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未来微电网和多能互补技术趋势
日期:2017-09-07 19:05:12 | 来源:交能网 | 点击率:1031
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很久以来,微电网更多地强调分布式的特点,无论是否和大电网相连,自我管理和自我控制都是其典型的特征。无论定义如何,微电网依然离不开其电网的属性,也必须要遵守电网设计中的一些金科玉律。这其中,安全性和稳定性无疑是最重要的标准。为了在接入高比例的分布式可再生能源的同时还能保证安全性,最关键的在于系统的灵活性。

在灵活性的大框架下,各国对微电网的定义和发展趋势也略有不同,我国在7月份发布了《推进并网型微电网建设试行办法》,其中对微电网给出了官方的定义。而今天我们介绍的是美国在微网建设中的一系列发展趋势,其中最核心的是热电联产设备体系,热电在消费端的耦合和生产端的解耦将轻松地解决微电网中一系列的灵活性问题。

在美国的众多微电网建设实践中,总结出了以下几个未来微电网建设的趋势和标准:

1.能效为先,拒绝浪费

最便宜和最清洁的电力是什么?很多人会说是可再生能源电力。但是其实在能源的生产、运输和消费过程中被浪费掉的电力才是我们最应该关注的部分。近期ACEEE组织的一份报告中指出,通过节能措施和能效设备产生一千瓦时的电力的平均成本在2.8美分左右,折合人民币17分。相比于我国35分左右的煤电发电成本,能源提升带来的电力十分有竞争力。

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。

2.热电联产,多能互补

热电联产顾名思义是同时生产热能和电力的能源生产方式。将发电过程中的废热再利用与供暖、生活热水、工业用暖甚至通过吸收式制冷设备转化为冷量。这种耦合的能源生产方式能够将能效利用率提升到80%,同样的燃料分别用于生产电力和热能的效率则最高不超过45%。目前随着燃机的小型化技术日渐成熟,高效的热电联产设备也能够成为分布式能源供应的核心元件。

还有几个重要的原因,让热电联产设备逐渐成为微电网设计中不可或缺的元件之一:

如果不考虑同时生产热能,小型燃机的发电成本通常比从电网中购电的成本要高。只有耦合了热能后的综合能源成本才比较有竞争力;

热电联产设备的可靠性比可再生能源高,且具备很高的灵活性;

热电联产设备还能够作为许多电梯和水泵的应急电源,这类电源如果只通过电池来提供无法保证足够的安全性。

另一个重要的原因是热能的储存比电能的储存要容易很多,而热负荷的波动性比电负荷要小,在热电联产设备中额外安装储热设备后能够实现热电生产的解耦,提供更多的灵活性。热网本身的储存能力也为系统提供了一定的韧性。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。

3.风光互补,清洁电力

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0排放的清洁电力,而且不需要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。

4.必备储能,保障安全

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。

 

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