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综合智慧能源科普系列:微电网

日期:2023-12-18    来源:白云新能源

国际新能源网

2023
12/18
12:08
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关键词: 微电网 分布式电源 风光发电

定义

微电网(Micro-Grid,MG)由分布式电源(分布式光伏、分散式风电、燃气轮机、电化学储能、超级电容等)、用电负荷(重要、可调等不同类负荷)、能量管理系统(监控、保护和自动化装置)等组成,是一个能够基本实现内部电力电量平衡的供用电系统。

按照运行模式的不同,微电网可以分为离网型和并网型,并网型微电网在正常条件下与主网并网进行能量的双向交流,一旦电网的品质或者质量不符合规定,就能及时切断主网,实现自给自足。而离网型微电网是完全独立的,不需要与主网进行任何的连接,一般建设在偏远的边境或者海上的孤岛,满足当地基础的供电的需求。

当前国内的微电网主要是并网型的,建设在小规模的一定区域内,根据实际的用电负荷水平,周边的新能源开发条件和电网条件通过新建的分布式新能源、新型储能、电力电子设备等装置形成一个稳定可靠的区域性综合智慧能源管理系统。

发电原理

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,具备以下四个基本特征:

(一)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。

(二)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。

(三)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%。

(四)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。

微电网的核心技术

智能微电网的关键技术主要包含以下几点:

(一)可再生能源发电技术

目前智能微电网主要以多种可再生能源为主,电源输入主要为光伏、风力、氢能、天然气、沼气等多种成熟发电技术。

(一)储能关键技术

储能是微电网中不可缺少的一部分,它在微电网中能够起到削峰填谷的作用,极大地提高间歇式能源的利用效率。随着科技的不断发展,现在的储能主要有蓄电池储能、飞轮储能、超导磁储能、超级电容器储能,目前较为成熟的储能技术是铅酸蓄电池,但有寿命短和铅污染严重的问题。未来高储能、低成本,优质性能的石墨烯电池市场化将给储能行业带来春天。储能技术目前发展成本较高,世界各国都在攻关这项技术,但是都有一个共同目的,那就是实现“低成本+高储能”的目标。

(二)智能微电网能量优化调度技术

与传统电网调度系统不同,智能微电网调度系统属于横向的多种能源互补的优化调度技术,可充分挖掘和利用不同能源直接的互补替代性,不仅可以实现热、电、冷的输出,同时可以实现光/电、热/冷、风/电、直/交流的能源交换。各类能源在源-储-荷各环节的分层实现有序梯级优化调度,达到能源利用效率最优。

(三)智能微电网保护控制技术

智能微电网中有多个电源和多处负荷,负载的变化、电源的波动,都需要通过储能系统或外部电网进行调节控制。这些电源的调节、切换和控制就是由微网控制中心来完成的。微网控制中心除了监控每个新能源发电系统、储能系统和负载的电力参数、开关状态和电力质量与能量参数外,还要进行节能和电力质量的提高。

微电网的优缺点

(一)优点

1、可再生能源发电:微电网采用可再生能源发电,如太阳能、风能等,可以减少对传统能源的依赖,降低能源消耗和碳排放,具有明显的环保和节能效果。

2、高可靠性:微电网是由多个分布式发电源、负荷和储能设备组成的,因此具有多重备份、多重冗余的特点,整个微电网的供电可靠性较高,可以有效降低停电的风险。

3、高灵活性:微电网可以灵活地配置和扩展发电、负荷和储能设备,已经适用于多种场景,如城市商业区、山区、岛屿、石油钻井平台等,可以根据当地电力需求和资源情况,灵活地调整微电网的运行模式和组成结构。

4、适用面广:微电网适用于各种规模的电力系统,可以为远离电网的偏远地区、海洋平台、城市中心商业区等提供可靠的供电服务,是传统电网的有益补充。

(二)缺点

1、并网难度较高:微电网并网的技术问题较为复杂,与传统电力系统达成互联互通的难度较大,需要通过严格的技术标准和合格的技术人员进行实施。

2、投资成本较高:微电网的建设投资成本较高,特别是在可再生能源发电方面,需要购置昂贵的太阳能、风能等设备,增加了建设成本。

3、运维费用较高:微电网是一个复杂的能源系统,需要专业的技术人员进行管理,维护和运营,运维成本较高。

4、能量储存和平衡问题:由于微电网中涉及到的发电、负荷和储能设备是分散的,管理人员需要进行有效的计划和控制,以确保微电网能量平衡,防止电力中断和事故发生。

总之,微电网在能源开发和环境保护等方面具有诸多优点,但与传统电力系统相比还存在一些技术难题和投资难度,需要通过技术创新和政策扶持等措施,促进微电网的发展和应用。

微电网的发展状况

目前,美国已确立了微电网在远程和军事领域应用的领导地位。同时,欧洲也将成为微电网技术进一步被采用的催化剂。由于快速增长的能源需求、较低的电网连通性和间歇性断电,亚太地区的新兴经济体将是微电网最大潜在市场。新技术正在使电力能够通过更加分散的网络提供,因为光伏和电池能源储存的成本持续大幅下降,远程连接、控制和数据分析扩大了可用的选择范围。整合了光伏和其他DER(s)(分布式能源)的太阳能混合微型电网可以在电力成本和部署速度方面与主电网扩展进行互补和竞争。

近年来,国内商业性微电网的工程标准取得了重大进步。这有力推动微电网技术成本下降,使微电网市场在未来的几年内增长更快。以国家电网公司和南方电网公司为代表的中国电网企业在微电网技术应用方面做了大量工作,已经建成了多个具有国际先进水平的微电网技术应用示范工程。

据中研产业研究院《2022-2027年中国微电网行业市场全景调研与发展前景预测报告》分析:

从2016年至今,国家能源局以综合能源、微电网为抓手推动了各类试点示范工程,其中新能源微电网试点28个、多能互补试点23个、“互联网”智慧能源试点55个、增量配电试点404个。“我国微电网关键技术已步入实践,河北、天津、河南、浙江等多地开展了示范项目,出台了管理办法。

目前微电网行业主要集中于公共机构、工商业区和社区领域三个细分领域市场,在2021年市场占比分别为33%、31%和19%,相比之下军队和孤岛领域占比较低,约为11%和6%。

微电网的发展前景

国家电力规划全面推广智能调度控制系统,应用大数据、云计算、物联网、移动互联网技术,提升信息平台承载能力和业务应用水平。调动电力企业、装备制造企业、用户等市场主体的积极性,开展智能电网支撑智慧城市创新示范区,合力推动智能电网发展。微电网是智能电网的有机组成部分,随着国家加大对智能电网的投资力度,微电网也面临良好的发展机遇。未来随着微电网技术不断成熟、可再生能源成本下降、储能产业发展以及未来化石能源价格的持续上涨,微电网将得到爆发式增长。


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