一種具商業(yè)推廣價(jià)值的工業(yè)微電網(wǎng)

劉敏津

（廣東南海電力設(shè)計(jì)院工程有限公司 廣東佛山 528200）

1 什么是微電網(wǎng)

微電網(wǎng)是一種相對(duì)于傳統(tǒng)大電網(wǎng)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般由微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行一段時(shí)間[1]。

2 微電網(wǎng)的意義

隨著我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)和能源戰(zhàn)略的調(diào)整，清潔、可再生的能源會(huì)有更大的舞臺(tái)。目前電力改革的思路主要是“放開兩頭，管住中間”，其中，兩頭分別是指發(fā)電端和受電端，中間是指輸變電，而微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電是將發(fā)電端和受電端結(jié)合的一種方式，省去了中間的輸變電過(guò)程，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)將形成以大電網(wǎng)為主干、以微電網(wǎng)（群）為有機(jī)細(xì)胞的智能電網(wǎng)構(gòu)架，通過(guò)智能微電網(wǎng)的高度自治及電網(wǎng)的良好互動(dòng)，是解決可再生能源接入的有效手段，以及提高電網(wǎng)穩(wěn)定和可靠性的必要途徑。

3 微電網(wǎng)存在的問(wèn)題

在我國(guó)相關(guān)政策的推動(dòng)下，微電網(wǎng)的建設(shè)從短短幾年間從無(wú)到有，從用途上講，目前主要存在的微電網(wǎng)有兩類，一類是解決海島用電的孤島微電網(wǎng)，一類是以示范為主要目的的微電網(wǎng)。對(duì)于孤島微電網(wǎng)，目前已經(jīng)有項(xiàng)目已經(jīng)成功投產(chǎn)并穩(wěn)定運(yùn)行，這方面相對(duì)成熟并已取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。但以示范為主要目的的微電網(wǎng)，一般追求大而全，投入不惜工本，一般不追求投資回報(bào)。再看目前電力改革的方向，是鼓勵(lì)非國(guó)有資本進(jìn)入配電網(wǎng)的建設(shè)中，其中增量配網(wǎng)的建設(shè)，更是對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)置了限制，目的就是盡力打破原有的行業(yè)壁壘，盡可能地引入非國(guó)有資本參與配售電的建設(shè)，引入競(jìng)爭(zhēng)，降低用戶的用電成本。資本是逐利的，除了政策上的放開，也必需項(xiàng)目本身有利可圖，才能吸引非國(guó)有資本投入建設(shè)。目前不惜工本的微電網(wǎng)示范項(xiàng)目，并不能真正打動(dòng)投資方，只有當(dāng)微電網(wǎng)存在一定的經(jīng)濟(jì)效益，才能為微電網(wǎng)的真正推廣提供基礎(chǔ)。

4 本文微電網(wǎng)的特點(diǎn)

本文提出的微電網(wǎng)，其內(nèi)部的分布式光伏發(fā)電站、電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等各種微源與電網(wǎng)的電源、負(fù)荷，通過(guò)功率型電力電子裝置柔性調(diào)控，呈現(xiàn)出能源互聯(lián)網(wǎng)的多向交互、供需互濟(jì)、能源分享的初步形態(tài)。通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備及電動(dòng)汽車?yán)么蠊I(yè)峰-平-谷電價(jià)機(jī)制，參與工業(yè)園區(qū)的負(fù)荷調(diào)峰，有效降低峰谷差，探索儲(chǔ)能網(wǎng)、充電網(wǎng)與微電網(wǎng)的融合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，為未來(lái)電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入提前做好準(zhǔn)備工作。下面以某新建工業(yè)園區(qū)為例，簡(jiǎn)述一種具商業(yè)推廣價(jià)值的工業(yè)微電網(wǎng)。

本著“因地制宜、經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的理念，根據(jù)該新建工業(yè)園內(nèi)的負(fù)荷大小及其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)技術(shù)成熟的智能微網(wǎng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)光伏清潔能源為主供電電源，電池儲(chǔ)能設(shè)備及電動(dòng)汽車為儲(chǔ)能設(shè)施的發(fā)-儲(chǔ)-充智能化能源管理系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均可行，如電氣系統(tǒng)圖1。

4.1 分布式光伏發(fā)電——清潔能源發(fā)電，提高土地利用率

分布式光伏發(fā)電站遵循因地制宜、分散布局、就近利用的原則，合理避開周圍高大建筑和遮擋物，擇優(yōu)安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，將建筑物頂部空間利用起來(lái)，提高土地利用率。

圖1

光伏電站采用就地逆變、集中并網(wǎng)方案，即光伏組件先經(jīng)小功率組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，接入對(duì)應(yīng)的交流匯流箱，交流匯流箱輸出端接入#1B用戶變壓器的0.4kV低壓母線側(cè)，再經(jīng)過(guò)原配電供電線路上網(wǎng)。配置4臺(tái)50kW組串式逆變器、1臺(tái)60kW組串式逆變器、1臺(tái)5匯1的交流匯流箱。

光伏電站采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”并網(wǎng)模式，所發(fā)電量?jī)?yōu)先供給工業(yè)園區(qū)消納使用，多余電量并入電網(wǎng)。

4.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)——根據(jù)負(fù)荷需求響應(yīng)，助電網(wǎng)降低峰谷差

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要作用是降低變壓器冗余容量，利用大工業(yè)峰-平-谷電價(jià)機(jī)制，參與負(fù)荷調(diào)峰，有效降低電網(wǎng)峰谷差；同時(shí)，在大電網(wǎng)故障時(shí)，還可短時(shí)放電運(yùn)行保證重要負(fù)荷的供電，提高供電可靠性。

根據(jù)該工業(yè)園區(qū)的規(guī)劃，用電負(fù)荷主要由辦公樓、生產(chǎn)車間、充電樁、餐廳、體育場(chǎng)等類型組成，估算負(fù)荷共計(jì)958kW，其中辦公樓、生產(chǎn)車間負(fù)荷約占工業(yè)園區(qū)用電的75%，比重較大，考慮到辦公樓、生產(chǎn)車間的負(fù)荷特點(diǎn)受訂單需求量影響較大，故選取常規(guī)生產(chǎn)量和超負(fù)荷生產(chǎn)的情況分析設(shè)備配置策略。

根據(jù)該工業(yè)園區(qū)的規(guī)劃，用電負(fù)荷主要由辦公樓、生產(chǎn)車間、充電樁、餐廳、體育場(chǎng)等類型組成，估算負(fù)荷共計(jì)958kW，按專變0.85的系數(shù)轉(zhuǎn)換，應(yīng)配置不少于1162kVA變壓器，適配相近容量變壓器，按常規(guī)配置，應(yīng)選取2×630kVA雙變壓器。

考慮到辦公樓、生產(chǎn)車間的負(fù)荷特點(diǎn)受訂單需求量影響較大，按滿負(fù)荷計(jì)算選取變壓器，變壓器冗余會(huì)過(guò)高，故按園區(qū)可承受最大產(chǎn)量的70%進(jìn)行測(cè)算，工業(yè)園區(qū)估算負(fù)荷共計(jì)767.2kW。故配置2臺(tái)400kVA油浸式變壓器，可滿足園區(qū)可承受最大產(chǎn)量的70%以內(nèi)的總負(fù)荷需求。當(dāng)產(chǎn)量超過(guò)70%時(shí)，超出負(fù)荷一般為晚上時(shí)段的尖峰功率且持續(xù)時(shí)間只有數(shù)小時(shí)，可通過(guò)配置儲(chǔ)能應(yīng)對(duì)尖峰時(shí)刻負(fù)荷，如圖2。

圖2

基于以上考慮，本期儲(chǔ)能建設(shè)按滿負(fù)荷和兩臺(tái)400kVA變壓器容量的差值確定，即為1162-800=362kW，取整按360kW/360kWh配置。在一般晚高峰（19～22）高電價(jià)時(shí)段，先由儲(chǔ)能系統(tǒng)向園區(qū)放電（按80%進(jìn)行放電），滿足基本負(fù)載，消耗完畢后在谷時(shí)段（0～8）充電；因園區(qū)產(chǎn)量一般可以訂單的多少反映，提前知道訂單量，若超過(guò)最大產(chǎn)量的70%可根據(jù)以往負(fù)荷數(shù)據(jù)，調(diào)配儲(chǔ)能電池放電策略，待尖峰時(shí)刻功率到達(dá)再進(jìn)行放電，達(dá)到減少變壓器容量配置的目的。

4.3 充放電樁——車網(wǎng)互動(dòng)，移動(dòng)儲(chǔ)能

本期擬布置4個(gè)小車充（放）電樁，直流雙向充電1個(gè)（60kW），交流充電3個(gè)（7kW），需要電力容量1×60kW+3×7kW=81kW，主要為工業(yè)園區(qū)配置的純電動(dòng)運(yùn)貨卡車配備。

本期工程擬配置2臺(tái)純電動(dòng)貨車滿足工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)、銷售運(yùn)輸需要，以某國(guó)產(chǎn)品牌i5電動(dòng)輕卡為例，電池容量為82kWh，在低谷時(shí)段充電，按該園區(qū)的生產(chǎn)慣例可在早上8點(diǎn)前完成運(yùn)輸配送工作，其余時(shí)段為閑置備用。閑置時(shí)電動(dòng)汽車電池可參與儲(chǔ)能充放電調(diào)節(jié)一次，在光伏發(fā)電高峰時(shí)使用光伏產(chǎn)生的余電進(jìn)行充電，在晚高峰電動(dòng)汽車根據(jù)工業(yè)園區(qū)內(nèi)實(shí)際用電需要進(jìn)行放電，減小向電網(wǎng)取電。

5 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

基于以上的配置原則，光伏發(fā)電總收益=25年電費(fèi)節(jié)省+25年上網(wǎng)電費(fèi)+補(bǔ)貼收益。發(fā)電考慮自用比例為40%，其余60%上網(wǎng)，每年發(fā)電的國(guó)家補(bǔ)貼（稅前）0.37元/kWh（補(bǔ)貼20年），根據(jù)佛山市有關(guān)文件規(guī)定，2018年前光伏發(fā)電上網(wǎng)可一次性補(bǔ)貼2萬(wàn)元每1MWp，本工程可獲得1.56萬(wàn)元補(bǔ)貼，另外投產(chǎn)前三年可獲得0.15元/kWh的補(bǔ)貼。25年的營(yíng)業(yè)收入可達(dá)到1782.91萬(wàn)元，平均每年71.32萬(wàn)元。根據(jù)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果，分布式光伏電站項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為9.48%，靜態(tài)投資回收期為9.89年。

儲(chǔ)儲(chǔ)能總收益=電度電價(jià)節(jié)約+容量電價(jià)節(jié)約，估算15年儲(chǔ)能累計(jì)總收益為352.90萬(wàn)元，平均每年23.53萬(wàn)元。根根據(jù)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果，儲(chǔ)能項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為10.21%，靜態(tài)投資回收期為7.64年。

充電樁經(jīng)營(yíng)收入主要表現(xiàn)為電度電價(jià)節(jié)約和園區(qū)外售電服務(wù)費(fèi)。估算6年的經(jīng)營(yíng)收入累計(jì)可達(dá)到14.88萬(wàn)元，平均每年2.48萬(wàn)元。根據(jù)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果，充電樁項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為16.29%，靜態(tài)投資回收期為5.04年。

6 小結(jié)

通過(guò)以某新建工業(yè)園區(qū)為例，結(jié)合微電網(wǎng)中各塊組成部分的配比以及其內(nèi)部收益率和靜態(tài)投資回收期，可以看出這種工業(yè)微電網(wǎng)是具備商業(yè)推廣價(jià)值的，而建設(shè)這種微電網(wǎng)的核心，就是因地制宜，根據(jù)該區(qū)域的負(fù)荷特性和用電需求，針對(duì)性地配置微電網(wǎng)中各部分的配比。所以說(shuō)，要建設(shè)一個(gè)具商業(yè)推廣價(jià)值的工業(yè)微電網(wǎng)，規(guī)劃設(shè)計(jì)是核心。

[1]韓國(guó)志.微電網(wǎng)建模及其運(yùn)行和控制的仿真[J].山東大學(xué)，2014（6）：45～47.