多能互补综合能源电力系统的建设模式

黄 瑾 吴嘉瑶

广东电网有限责任公司东莞供电局供电服务中心 广东 东莞 523000

引言

科技的快速发展带动我国电力行业发展迅速。相比于以往的分供系统,多通互补能源系统的能源利用效率要高的多,同时其能源供应成本也相对较低,并且在多能互补能源系统运行中所产生的环境效益要更加明显。

1 多能互补综合能源系统的特点

环保、可再生是新能源发电技术最重要的特征。就目前来讲,新能源发电技术指利用太阳能、潮汐能、海洋能、地热能、风能以及生物质能等资源进行发电。新能源发电具有环保可再生、分布范围广泛、储备量巨大等优势,但也有一些不足,比如地区差异较为明显、能源产量不稳定以及密度较低等。目前,新能源发电中最常见的是风力发电和新能源分布式发电。新能源分布式发电和传统的发电形式有很大区别,其发电功率通常较小,一般都在几十千瓦至几十兆瓦,模块式分布在配电网或负荷附近的发电设施。常见的分布式发电可利用多种能源,包括天然气、氢气、太阳能和风能等环境友好型能源。新能源分布式发电应用范围很广,包括采矿企业、医疗单位、体育场馆等,可作为紧急备用电源,具有重要意义。从经济效益和环保效益两方面讨论分布式发电的必要性,给出具体的环境影响指标,使分布式发电环境价值定量化。发展分布式发电可以提高能源的利用效率(达70%～90%),具有良好的经济性,有利于环境保护,能够增加用电的安全性和可靠性,可以解决偏远地区的供电问题,减少远距离输电的网损问题,还可作为系统启动电源。多能互补综合能源系统的供电系统主要涉及到以下几方面。(1)风力发电技术。风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术,其主要有两种利用方式,一种是作为独立电源向偏远地区供电,另一种是将多台风力发电机组并列运行,形成风力发电。(2)新能源电池发电技术。太阳能新能源发电技术是利用半导体材料的光电效应,直接将太阳能转换为电能。太阳能新能源发电的能量转换器件是新能源电池。太阳能新能源发电系统可分为独立型和并网型两种基本类型。(3)小水力发电技术。小水电是指小的水电站及与其相配套的小电网。从形式上分为引水式、堤坝式、混合式和抽水蓄能式四种基本形式。

2 城市综合能源电力系统的建设模式

1.城市能源结构分析,从供能组成来讲,城市层面的综合能源电力系统除需从输电系统馈入电能外,还需消纳居民楼宇、城市周边的中小型可再生能源机组并网功率,调度“以热定电”热电联产机组供热时产生的电功率,以及接纳电动汽车反向馈入配电系统的功率。在能源需求方面,城市综合能源系统中的电力负荷除了居民用电、商业用电、工业用电等常规形式外,还会出现以电动汽车充电负荷为代表的新型灵活电力负荷。此外,电力系统与其它能源系统间的耦合设备的电能消耗,也是综合能源电力系统负荷的一个重要特性。在热力负荷方面,杭州市地处长江以南,冬季无居民生活供暖负荷,全年热负荷以工业供热为主,具有分散式、小容量等特点,且主要以供冷需求为主。2.城市综合能源电力系统建设模式,就城市范围内的综合能源电力系统建设而言,依托现有变电站建设综合能源站,是一种可行、高效、低成本的方式,便于增强电力系统与其他能源网络间的耦合。在大型综合能源站中,既有电力系统内部的变压器安装区、可再生能源发电区、电动汽车充电区,还有与天然气网络和热网络能量转化的耦合设备安装区,更有电储能、热储能和天然气储气等设备的安装区,实现了多种能源形式的集中式建站和管理。这样的大型综合能源站可配套建设相关的数据采集系统、软件运行控制平台等,实现能源站内的优化调度。大型能源站中的可再生能源机组、热电联产机组、电转气设备、充电设施等,可由电网公司统一投资建设,且可以考虑选用较大容量的机组/设备,便于实现以电网公司为主导的110KV大型综合能源站统一协调运行。

3 系统容量优化

由于多能互补能源系统在利用MRM法确定设备容量时,仅对用户的实际负荷需求进行了考虑,但却并没有对系统的运行费用及设备成本等进行考虑,因此需要对MRM法进行相应的优化。我国学者便将遗传算法与MRM法进行了结合应用,以此实现了对多能互补能源系统的设备容量优化,使原动机容量、太阳能发电面积占比、电制冷比系数等成为优化变量。通过分析其优化结果,可以了解到利用遗传算法与MRM法来进行优化,相比于以往的分供系统,多能互补能源系统在全年综合指标上得到了大幅提高。我国学者则通过解析法对多能互补能源系统在不同负荷区间中的频数进行了统计,从而确定了不同容量匹配方案所获得的经济收益以及满负荷运行时数,并对净现值进行了对比,从而筛先出最佳的容量匹配方案来对多能互补能源系统中的热泵与燃气三联供设备的容量进行了优化设计。在对多能互补能源系统的设备容量进行优化时,则将优化目标设定为最小运行成本,通过条件风险价值的引入来对多能互补能源系统的风险量度进行了衡量,并以投资理论为分析理论,对虚拟电厂的容量优化配置模型中的风险量度进行了充分考虑,从而分析了虚拟电厂容量配置中各个因素所带来的影响,如环境成本影响、风险偏好影响、运行负荷影响等。

4 改进保护并网联络线装置的方式

配电网中接入的分布式电源通常接到变电站的10k V或是35k V母线中,以往运用保护线路配置的方法已无法达保护的基本要求。配电网正常运行时,为提升保护零序电流的灵敏度,其中性点不运行。将分布式的电源接到母线后,当工作模式为最大时,零序网络就会发生一定变化,降低保护系统的灵敏度。在这种情况下,通常采用电网允许式代替保护式,其线路的主保护为纵联保护,后续保护应用四段、三段式的零序保护。采用这种办法可提升并网联络线路中自动装置的容错率,保障配电网系统的安全性。

5 泛在电力物联网的发展对综合能源电力系统发展的影响

2019年初,国家电网有限公司制定了“三型两网、世界一流”的战略发展目标。在“两网”之中,泛在电力物联网与坚强智能电网一同被视为建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础。泛在电力物联网指围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。泛在电力物联网的建设,是5G、量子通信等先进信息通讯技术飞速发展的产物,同时对综合能源电力系统的发展带了新的机遇和挑战。泛在电力物联网的发展将推动综合能源电力系统中海量设备的广泛接入、大数据的处理与共享,进而延伸出更多的业务与增值服务,最终实现能源生态体系的构建和逐步进化。综合能源服务生态网络体系的建立也面临着诸如市场壁垒、信息壁垒、转换技术等方面的挑战,这是泛在电力物联网发展环境下未来综合能源电力系统建设需要研究的重要问题。

结语

多能互补的综合能源电力系统在经济、能源利用效率和环保等方面有着可观的效益,是实现能源转型的重要途径。