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吴鸣:微电网技术当前现状及未来发展趋势

作者:中国储能网新闻中心  来源:中国储能网  发布时间:2018-6-6 13:38:24

中国储能网讯:5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

中国电力科学研究院配电所主任吴鸣在“微电网+售电专场”,发表了题为“微电网技术当前现状及未来发展趋势”的精彩演讲。

演讲内容如下:

吴鸣:我演讲的题目是“微电网技术当前现状及未来发展趋势”,也是梳理一下微电网从2010年在我们国家进行产业化以来相关的技术进展和国际国内的发展动态,这个报告的主体部分我想跟大家分享未来微电网技术的前景或者说一些关键技术发展的展望。我的报告分成5个方面:微电网发展过程及典型应用、微电网概念及特征,微电网研究现状及示范工程,当前微电网的不足,未来的发展趋势。

1999年美国军方和美国的电力部门首次提出微电网的概念,欧盟从2002年开始微电网专项研究,日本从2003年开始,中国学术界和产业界从2009年开始微电网的相关研究,今天参加会议的张建华老师就是研究微电网的前辈。到2015年,由于储能产业和分布式电源产业的发展,多项微电网相关政策就开始发布了,微电网政策集中发布时间就是2015年到2017年。尤其是随着直流的发展,目前直流配电和直流微网也成为微网的主要形式。

刚才吴院长已经讲过了微电网的发展,我从另外一个角度梳理一下为什么要发展微电网。第一是最大成为接纳分布式电源,这也是要满足国网、南网对分布式电源的需求。第二是节能降耗,提高能效,第三是解决无电地区供电,第四是满足用户对供电可靠性的个性化需求,微电网具备一些能力,结合以后对供电能力会有所提升。第五是提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力。第五是智能电网/能源互联网的重要组成部分。这是我们对微电网典型应用的定位。

微电网的概念和特征。从2017年开始,国家标准和能源局的文件里已经开始正式把这个定义明确,上升到国家标准层面或者是上升到国家政策层面,在标准里面规定微电网是指由分布式发电、用电负荷、监控、保护和自动化装置等组成的,是一个能够基本实现内部电力电量平衡的小型供电系统,微电网分为并网型微电网和独立型微电网。这是2017年的国标的规定。在2017年能源局发的文件里面,对这个定义也做了进一步的明确,基本上也是比较类似的表述。

在2017年的870号文里面提到微电网的几个特性,一是微型,二是自治,三是清洁,四是友好。首先是微型,电压等级一般在35千伏及以下,规模在20兆瓦及以下。自治方面就是具备电力供需自我平衡运行的黑启动能力,与外部电网的年交换电量一般不超过年用电量的50%。清洁方面是,它主要是用在可再生能源方面。

随着我国能源产业化转移,以实现能源安全、清洁、高效利用的风、光等分布式发电得到迅速发展。微电网是分布式发电应用的最高级拓展和高级应用。

第三部分讲一下微电网的研究现状与示范工程的开展。随着新能源发电、储能技术及新型负荷的发展,微电网技术的研究应用在全球日益受到关注,目前微电网仍以关键技术研究和应用示范为主,实现商业化运营的项目案例较少,中国、美国、日本在该领域居全球领先地位。这底下是全球微电网容量的发展,大部分还是集中在亚太和北美地区,预计未来10年这些地区仍然保持快速增长,将超过全球容量的50%,尤其是一带一路沿线微电网的装机和示范工程,很显然看来会有一个明显的增多。

这是国外三个国家或者地区发展微网的情况,美国在微电网研究中旨在提高军事基地能源供给可靠度,同时降低配电网馈线或变电站至少15%的峰值负荷。欧洲发展微电网主要目标是利用可再生能源发电的规模化利用,日本目前研究重点已转为融入智能社区建设,智能社区示范主要在海外开展,在法国里昂和美国的夏威夷都有日本建设的微电网,而且是高水平的微电网。

2015年7月,国家能源局新能源司发布了第一个关于推进新能源微电网示范项目建设指导意见,还有2017年7越发不的推进并网型微电网建设试行办法,促进并规范微电网的健康发展。国内的微电网起步相对较晚,但是随着相关部委的支持力度提升,我们的进展还是很快的,我们在863、973重点技术的支持下,我们的微电网的提升还是很大的,目前我们的微电网研究侧重于微电网的控制和优化技术、并联管网离网模块无缝切换,交直流混合微电网和多微网协同优化的运行等等。

这是微电网在我们国家的发展趋势总结。2012年的时候,能源局委托中科院、天津大学、中国电科院等科研机构开展中国十二五微电网发展战略研究课题研究,提出十二五期间的发展目标,我们国家的微电网元年应该是2009年,2011年出现了第一个并网的河南财专光储微电网。2011年有天津中新生态城微电网,然后有东澳岛风光柴储智能微电网,还有北京左安门智能小区微电网。到2013、2014年也有大量的项目,2015年有浙江的两个微电网,这是中国电科院做的一些微电网项目。

这是两张图,从2015年到2016年,当时在建的微电网有一个区别,2013、2014年以前微网主要以两大电网公司支持,2014年以后,他们不再支持,逐渐由社会来承担。

下面分析一下当前微电网的技术布局,客观来说我也去过全国很多地方,看过很多的微电网,但是我觉得我们国家的微电网除了一些重点专项的微电网,还能称得上微电网的话,大部分还处于比较低级的状态,他们大了以后,对电网的冲击比较大。当前的微电网主要有三个不足,第一是在设备层,一个是多类型、多能流的变流器,作为PQ并网的光伏逆变器来讲这个问题不大,但是作为独立运行的网络,目前逆变器的模型或者一些装置还需要进一步优化。第二是缺乏惯性和自主控制能力,储能的控制没有很好地考虑电网的特性,目前国内很多时候会有电池燃烧的问题,基本原因就是BMS和网之间的高度协调没有实现,导致了局部的能量阻塞,造成了这个事故。第三是可扩展性不足,建好以后,如果想再大一点,或者前期没有做规划,可能这个系统最后的结局就是重新建,或者彻底的废弃掉,这是在设备层。

第二是在系统控制层,运行模式多重化,且采用点表的切换方式,未考虑切换中的暂态特性,采用集中式的主从控制,过度依赖于通信,系统冗余度较差。

第三是系统特性,单个微电网可接纳分布式电源的能力有限,多互补以后微电网怎么向微网转变,冷热气等多种能源的接入,虚拟同步机的引入、直流化的虚实,储能的接口大部分都是直流,DC/DC比DC/AC要简单,直流化趋势以后,它怎么控制、怎么优化,怎么构建一个更加优质、高效、经济的系统,提高系统的可靠性,这也是微电网需要深入研究的问题。设备层,系统运行控制和系统特性都需要进行深入的研究。

最后是未来发展趋势。首先是在装备层次,很显然传统的光伏逆变器不能适应未来的多能互补或者快速综合能源贡献,要能够实现即插即用,无扰并网的功能,具备虚拟惯性、提高微电网一次调节过程的动态控制,这是希望发展的趋势。在装备层面要实现分布式的即插即用,这一点讲了很多年,一些研究也在做,但是这个受限于微电网的规模没有扩大,没有厂家研究专用的微电网逆变器,微电网发展应该和储能电站发展是共同前进的,我的储能电站是调频用的,还是离网用的,不同的设备需求,它的策略也是要做优化的。第二是装备层面,多层次集中式即插即用,这也是一个发展趋势。第三是能量路由器,我觉得这种大型的装置用在大电网里面还要再商讨,但是把微网做成一个终端能量微网是有可能的,构建一个电子化微网,这是一个趋势,它能减少层级,同时把微网的可靠性提高,不需要复杂的微电网控制协调。

在控制层面要突破扁平化的控制,这跟能量路由器的思想逻辑是一样的。我们国家有另外一个问题,研究微电网的人一开始都研究过大电网,大家的哲学观念都应该要变化一下,在微网里面可以做一些新的工作。

在系统层面,未来会有一个微网群的概念,将来会出现一个多微网的系统,这也是我们未来研究的热点,微网群和配网群之间实现一个调度。

两大电网公司在今年初都相继提出要向综合能源供应上转变,怎么将电力、燃气、水务、热力等多种资源捆绑成一种资源,实现彼此耦合,解决有关能源的有效利用和调峰的问题,这是微网要解决的问题,当然这也是我们电网公司发展的一个重要的机遇。

我的汇报就是这些,谢谢大家。

(本文根据现场录音整理,未经本人审核)

关键字:微电网 第八届中国国际储能大会

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