新能源微電網(wǎng)供電在產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用研究

引言

產(chǎn)業(yè)園區(qū)是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整和升級(jí)的重要空間聚集形式,擔(dān)負(fù)著聚集創(chuàng)新資源、培育新興產(chǎn)業(yè)、推動(dòng)城市化建設(shè)等一系列的重要使命。各種產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展高度依賴電力供應(yīng),供電可靠性的高低與電能質(zhì)量的好壞直接影響著園區(qū)的運(yùn)轉(zhuǎn)和用戶的生產(chǎn)效率。

中國(guó)擁有較為豐富的可再生資源,如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)岬?。?duì)于分布式電源發(fā)電技術(shù)來(lái)說(shuō),具有清潔、環(huán)保、模式靈活等特點(diǎn),得到了社會(huì)的普遍認(rèn)可,未來(lái)很有可能成為一種主流的發(fā)電模式。微電網(wǎng)結(jié)合了儲(chǔ)能裝置及能源管理系統(tǒng)(EMS)、分布式電源發(fā)電技術(shù)、用電負(fù)荷等的特征,形成了一個(gè)有效的供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),從而在一定程度上解決了一些供電難題。對(duì)于用戶的正常用電來(lái)說(shuō),微電網(wǎng)供電系統(tǒng)能夠?yàn)槠鋷?lái)許多便利,保證用戶的用電電壓穩(wěn)定,增加用電的可靠性。本文結(jié)合了產(chǎn)業(yè)園區(qū)的用電及空間特性,根據(jù)實(shí)際情況,經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的分析,采取適當(dāng)?shù)奈㈦娋W(wǎng)供電系統(tǒng),以保證用戶的日常用電需求,提高產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供電能力。

1產(chǎn)業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)的典型供電模式

從實(shí)際情況出發(fā),產(chǎn)業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)供電需要采取適當(dāng)?shù)墓╇娔Ｊ?建立分布式電源和儲(chǔ)能裝置聯(lián)合供電系統(tǒng),可有效保障正常供電。根據(jù)相關(guān)資料顯示,我國(guó)的分布式電源發(fā)電技術(shù)與微電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成績(jī),但仍需要借鑒已有的供電方案及經(jīng)驗(yàn),確保供電質(zhì)量。本文從以下四個(gè)方面對(duì)微電網(wǎng)供電模型進(jìn)行敘述。

1.1獨(dú)立電源類型的微電網(wǎng)供電模式

微電網(wǎng)供電模式的選擇要與產(chǎn)業(yè)園區(qū)的自然條件和能源結(jié)構(gòu)相契合,對(duì)于可再生能源類型較為單一的產(chǎn)業(yè)園區(qū),可以采用以獨(dú)立分布式能源發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)的微電網(wǎng)供電模式,再配置一定比例的儲(chǔ)能設(shè)備。獨(dú)立電源類型的微電網(wǎng)有多種類型,常見的有光伏發(fā)電微電網(wǎng)供電模式(圖1)、風(fēng)力發(fā)電微電網(wǎng)供電模式(圖2)和生物質(zhì)發(fā)電微電網(wǎng)供電模式(圖3)等。目前,風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電發(fā)展技術(shù)比較成熟,是具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化前景的發(fā)電方式,因此產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)應(yīng)優(yōu)先考慮風(fēng)力發(fā)電獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)和光伏發(fā)電獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)。

1.2風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)型微電網(wǎng)供電模式

風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)型微電網(wǎng)是指以風(fēng)機(jī)發(fā)電和光伏發(fā)電為主要形式的微電網(wǎng),其供電模式分為并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種模式,如圖4所示。風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)型微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行較為多見,是由主網(wǎng)和分布式電源共同向負(fù)荷供電:也可采取孤島運(yùn)行模式,由風(fēng)機(jī)和光伏電池直接向負(fù)荷供電,但在天氣等外部條件不允許的情況下,微電網(wǎng)通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)保證供電。風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)型微電網(wǎng)利用了風(fēng)能和光能的互補(bǔ)性,按照自然條件和負(fù)荷情況配置風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電的容量,這種供電模式較獨(dú)立電源類型微電網(wǎng)供電的可靠性有所提高,配置一定容量的儲(chǔ)能裝置后,微電網(wǎng)可應(yīng)對(duì)風(fēng)光的隨機(jī)波動(dòng)性和不確定性。

在我國(guó)沿海島嶼,該類型微電網(wǎng)也可配合柴發(fā)使用,在各種天氣條件下保證負(fù)荷的持續(xù)供電,顯著提高供電可靠性。因此,風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)型微電網(wǎng)供電模式是應(yīng)用最為廣泛的微電網(wǎng)系統(tǒng),也是最適合產(chǎn)業(yè)園區(qū)采用的新能源微電網(wǎng)型式之一。

1.3冷熱電三聯(lián)供型微電網(wǎng)供電模式

為了提高能源的利用效率,同時(shí)降低成本,國(guó)內(nèi)外也常常采用熱電聯(lián)產(chǎn)的方式或冷熱電聯(lián)供的方式,建立冷熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)系統(tǒng)。這種供電模式是在生物質(zhì)發(fā)電微電網(wǎng)供電模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造,在生產(chǎn)電力的同時(shí),也能向園區(qū)提供熱能,或同時(shí)滿足園區(qū)供熱、制冷等方面的需求。冷熱電三聯(lián)供型微電網(wǎng)可以大幅提高能源利用效率,多樣化地利用沼氣、生物質(zhì)能等可再生能源。因此,該類型微電網(wǎng)供電模式在產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)中應(yīng)用也將會(huì)越來(lái)越廣泛。

1.4其他型式微電網(wǎng)供電模式

除了以上能源可作為微電網(wǎng)中可利用的分布式電源外,我國(guó)還蘊(yùn)藏著其他能源有待開發(fā),包括地?zé)崮?、潮汐能等?

2產(chǎn)業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)供電模式的應(yīng)用方法

2.1產(chǎn)業(yè)園區(qū)用電負(fù)荷分析

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)主要以加工制造為核心,多種類型企業(yè)聚集,一般將負(fù)荷按行業(yè)分為工業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷等。但隨著社會(huì)的發(fā)展,出現(xiàn)越來(lái)越多的新型產(chǎn)業(yè)園區(qū),行業(yè)分工更加細(xì)化,產(chǎn)業(yè)升級(jí)科技含量更高,精密制造、通信電子、生物科研等特殊用戶負(fù)荷需求也隨之增長(zhǎng)。產(chǎn)業(yè)園區(qū)電力需求容量與負(fù)荷種類發(fā)生顯著變化,現(xiàn)有供電網(wǎng)絡(luò)的不足逐步顯現(xiàn)。在產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)的過(guò)程中,將微電網(wǎng)納入園區(qū)供電系統(tǒng)建設(shè)范圍內(nèi),充分利用園區(qū)已有的可再生資源作為電源組成供電系統(tǒng),并以此為基礎(chǔ)構(gòu)造產(chǎn)業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)供電系統(tǒng),可進(jìn)一步探索和完善供電模式,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的協(xié)調(diào)與綠色發(fā)展。

2.2產(chǎn)業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)供電模式規(guī)劃原則

在產(chǎn)業(yè)園區(qū)構(gòu)建微電網(wǎng)時(shí),其技術(shù)要求和傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)有所差異,在考慮微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、靈活性和適應(yīng)性原則的基礎(chǔ)上,微電網(wǎng)供電模式規(guī)劃時(shí)還需充分結(jié)合園區(qū)內(nèi)的用電負(fù)荷和自然資源分布情況。

新能源微電網(wǎng)應(yīng)遵循資產(chǎn)全壽命周期成本最優(yōu)的原則,最大限度地利用自然資源,其容量配置和設(shè)備選型也應(yīng)適當(dāng)考慮當(dāng)?shù)貓@區(qū)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷發(fā)展情況,分析投資成本、運(yùn)行成本、檢修維護(hù)成本等組成的資產(chǎn)壽命周期成本,滿足新能源微電網(wǎng)資產(chǎn)成本最優(yōu)的要求。

新能源微電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)遵循差異化原則,根據(jù)不同園區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平制定相應(yīng)的供電模式,再結(jié)合園區(qū)電源和負(fù)荷特性,尤其是結(jié)合可再生能源分布的情況,合理滿足園區(qū)發(fā)展和各類用戶的用電需求。

園區(qū)微電網(wǎng)應(yīng)納入園區(qū)建設(shè)總體規(guī)劃,合理預(yù)留站點(diǎn)及線路用地,因地制宜地開展新能源微電網(wǎng)建設(shè),逐步構(gòu)建能源互聯(lián)公共服務(wù)平臺(tái),促進(jìn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)綠色發(fā)展。

2.3產(chǎn)業(yè)園區(qū)新能源微電網(wǎng)供電模式應(yīng)用方法

對(duì)于產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供電系統(tǒng)建設(shè)來(lái)說(shuō),其使用的產(chǎn)業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)供電模式需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置,配電壓最適宜為10kV。本文結(jié)合產(chǎn)業(yè)園區(qū)用電相關(guān)特性,確定了供電模式,主要采用基于屋頂光伏的微電網(wǎng)供電模式,這種模式能夠?yàn)閳@區(qū)正常供電。此外,根據(jù)園區(qū)的空間特征,也可采用小型風(fēng)力發(fā)電的微電網(wǎng)供電模式。與此同時(shí),沼氣、秸桿等生物質(zhì)能發(fā)電的微電網(wǎng)供電模式,由于其具有清潔、環(huán)保等特點(diǎn),也可以考慮用于產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供電建設(shè)中。

對(duì)于可靠性要求較高的產(chǎn)業(yè)園區(qū),在建立光伏、風(fēng)力發(fā)電微電網(wǎng)模式的基礎(chǔ)上,還需要建立儲(chǔ)能設(shè)備,形成光伏、風(fēng)電供電模式的風(fēng)光儲(chǔ)能互補(bǔ)型微電網(wǎng)供電模式,確保供電的可靠性和穩(wěn)定性。

對(duì)于有冷負(fù)荷與熱負(fù)荷需求的園區(qū),在條件允許的情況下繼續(xù)建立微型燃?xì)廨啓C(jī)或生物質(zhì)發(fā)電機(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),形成多能互補(bǔ)型微電網(wǎng)供電模式,如圖5所示,充分利用產(chǎn)業(yè)園區(qū)存在的太陽(yáng)能、風(fēng)能、天然氣、沼氣等資源,實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)和園區(qū)生產(chǎn)的匹配及協(xié)同運(yùn)行,以園區(qū)發(fā)展引領(lǐng)新能源微電網(wǎng)的發(fā)展,形成高效清潔的能源利用新模式。

3結(jié)語(yǔ)

新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)能源的使用定律,將綠色清潔能源運(yùn)用到現(xiàn)代化發(fā)電過(guò)程中。本文對(duì)新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能以及控制方式進(jìn)行了具體探討,分析了新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和良好性能指標(biāo),可見其在我國(guó)電力資源領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。