网可行研究的函》。在这两个文件和国家政策的支持下,北京院接受了项目的规划设计任务,规划报告现在已经完成,在2015年3月完成了审定。2015年的9月15日,国家能源局批准了该规划,支持在本示范区开始微电网的建设。
 
  规划设想

  (一)规划区域


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  本次规划区域拟涵盖锡林郭勒盟的“一市五旗”即二连浩特市、苏尼特右旗、苏尼特左旗、镶黄旗、正镶白旗及阿巴嘎旗。目前,规划区域内缺少稳定的电源装机,电网网架结构相对薄弱,难以满足当地日益增长的负荷需求。该地区风能及太阳能资源较丰富,同时规划区域内拥有广袤、开阔、平坦的可利用土地资源,具备开发建设集群式微网电源的条件,适合大规模开发利用。
 
  (二)集群式电源建设方式
 
  本次微网规划采取集群式可再生能源电源建设方式。集群式电源根据当地用电负荷特性和资源特性确定风电及光伏的最佳配比,同时辅以具有调控功能的光热发电及储能设施,使其具备相对稳定、平滑及可控的出力效果,降低电网调峰困难,保障规划区内的电力需求,同时最大限度提升微网的负荷率,提高电网设备的利用率。
 
  (三)电源整体规划、分步实施方案
 
  本次规划共计7个集群式电源项目,装机总规模253.5万kW,其中,风电规模182万kW,光伏56.5万kW,光热15万kW,配套储能设施16万kW。
 
  考虑本地负荷增长速度,规划分步实施。一是集群式电源滚动式发展。整个规划要考虑实现规模目标的建设条件,预留足够的可开发土地面积。集群式电源建设根据当年负荷增长及负荷特性要求,相应的制定可再生能源品种和规模的年度开发建设计划,实现以负荷定规模的发展机制;
 
  二是集群电源特性不断完善和提高。建设初期集群式发电单元以风电、光伏为主辅以适当的光热和储能设施,按分布式原则建设电源;建设后期进一步加大光热和储能的比例,提高集群电源发电的稳定性和可控性,构造适合于微网运行的电源系统。
 
  (四)阶段性微网建设理念
 
  规划的微网建设分为三个阶段。
 
  第一阶段为微网基础培养期。本阶段集群式电源以分布式的形式进行规划建设,并为后期微网化建设的技术及设备预留空间和通道。通过电源规模的逐渐扩大带动当地用电负荷的持续增长,当地负荷的持续增长又可以推动电源规模的进一步发展。到2018年形成相对稳定的负荷规模和与之相匹配的电源规模,为微网建设奠定基础。
 
  第二阶段为集群微网构建期。到2019年,根据各集群式电源所在区域供、用电负荷情况,优先将负荷比较稳定、电源建设比较完备的区域分布式电源按微网要求加强和改造,配置微网运行所需设备,建立和完善微网运行模式。
 
  第三阶段为各集群微网联合运行期。到2020年,随着各集群微网化改造的完成,为了进一步提高各个集群可再生能源的利用率和系统的可靠性,实现各集群电源及负荷区域之间的互济性,可适时通过联络线建设实现各个集群微网联网运行,探索超大型可再生能源微网建设与运行模式。
 
  (五)微网运行模式
 
  根据可再生能源的特点,为了保障微网运行的稳定性和可靠性,微网不能完全脱离主网独立运行。在电力不平衡或出现安稳故障时,可与主网实现快速、平滑切换,满足用户对电力供应和电能质量的要求,同时也最大程度的满足主网对微网运行状态的要求。
 
  为了体现可再生能源微网特征,保证可再生能源基本实现就近上网、就地消纳。在本次规划中,微网培养期除阿巴嘎旗地区外,与主网电量交换均不超过25%。在各个集群微网实现联合运行后,与主网交换电量可进一步减少,与主网电量交换均可控制在10%,为了提高微网与主网的友好性,正常运行模式下,微网在主网用电高峰段向主网送电,在主网用电低谷段从主网取电。
 
  资源分析

  (一)风光资源


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  本次规划的资源数据,主要参考锡林郭勒盟境内的气象站及测风塔、测光仪数据,气象站数据主要分析多年平均风速、风向、日照时数。测风塔数据主要分析平均风速、平均风功率密度、风向。测光仪数据主要分析太阳能总辐射量、直辐射量、散辐射量、日照时数。
 
  通过对收集到的数据进行合理有效的分析,可知规划区域风速变化在7.2~8.3m/s之间,风功率密度在384W/m?~528W/m?之间,风能资源等级在3~4级之间。
 
  太阳能水平面总辐射量在1600~1698kWh/m?之间,日照时数在2907~3341h之间,太阳能辐射等级为“很丰富”。
 
  (二)水资源
 
  二连浩特市污水处理厂位于城区东北约1km处,与本规划可再生能源电源场址距离约20km,该污水处理厂规划设计处理能力为3万?/日,已建设完成日处理污水1.5万立方米。本次规划在二连浩特市建设50MW光热项目,光热项目日用水量为0.076万m?,该污水处理厂可满足光热项目建设要求。
 
  苏尼特右旗政府与内蒙古牧都羊绒制品有限公司规划在旗朱日和工业园区内建设一座日处理污水0.5万m?的污水处理厂,预计2015年底投入使用。该污水处理厂与本项目场址距离仅为10km,且100MW光热项目日用水量为0.155万m?,污水处理水量可满足项目建设要求。
 
  场址选择


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  电源建设模型分析:
 
  由风资源变化特性曲线可知,与光伏发电相比,风电出力相对持续性较长,具有一定的连续性。但风电的波动性较大,大规模的风电基地在较高同时率的情况下,会对电网调峰造成很大困难。
 
  根据太阳能资源变化特性曲线可知,光伏发电出力特点是相对平滑,且主要出现在电网用电高峰时段,但光伏间断性明显,且在电网晚高峰未结束前停止出力,持续供电能力较差。单一的大型光伏基地会造成输送线路利用率不高,电力输送经济性差。
 
  热发电通过增加蓄热系统,使其出力特性相对持续和可控,并解决光伏发电在电网晚高峰未结束前停止出力的问题,但截止目前光热项目尚未实现大规模开发建设,前期投资相对较大,且没有明确电价政策。
 
  鉴于单一的风电及光伏等可再生能源项目出力特性存在弊端,研究利用风能及太阳能资源的互补特性,以受端电网用电负荷运行特性曲线为核心依据,将风电、光伏及光热等可再生能源电源品种以集群的模式进行开发建设,辅以必要的储能设施,通过优化组合实现其联合出力相对稳定、平滑及可控,且在经济性良好的基础上,形成与用电负荷具有较好互适性的电源系统。
 
  负荷预测研究分析


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  风电、光伏、光热、储能联合运行研究
 
  根据建模仿真分析数据结果,对集群与主网电力平衡分析,进一步研究集群运行与主网运行电力交换情况。规划区域内(除阿巴嘎旗集群外)其他各集群与主网电量交换比例均控制在25%以内,六区域集群联网运行后向主网电量送电比例为8.92%,接受电量比例为10.18%。可再生能源电源与用电负荷电力平衡结果较好。
 
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  据建模仿真分析数据结果,各集群与主网电量交换频次均能控制在630次以下,六区域联网运行后的交换频次控制在663次。日均出现交换次数为3.6次以下。每个频次的交换中均持续在20分钟以上。集群与主网交换频次较为合理,详见下表。
 
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  据建模仿真分析数据结果,集群与主网电量交换负荷分布特征表现为,负荷越大出现的时间越少,负荷越小出现的时间越多,交换负荷主要在中低负荷之间,根据集群的经济效益承受能力,在向电网上送大负荷功率困难时,可对风电出力主动限发,以降低主网调峰困难。
 
  微网建设构想
 
  本次规划按照集群式开发、分步式建设、开放式设计、电源负荷一体化运行、易于电网布局、保障电力消纳的整体规划思路进行规划。
 
  本次规划根据规划区域内集群式微网电源的布局情况、电网现状、主要负荷的分布及预测情况,将可再生能源集群式微电网构建规划分为三个阶段:第一阶段为微网基础培养期;第二阶段为集群式微网构建期;第三阶段为各集群微网联合运行期。
 
  (一)方案综述
 
  到2020年,集群式微网电源装机达到253.5万kW,储能设施16万kW,当地用电负荷与集群式微网电源将达到一定规模。根据各集群式电源所在区域供、用电负荷情况,优先将负荷比较稳定、电源建设比较完备的区域分布式电源按微网要求加强和改造,配置微网运行所需设备,建立和完善微网运行模式。
 
  本集群式微网为并网型微电网,既可与外部电网联网运行,也可以是一个预先设计好的孤岛,可在外部电网故障或需要时与外网断开单独运行,通过综合控制网内的分布式电源与储能系统,维持所有或部分重要用电负荷的供电。微电网一般以一点(PCC:公共连接点)与上级电网连接,分界点可设置在微电网出口的连接线断路器处。
 
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  区域集群式微网采用多级微电网辐射式架构。区域集群式微网总体架构如图所示:接入系统的变电站(220kV),接入新能源电源、储能和负荷构成主微电网;负荷中心的变电站(110kV)就地接入新能源电源、储能和负荷构成一级子微电网;开发区等负荷区(35kV或10kV)接入分布式电源、储能和负荷构成二级子微网;终端用户接入分布式电源、储能和负荷构成三级子微网。
 
  各级微网通过对可控电源、储能和可控负荷的调节,实现功率的就地平衡,从而通过整个区域集群式微网的分层分级功率平衡,实现新能源的就地利用,降低对公共电网的冲击。
 
  (二)各集群微网联合运行期建设方案
 
  随着用电负荷与集群式微网电源达到一定规模,为了提高各个集群可再生能源的利用率和系统的可靠性,实现各集群电源及负荷区域之间的互济性,可适时通过联络线实现各个集群微网进行联网运行,探索超大型可再生能源微网建设与运行模式。
 
  通过对每个分布式微网电源的出力特性和用电负荷特性进行对比分析,可将地理位置较近、电源出力和用电负荷特性具有互补性的分布式微网电源进行联网,使得微网内部电源和负荷在更大范围内实现一体化运行,并通过与主网的协调控制平滑接入主网或独立自治运行,进一步满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求。
 
  随着用电负荷与集群式微网电源达到一定规模,以及各个集群式微网的运行经验积累,为进一步提高系统的可靠性,通过联络线使各个集群微网进行联网运行。
 
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  各集群微网通过220kV联络线实现环网连接,并通过220kV线路接入到500kV变电站220kV侧,在500kV变电站设置1台联络变压器,实现整个微网的接入。通过500kV与公共电网联接。
 
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  (三)各集群微网联合运行期建设方案
 
  整个区域微网与公共电网通过220kV的PCC点相联接,通过对整个区域微网的控制,实现与公共电网的交换功率可调控。
 
  由于区域微网内部采用“全局优化、区域自治”和功率分层分级的就地平衡方式。在规划建设中,尽量的实现了电源与负荷的就地平衡,从而使得各集群间的交换功率很小。并且在区域微网实现潮流的优化控制,避免电磁合环造成的稳定问题。
 
  区域微网与公共电网之间的交换功率可控,区域微网与公共电网从本质上是网与网的关系,之间通过线路联络,实现功率的相互支援,具有弱耦合的特征,将之间的相互影响降到最低。
 
  区域微网内部各级子微网之间通过能够快速隔离的PCC快速开关相联接,当其中一个子微网内部发生故障时,PCC快速开关快速动作,实现故障子微网的快速隔离,保障其他微网的正常运行。故障子微网内部通过配置的微电网保护实现故障的快速隔离,保障子微网内部其他负荷的可靠供电。当故障切除后,子微网可以重新与上一级微网联网运行。
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