多能互补微网——分布式能源发展的新动力
光伏产业网讯
发布日期：2017-06-06
核心提示：
多能互补微网概念近几年更加频繁的出现在大众视野中，在赵栋利看来，多能互补微网主要是将不同类型的分布式能源综合在一个区域，为用户提供冷、热、电等多种能源的供应，强调的是多种能源互补应用、能源梯次和循环利用，提高能源利用效率。
近日，国家发改委、能源局公布了新能源微电网示范项目名单，引起了业内的极大关注。再加上国家能源局2017年2月公示的首批多能互补集成优化示范工程（17个项目入选了终端一体化供能系统、6个项目入选了风光水火储多能互补系统）以及2017年3月的首批“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目评选结果公示（遍布全国的56个示范项目浮出水面）。至此，上百个微电网及多能互补项目先后推出，成为未来中国分布式能源高级应用的试点。
新能源微电网的起步
多能互补微网概念近几年更加频繁的出现在大众视野中，在赵栋利看来，多能互补微网主要是将不同类型的分布式能源综合在一个区域，为用户提供冷、热、电等多种能源的供应，强调的是多种能源互补应用、能源梯次和循环利用，提高能源利用效率。
多能互补微网并非分布式光伏、分布式风电及燃气发电、储能等几种能源的简单拼凑，如何进行合理的容量配置、如何进行智能控制都是需要进行计算、设计和产品配置的。例如，由分布式能源、储能装置、能量变换装置和负载调配及监控、保护装置等构成的微电网系统，既可以与外部电网并行运行，也可以离网独立运行，需要经过能量管理系统实现功率平衡、运行优化、故障检测与自动保护、电能质量控制等功能。
科诺伟业
是国内最早涉足微电网技术的公司之一，先后建成了青海玉树14MW水光互补微网电站、西藏光伏建筑一体化2MW微网系统、浙江2MW光伏/储能系统等，营房车30千瓦微网系统等项目，还在武汉大学、北方工业大学等一些高校建设了示范微电网系统，有直流微网也有交流微网。为了更好的进行系统技术和设备研发，科诺伟业还在河北保定建设了微网实验室。赵栋利团队正在尝试将可再生能源在微网体系内的渗透率和电量自给率提升到一个新的高度，“超过50%没有问题，正在向更高的比例迈进。”
在技术研发方面，科诺伟业承担了多项国家科技部863和支撑课题，参与起草了三项微网国家及行业标准，。经过多年的积累，科诺伟业形成了光储微电网、风光柴储微电网、多能互补冷热电三联供微网等系统解决方案，成功研制微网变流器、充电控制器、微网控制器、能量管理系统等等核心设备。
让微电网的大脑更灵活
为了实现多种电力和能源的有效匹配及运行效益最大化，微网系统需要能量管理系统(EMS)对系统运行进行监视和管理，例如通过EMS进行分布式电源能量调度、储能系统管理、负荷能效分析、并网/孤岛模式自动切换、系统地潮流稳定控制等。
能量管理系统主要功能包括：
SCADA：具有通信、模拟量测量显示、告警、控制、事件记录功能、参数整定和操作权限管理、对时和视频监视功能
数据分析：可对年、月、日用电量、发电量进行统计分析
发电预测：预测分布式发电（风力发电、光伏发电）的短期和超短期发电功率
负荷预测：预报未来电力负荷情况，分析系统的用电需求
经济运行：按电价规律进行功率调度，实现最优控制
功率调度：大电网配合实现“削峰填谷”的作用，降低系统电压和频率的波动
故障保护：电气采集量发生越限、数字量变位时，输出报警信号
电能质量检测：对微电网的电能质量进行全面检测
WEB发布：系统发布到互联网，实现信息的远程浏览
在赵栋利看来，微网变流器（PCS）是微电网的最核心设备。储能变流器主要应用于大规模储能电站及分布式微网等领域，科诺伟业PCS涵盖工商业用50/100/300/500kVA等中大功率及户用5kVA小功率产品系列。主要应用在海岛孤网及多能互补发电系统运行中。功能包括并网运行、离网运行及蓄电池充放电控制。目前在行业同类产品中处于技术领先水平。产品突破了电压源变流器VF控制、电流源变流器PQ控制、蓄电池充放电控制、并离网模式平滑快速切换、低电压穿越、孤岛检测、锁相环及正负序分离等核心技术，并实现了以下创新：
1、谐波抑制功能
研发的带有谐波抑制功能的储能变流器，能够同时对多个指定次数谐波进行有效抑制。
2、三电平技术
研发的三电平储能变流器，采用三电平矢量控制技术及中点电位平衡方法，产品效率得到提升。
3、故障穿越及无功支撑算法
完善的电网故障穿越能力，快速无功支撑能力。
该系列产品目前已在青海、西藏、湖南、保定等多个项目中实现现场应用。
5kVA户用储能逆变器同时拥有并网和离网功能，采用蓄电池充电控制和逆变一体化设计，可以灵活配置铅酸电池和锂电池，具备IP65防尘防水等级、无风扇一体化的散热技术及集成户用能量管理系统，实现更友好的人机交互。
PCS并离网切换控制包括并网和离网模式的切换，从慢到快，再到无缝切换。赵栋利表示，“现在的100毫秒的电源切换，对于大部分负荷区来说能够满足需求，但要求升级后就要用更先进的技术，从100毫秒的切换时间到10毫秒甚至更快，成本相应也会高一些。”
赵栋利团队在完善的硬件基础上，进一步开发了全套的软件解决方案，“基本构建搭好后，需要用核心的算法编制软件，这样才能发挥出硬件的功能。”
让微电网变得“有利可图”
只有当微电网和多能互补项目具备了经济性，才能真正得吸引到更大规模的投资。谈及上述国家能源局先后批准的一百多个相关项目的落地情况，赵栋利表示，“能量管理系统能给微网的多种能源供应提供经济上的优化搭配。”在他看来，相比于早期的微电网示范项目，在光伏度电成本及储能成本下降的过程中，目前已经有了一定的经济性，但总的来看，“中国峰谷电价差不够高，并且储能增加了额外成本，客观上投资的经济性受到影响。”目前微网项目多属于政府示范项目，由国家支撑做了较多示范。
目前分布式光伏、储能系统的成本都以较快的速度下降，因此在部分地区的微电网项目已经初步具备了可投资性，“但还是需要一定的政策支持。”目前光伏发电的度电成本正处于迅速下降的过程中，即使电价下调，光伏电站的投资收益率也已经普遍满足各投资企业的要求，在部分地区，甚至工商业分布式光伏的收益率可以达到20%以上。分布式光伏已经为微电网的经济性奠定了基础。赵栋利认为在成本下降的推动下，储能已经有了一定的市场空间，如果搭配上分布式光伏，再设定好的商业模式，新能源微电网的盈利空间还是有的。
关于微电网和多能互补项目的未来，赵栋利认为投资商要依托这些项目成为区域能源供应商，向区内和周边用户出售电力，或者通过售电公司出售电力，“这个市场非常大，现在东部地区分布式光伏越来越多，但如果超过一定的供电比例，将对电网产生冲击，应用微电网，将能更好的容纳进当地的电力供应中。”目前，科诺伟业已经参与到多个微电网、多能互补项目的可研编制中。赵栋利看好工业园区中微电网的发展，“按照国家的规划，到2020年，中国新增的工业园区中要有50%建成微电网系统；已建成的工业园区要有30%改造成微电网、多能互补及终端一体化的综合能源体系。”
千亿大市场
虽然包括中国在内的全球大部分发展中地区中微电网项目仍处于示范阶段，但北美、欧洲等发达地区的微电网业务量在过去几年中正逐步上升。根据NavigantResearch的统计数据，2015年美国地区微电网相关产品销售额就超过15亿美元；另一家机构SBIEnergy在两年前曾预测到2020年全球微电网的系统装机容量可以达到15GW，市场规模达到200亿美元，其中中国市场占比约5%。
但中国市场发展速度远比上述机构的预测要快。赵栋利表示，“随着政策完善、技术成熟和商业模式的清晰，微电网和多能互补项目会发展更迅速。”根据国家能源发展“十三五”规划，2020年，中国即将建成超过100GW的分布式电源，占中国总装机量的5%以上，其中仅分布式光伏就有50GW。如此大的分布式电源推进下，微电网和多能互补必定会走上快车道，科诺伟业也将用自己的积累和技术进步推动中国的微网产业快速发展。