微電網市場前景究竟如何呢?近日特變電工郝翔對此作出了解答, 未來微電網將以新業態方式參與電力市場, 做新能源行業最主要的目的也是為了可以有效改善問題, 具體情況如何呢?
微電網的發展背景. 能源互聯網的發展與經濟發展, 資源緊張和環境汙染緊密聯繫. 現在由於環境受到影響, 中國人均能源消費資源擁有不到世界水平的一半, 但中國GDP能耗是世界平均水平的2.5倍, 必然會造成資源緊張和環境汙染. 我們做新能源行業都是在致力於改善問題, 發展清潔能源必然是趨勢. 清潔能源存在很多問題, 風力發電, 光伏發電和水電站. 光伏發電為例, 由於地球是公轉和自轉的, 會導致地面確切地點光伏的日照輻射有變化. 風電也有類似的問題.
時間維度分布不均衡, 空間維度不均衡. 現在我國最大的風能資源區是內蒙古和甘肅北部, 能源負荷較大的區不一定能供應上, 還需要一些特高壓直流和交流傳輸通道. 為了解決能源分布不均勻, 以及時間維度和空間維度上不平衡, 很多專家提出能源互聯網的概念, 就是實現新能源的廣泛接入. 這個概念提出以後有很多不同的概念, 但組織架構都是一致的. 國網提出全球能源互聯網的概念, 主張是清潔能源為主, 高壓和特高壓電網為網架. 國外的研究中心和國內企業也提出很多概念, 主要包含清潔能源和特高壓的直流, 交流以及高壓的直流和交流, 以及智能微電網.
能源互聯網的技術體系. 它包含了能源生產到能源輸配, 再到能源存儲和能源消費, 貫穿生產到消費的全流程. 技術分為三層面, 設備層, 資訊層, 應用層. 技術包括的很多, 高效的太陽能利用技術, 現在已經技術非常成熟. 先進的輸電技術和柔性直流輸電技術. 智能微電網技術和能源路由器技術. 智能微電網技術從能源生產到能源輸配再到能源存儲和消費, 整個鏈條的全部技術覆蓋. 提高能源互聯網可以過渡到智能微電網, 如果真的做到能源互聯網轉型, 那需要底層的能源互聯網.
智能微電網的提出有很多概念, 主要指分布式電源, 儲能裝置, 能量轉換裝置, 負荷監控和保護裝置, 按照一定的拓撲結構組成小型的發配電系統. 概念的提出為了促進新能源高比例的接入, 以及能源互聯網的發展. 國外出台很多儲能政策, 日本也同樣如此. 我國也出台一些政策, 2009年至今出台法規和政策, 推進微電網建設和實行辦法. 微電網市場環境看分為兩種, 聯網型和獨立型的微電網. 聯網型的微電網可以分為兩個主體, 用戶用電的主體, 包括工商業園區和數據中心的. 售電主體包括分布式能源的投資商, 售電公司和電動汽車充電站等能源服務商.
獨立微電網, 主要是用于海島, 邊防哨所沒有電, 解決當地供電問題的市場. 微電網的技術發展情況, 美國維斯康辛麥迪遜提出了微電網的概念, 再到GE和甲骨文等公司都進來做一些微電網示範. 世界範圍做的很多, 但這隻列了一些典型.
國內的微電網發展狀況, 最早從舟山做離網型的微電網, 再到內蒙古可再生能源的微電網群, 再到江蘇和廣東做的交直流混合微電網. 微電網的技術應用在哪裡?工業園區. 我們自己的園區也會建分布式光伏和分散式的風電, 還會採用一些電池儲能, 也會有一些負荷. 可以賺取峰穀電價差, 它的負荷比較穩定可以實現計劃的排查, 可以降低園區的技術配套, 提供園區的工業可靠性. 針對工業園區, 用到儲能實現的成本很高, 用在園區裡目前用電的峰穀價差比較小. 商業綜合體的優勢是峰穀電差會大, 為儲能接入後的微電網經濟性提供保障. 海島和山地的無電地區, 以前有水就利用小水電的方式, 大的還是採用柴油發電. 泰國的一個島嶼是柴油發電的趨勢, 度電在一塊六. 如果現在採用微電網的形式, 供電成本可以將到七毛.
工業園區用能現狀分析. 分為四種負荷, 重點需要保障的負荷, 可中斷的負荷, 可轉移的負荷, 後期增融負荷. 針對這些負荷可以看出園區的負荷種類很多, 也很複雜. 北京可以看出尖峰時大規模用電可以做到一塊以上, 穀值是三毛七左右. 峰穀電價差可以接近達到八毛錢左右, 上海同樣也是, 北京存在尖峰的電價值. 一般園區採用的計價方式是兩部分, 一部分是基礎的電價, 一部分是電網的電價. 基本的電價是按照變壓器的容量去收的, 一個園區是60兆瓦的, 那需要每個月固定交60兆瓦的費用. 典型的工業園區以兩步的電價為例, 這也是實際統計的數據. 工業園區來看, 非居民用電的電量統計出來佔6%, 基礎容量配套費佔42%, 度電費用52%, 基本電費佔的比例很大. 峰穀時段的用電時刻, 峰佔35%, 平時段是37%, 有很多優化的空間. 現在的工業園區面臨很多問題, 包括運營成本高, 而且存在很大的空間, 未來有擴容需求. 我們認為園區建設微電網是解決園區供能問題的有效手段.
園區級的微電網的網路架構, 提供雲上的數據接入和分析. 中間層是管理系統負責微電網的系統管理. 交直流混合的微電網, 如果採用能源路由器, 那可以替代微電網裡面的中央控制器和能源管理系統. 我們想提供服務, 系統解決方案的服務. 微電網的負荷情況不同, 園區的生產情況不同, 建的微電網是定製化的問題, 需要根據負荷情況分析如何做容量配備和分析設計. 需要提供解決方案和能耗分析. 多時間尺度能量管理, 從雲層到管理層實現相應功能. 通過數據和雲平台進行遠端的運維功能. 一次設備層, 能源路由器是什麼樣的設備?路由器到底是什麼, 它和傳統的網際網路路由器有什麼區別?有相似的地方, 要為所有的設備提供介面. 要有交流和直流的介面, 要高壓和低壓的介面, 要實現數據的控制功能. 放在能源上要實現能源的控制. 我們認為能源路由器可以接到光電和風電等設備.
能源路由器的本質是電力電子設備, 以前是電力電子變壓器. 電力電子變壓器是在1970年時, 由美國GE研發中心提出, 主要想通過電力電子的變換技術加高頻的技術替代傳統的變壓器. 為什麼最終採用了交流?技術路線可以看出, 直流的變化想有點變化很困難, 採用銅和鐵做變壓器可以實現電氣的隔離和絕緣. 到目前為止交流也是現在電網的主要架構, 1970年時GE提出了電力電壓器存在問題, 成本非常昂貴. 器件的技術發展非常快, 現在做電力電子變壓器時可以把性能技術指標做到和變壓器匹配的層面, 所以有人又開始做電子電壓器. 實現的功能都是一樣的, 最終是想實現電能和資訊的湖向互動, 實現用戶的友好介面. 重量會變輕, 體積變小, 無汙染, 實現多種電源的變化和結構匹配, 實現交直流的匹配和高低壓的匹配, 實現潮流雙向控制.
阿爾斯通, GE, 龐巴迪都有應用, 技術原理和拓撲結構都完全一樣. 最初想用於新能源和微電網, 經過三年開發做出一款產品, 產品是採用6米的集裝箱標準設計. 輸入功率是一兆瓦, 輸出高壓交流電壓等級是10千伏, 低壓是直流八百. 最大效率是98.2%, 傳統逆變器效率會到98.5%, 再加上廂式變壓器的效率也是98%左右. 如果採用能源路由器替代逆變器, 那整機的效率可以提高一個點以上. 電子電壓器和路由器的研發, 屬於世界前沿技術. 我們做工作時也遇到很多問題, 設計時採用模組化低壓側並聯, 高壓側串聯的架構. 整個機器是由某一個單元組成, 如果其中有一個發生故障可以直接進行更換. 採用模組化以後還有好處, 我們會保證系統線上不停地運行. 當需要檢修時, 剛達到檢修的時間時, 我們會把模組一更換, 可以保證微電網介面的關鍵設備運行.
大家提到了98.2%的效率, 怎麼可以做到?碳化矽功率器件的工程化應用技術, 雙有源橋電路的軟開關技術, 還有高頻隔離, 高功率密度設計技術, 整體最大效率可以做到98.2%. 作為交換設備需要有卓越的共性, 採用分層分級的控制架構和綜合處理器, 最終實現卓越的動態. 我們提供集中式的高壓直接併網方案, 還有直流迴流型組串式高壓直接併網方案. 第二種針對地形複雜情況下提供的方案. 傳統組串式的發電, 光伏板通過逆變器和AC電纜才能上到交流電網. 採用整合化的產品可以通過電子路由器, 真正的實現大道至簡. 光伏併網是高壓替代低壓, 直流替代交流. 我們在西安園區進行示範應用, 一年多的數據測量可以做到98%以上, 夜間待機損耗20W.
交流微電網可以賺取峰穀電價差, 提高供電可靠性, 降低能耗, 保證環境汙染. 西安園區的微電網為例, 光伏是2兆瓦時, 配備1兆瓦時的儲能系統, 投資回報周期6.1年左右. 技術上要降低基礎容量15%, 額外提升10%的光伏自發自用電量.
電動汽車的發展充電是直流, 而且到光伏發電也是直流, 再到儲能電池的接入也是直流. 交流的微電網將直流的所有負荷進行直流到交流的變化, 浪費很多損耗, 而且增加了成本. 設備是高度整合的, 可以適應多方面的適應周期. 交直流的混合微電網和傳統的交流微電網相比, 效率可以提升6.5%, 成本可以節約22%.
微電網市場前景. 微電網在未來的三年內市場規模穩步增長, 在建以及投入的微電網示範工程超過四百多個, 輻射到歐美, 歐洲, 東亞. 微電網會以新業態方式參與電力市場. 如果我們的直流負荷佔比非常高, 那交直流混合微電網非常有價值, 能源路由器會終結交直流之爭.