以分布式新能源構成的微電網優(yōu)化配置探討

陳俊

四川能投分布式能源有限公司 四川 成都 610000

引言

伴隨我國化石能源危機、生態(tài)環(huán)境污染以及溫室效應等問題的逐步加劇，我國正在積極研發(fā)應用可再生能源以及其他新型化能源。根據有關資料顯示，我國已經把“分布式供能技術”納入2006-2020年中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要。同時，分布式新能源發(fā)電具備間歇性、波動性等特征，為整合分布式新能源發(fā)電的優(yōu)點，盡可能地減少了對電網沖擊以及消極影響。而微網技術已經是將來分布式新能源發(fā)電供能系統集成工藝的關鍵構成部分。微網作為一項由負荷以及微型電源一同構成的系統之一，其能夠在同一時間帶來電能以及熱量，同時還能夠給出針對性的調控措施，而且還能夠契合老百姓們對電能質量以及供電合理性、安全性的標準。微網在DGS的科學運用以及合理、智能控制方面呈現出較為明顯的優(yōu)勢，當下已經上升為諸多發(fā)達國家發(fā)展電力領域、處理能源難題的關鍵性戰(zhàn)略之一。就當前而言，歐盟組織大力資助促成“Microgrids”以及“MoreMicro-grids”兩個微電網工程，而我國南方電網公司也于佛山地區(qū)構建了MW級燃氣輪機冷熱電聯供微網系統[1]?；诖?，本文將就含有分布式能源發(fā)電的微網系統予以相應地容量改善，根據風、光自然資源和其他多方面分布式能源，利用HOMER軟件編制出針對性的分布式能源配置方案，從而有效地實現微網系統中分布式能源發(fā)電配置的最優(yōu)化，希望能夠給同行帶來一定的參考價值。

1 微電網、分布式能源的特點及現狀分析

微電網通常就包括分布式電源、儲能設施、能量轉換設施、有關負荷及監(jiān)控、保護設施，屬于一種較為典型的發(fā)配電系統，其可以有效地達成自我調控、維護以及管控的自治系統，不但能夠和外部電網進行并網運作，同時還能夠獨立運作。微電網就是由多處分布式電源以及有關負載，根據既定的拓撲結構構成的基本網絡，同時還能夠利用靜態(tài)開關關聯到一般性的電網。

根據有關資料顯示，國外針對微電網的探究時間較早，在重要技術方面獲得了一定突破，同時在小規(guī)模微電網中獲得核驗，且一些國家所搭建的一系列示范項目，給微電網的發(fā)展帶來了有益的參考價值。就當前而言，國外正在不斷促成微電網朝著更高電壓層級、更大容量向前發(fā)展。

而國內微電網探究工作正處在起步探索時期。在此之中，東澳島微電網工程的實現，在很大程度上彌補了不足，充分地利用了海島上較為充足的光照資源以及風力資源，盡可能地少使用柴油發(fā)電，帶來源源不斷的綠色電力。伴隨我國微電網系統地順利運作，而東澳島可再生能源發(fā)電比重有所提升。

當下所存在的問題，同樣是與當下發(fā)展時期相契合的。首先是缺少統一、合理的微電網體系技術標準以及示范。其次是我國電力電子技術于微電網內的運用水平有限。其三則是微電網的保護控制工藝亟待升級。其四是投資及運維費用相對較高。其五是微電網孤網運作需要配置既定容量的儲能系統，該系統所需投入的費用較高。而儲能系統容量配置愈大，此時成效愈明顯，所需成本就愈高，所以要獲取較為理想的均衡點，這與微電網的運作標準，峰谷電價政策等有著很大的聯系。

微電網監(jiān)控平臺及能量管理系統還處在開發(fā)試運作時期，投入費用較高，而在運維費用上，也會比一般電網成本要高。

分布式能源作為一項建構于用戶端的能源供應形式，能夠單獨運作，同時也能夠并網運作，是以資源、環(huán)境效益最大化明確形式以及容量的重要系統。相關人員要將用戶多樣能源需求，以及資源配置情況予以整體改善，采取需求應對式設計以及模塊化分配的重要能源系統，其也屬于相對比較重要的分散式供能形式。

根據供能方式進行劃分，那么分布式能源系統可以劃分為電力單供、熱電聯產等方式。根據能源應用形式劃分，可以劃定為化石能源、可再生能源等。而分布式能源的優(yōu)勢可以歸結為如下幾點：其一即高效性，能源綜合應用率可以超過八成。其二即環(huán)保生態(tài)化。其三即能源應用的多樣性，能夠有效地契合老百姓們對熱、電以及冷的多方面需求。其四即選址合理，考慮到所占規(guī)模較小，通常布置在空地、商場、酒店以及校園等建筑的屋頂，不會有諸如大型熱電廠選址方面的約束性因素。其五即可以有效地彌補大電網的缺陷，比如說，分布式能源可以有效地發(fā)揮調峰效用，同時還能夠相應地降低輸配電投資的比重，能夠充分地發(fā)揮對電網補充性的優(yōu)勢。

2 HOMER軟件分析

針對微電網的優(yōu)化設計方面的課題，當下已經有諸多重要的研究成果。有外國研究學者研發(fā)處了Hybrid2仿真系統，其能夠對單獨微電網予以準穩(wěn)態(tài)化的仿真處理。同時加拿大政府單位提供資金研發(fā)的RETScreen清潔能源工程分析軟件可以有效地對光伏發(fā)電系統予以傾角及發(fā)電量估算，所具備的功能項目多，同時還能夠切換至中文版本，在操作起來較為便捷，因為軟件內的全球氣象信息以及中國氣象站給出的地面信息具有很大差異性，所以無法適用本文系統設計工作中[2]。而本文所采取的HOMER軟件即美國新能源實驗室研發(fā)的仿真軟件，其通常就是針對小功率可再生能源發(fā)電系統綜合常規(guī)性能源發(fā)電機制構成的一種混合發(fā)電機制。值得注意的是，HOMER根據技術以及經濟屬性來比對各個不同的設計預案，仿真計算的過程中，首先要將變量設定在既定范疇之中，而HOMER軟件就能夠從設定的取值范疇中開始仿真估算，接著再從備選預案中獲取最優(yōu)解，從而確保計算工作順利進行。

3 可再生能源發(fā)電的獨立微網系統分析

3.1 分布式能源發(fā)電分析

分布式發(fā)電可以劃定成可再生分布式發(fā)電以及不可再生分布式發(fā)電兩種類型。值得注意的是，RDG供電形式很少會產生燃料以及環(huán)境保護方面的費用，不過其輸出功率常常遭到自然因素的影響，這就包括風速、光強的影響展現出的不可控屬性。除此之外，NRDG供電方式會產生燃料以及環(huán)境保護方面的費用，不過其輸出功率能夠即時調控。如此一來，上述兩種不同的供電形式在技術以及經濟上具備一定的互補性。

3.2 獨立微電網結構分析

微電網系統設計工作含多種分布式電源，包括了眾多的組成部分，比如說光伏、風電、蓄電池以及柴油機等。

3.3 微網系統發(fā)電單元分析

包括太陽能分布式光伏發(fā)電單元、分散式風力發(fā)電單元、儲能系統、柴油發(fā)電單元等。由于可再生能源具備一定的間歇性，此時設計配置了既定容量的柴油發(fā)電機，其能夠有效地確保微電網在孤立運作的方式下，能夠有效地提供源源不斷較為穩(wěn)定充足的電力，同時仿真中兩個柴油發(fā)電機的容量上限各自就是10kW以及75kW。蓄電池充放電單元。在這一系統之中注入蓄電池，能夠有效地消除間歇式電源的波動屬性，同時還能夠發(fā)揮一定削峰填谷以及熱備用效用。值得注意的是，仿真中的蓄電池包括鉛酸電池組，既定蓄電池容量上限是100kW·h，根據既定規(guī)范，每個鉛酸電池的實際容量大致是2.16kW·h，而蓄電池組總共包括46個鉛酸電池。

4 微網系統仿真分析

通常來說，構建含太陽能光伏發(fā)電、分散式風電、蓄電池儲能等多類分布式電源的微電網系統，利用HOMER軟件予以仿真，在這一系統之中，設定分布式能源微電網系統的應用結算即為20a，柴油售價大致為9.51元/L，天然氣售價大致為5.07元/m3，按照污染物的釋放懲處標準，根據排污費征收標準管控手段布局。

4.1 單一變量容量配置優(yōu)化分析

依據這一區(qū)域可應用的風力發(fā)電資源，系統仿真發(fā)電容量上限設定為100kW。根據有關信息顯示，平均風速大致是7.16m/s，依據該區(qū)域可應用的風能資源，系統仿真內風力發(fā)電機組容量上限達到100kW，此時包括了十臺10kW的風力發(fā)電機組設施[3]。值得注意的是，在25a的系統周期之中，最優(yōu)仿真預案內太陽能光伏發(fā)電，按照上限容量100kW進行配置。在分布式能源機制中，將可再生能源和非可再生能源進行對比，不難看出，可再生能源發(fā)電工藝的投入的資金費用較高，非可再生能源的投入的資金費用相對較低，伴隨時間地不斷推進，非可再生能源燃料耗損的比例，在總費用中所占比例逐漸上升。所以，在長時間的電力系統規(guī)劃過程中，新能源的研發(fā)及應用具備相當大的潛質。

在最優(yōu)仿真預案中，可再生能源（包括光伏以及風力發(fā)電能源）發(fā)電電量大致為475681kW·h，占據發(fā)電總值的五成。該可再生能源發(fā)電總量能夠有效縮減一次能源耗損大致是190272升柴油，降低了二氧化碳的釋放量，大約為500t，縮減了氮氧化物以及硫氧化物等大氣污染物的釋放量，實現節(jié)能減排效應的最大化。

4.2 多維變量優(yōu)化配置分析

要進一步提升太陽能電池以及蓄電池容量，相應地把太陽能光伏電池容量以及蓄電池實際容量提升至0/100kW/120kW，根據有關最優(yōu)方案資金資料顯示，最優(yōu)方案仍然是依據太陽能電池以及蓄電池的最大容量進行相應地配比，這就代表此時太陽能發(fā)電屬于一種長期獲益的狀態(tài)，而蓄電池進行削峰填谷或者作為備用成效是俱佳的。

其次，相關人員可以根據實際情況變更柴油售價以及風速大小。而柴油售價常常是根據供需均衡的關系進行不斷波動的，各個柴油售價會導致發(fā)電費用出現很大的差異性，所以相關人員可以選取柴油的價格當作重要的變量。比如說，將柴油售價分別變更成為7.29元/L，7.71元/L以及9.51元/L。而伴隨風力風速大小地不斷變化，此時在該混合系統之中，風速同樣是屬于一項重要的易變量，變更風速大致為6.50m/s，7.16m/s以及7.82m/s。值得注意的是，根據有關仿真優(yōu)化結果，不難看出，光伏發(fā)電的實際容量即120kW，而總體風力發(fā)電量即100kW，在該配置情況下，其電量成本大幅度下降。

5 結束語

綜上所示，在秉持經濟性以及生態(tài)性的基本準則，本文進一步設計了含太陽能光伏發(fā)電等多種分布式能源的微電網系統，同時靈活地采取Homer軟件中有關模擬、仿真以及優(yōu)化手段，大致能夠契合設計的基本預期。具體來說，首先該系統各發(fā)電模塊能夠契合負荷用電的標準，確保系統能夠持續(xù)性地供電。其次，太陽能光伏發(fā)電以及風力發(fā)電的發(fā)電量占整體發(fā)電總值的5成，如此一來就能夠幫助人員充分地使用清潔能源。就當前來說，如果只單純考量經濟成本，那么應用含分布式能源的微電網系統的經濟性相對不高，不過伴隨可再生能源發(fā)電費用地不斷減少，環(huán)境保護的標準不斷提升，那么該系統具備相對較高的可行度。