微能源网和传统电网的区别

11月5日,由中国产学研合作促进会、中国报刊协会和中国经济网联合主办,中国微能源网产业技术创新战略联盟承办的2016泰山论坛暨《巴黎协定》实施研讨会、中国微能源网产业技术创新联盟年会在京召开。

华北电力大学输配电系统研究所所长、国家973计划能源专家咨询组成员张建华在论坛上表示,当前,我国以煤为主的能源产业结构和能源分布不合理等问题亟待解决,因此我国应该大力发展微能源网,并逐步过渡到能源互联网。他表示,微能源网和传统电网其中一个最主要的区别就是微能源网可以对分布式能源进行就地消化、就地平衡,同时也可以和大电网进行能量交换,因此微电网内部的控制和相关保护技术,和大电网相比有一些相应的区别。

华北电力大学输配电系统研究所所长、国家973计划能源专家咨询组成员张建华。中国经济网记者佟明彪/摄

以下是发言全文:

各位领导、嘉宾,大家上午好!我占用大家一点时间,简单汇报一下我们在微电网和综合能源系统研究方面的一些感受感受和想法。

我们分析了一下,我们国家能源和国外能源相比有两个很重要的特点:

其中一个特点就是能源的结构,以煤为主,和国外发达国家相比结构是落后的。我们70%的能源结构水平在欧美和日本的发达国家是处于上世纪50年代的水平。现在经过21世纪初,我们统计,国外特别是欧美发达国家,煤炭、石油、天然气占的比例大概是各占1/3,而我们现在国家仍然是以煤为主的结构。这就造成了今天我们看到的雾霾,燃煤排放的二氧化碳水平比燃气或者其他能源排放得要高,所以这是我们国家能源结构的第一个特点。

第二个特点就是能源分布不合理,能源分布主要在西部,负荷中心却在东部。比如说以电为例,煤炭基地在内蒙、山西、甘肃、新疆,水电资源在西南、澜沧江、长江上游、雅鲁藏布江、三峡,负荷中心在东部。所以这样造成一个能源的分布极不合理,造成了西能东送的一个格局。而且从区域电网的结构来考虑,每一个区域电网基本上也是西能东送,或者西电东送的布局,这就造成我们要把能源远距离的输送送到东部发电。

从电力方面我们统计了,大概2/3的负荷是集中在东部地区,而2/3能源在西部地区,有1/3的能源要从西部搬运到东部。正是由于这个原因,我们要考虑能源的就地消纳、就地生产,所以我们国家发布了一个规划,到2020年分布式能源所占的比例大大提高啊,主要是光伏、小水电、微型天然气、风电和其他分布式能源。

现在就提出一个问题,就是怎么面对大范围接入的分布式能源,波动式的太阳能、风能,如何进行控制。

怎么满足分布式能源对可靠性的要求,对各种电力服务的要求?其中很重要的一个方面就是微能源网,我们从微能源网逐步过渡到微能源网以及能源互联网。微能源网和传统电网其中一个最主要的区别就是微能源网可以对分布式能源进行就地消化、就地平衡,同时也可以和大电网进行能量交换,因此微电网内部的控制和相关保护技术,和大电网相比有一些相应的区别。

比如说大电网主要是单向潮流、简单交互,从发电厂通过输电线路到用户,而微电网是内部的循环,所以是双向操作。用户和电网之间可以交换能量,是双向的流动,是主动交互,这是微电网和传统电网本质的区别。

如果微电网控制得好,对大电网有一个比较大的支撑作用。比如说大电网出故障了,微电网可以提供供电可靠性,我们可以更多、更好的消纳新能源和可再生能源,有更低的供电成本。微电网内部可以提升可再生能源的效率,特别是多种能源互补的时候,对提高可再生能源的效率起到作用。可以对大电网提供相关的辅助服务,比如说调频、调压服务,通过微电网内部控制措施,可以对相应的指标进行处理。

微电网有几项主要关键技术:

第一个就是微电网内部分布式发电的控制技术,微电网的能量现在还没有一个完整的界定,从几十千瓦到几十兆瓦,所以运行方式要灵活,分布式电源要保证及时性和环保性。

第二个就是控制保护技术,由于微电网分布式电源在用户侧,所以过去传统的控制和保护技术有一些不适应微电网的情况,在这方面我们也做了很多工作。

第三个就是微电网的储能技术,随着我们的储能成本逐渐降低,储能对分布式可再生能源平抑波动性,在峰谷差的调节过程中发挥了很重要的作用,所以目前储能本身之所以没有广泛的应用,主要是经济性能低。随着储能成本的下降以及储能技术不断的成熟,对平抑可再生能源波动性,提高经济性、灵活性,会发挥很重要的作用,这方面是其中的一项关键技术。

第四个就是微电网能量管理技术,如何管理分布式能源,如何管理微电网中的各类负荷调节,可以很好的协调运行很重要,这是能量管理很重要的作用。

第五个当多个微网之间形成微网群的时候,如何进行协调和控制?这也是微电网当中的一项关键技术。在国外微电网群的技术研究,比如说在法国里昂形成了十几个微电网群,微电网群之间的协调控制和互补运行,这也是其中的一项关键技术。

在微电网这方面我们也承担了IEC三项国际标准制定,IEC标准中国主导的只占0.3%,微电网的标准是三个国际标准都由我们主导,另外我们承担了两项国内能源局团队标准,也是微电网方面的标准。

微电网的接入可能会使配电系统发生根本性的变化,比如说可以使配电网从传统单向辐射的网络转变为双向潮流流动的网络,配电运行就会发生变化,会变成有源的网络,所以运行、保护控制方式就会产生很大的变化。另外用户侧,本身灵活的运行在微电网内部,用户负荷和管理方式上都会发生变化。

我们通过微电网的建设,相对来讲可以补充大电网对投资的不足,通过分布式能源和微电网本身的建设,可以降低对配电系统对电能的需求,减少或者减缓配电网的投资。

此外多能互补的微能源网,刚才冯东副理事长也介绍了,我们现在研究微电网过程中也发现,多种能源互补,特别是用户侧,水、电、气各种能源的互补,将使将来电力市场的最终格局产生深远影响。

也就是说用户和电力之间会形成一定的关系,可以向配电网购电,也可以出售相关电能,所以参与效率就大大提高了,竞争也会更加激烈。

从微电网逐步过渡到综合能源网或者微能源网,以及后来的能源互联网,在能源互联网这个概念,我们可以大致分成两大类。

一类叫广域的能源互联网,叫全球能源互联网,它是跨国、跨区域的,超高压、特高压骨干网为核心,以大规模输送可再生能源为主要目的,实现跨国、跨洲、跨区域的大型能源基地可再生能源的什么、传输、交易。因此广域全球能源互联网,具有广域资源配置和需求调节能力,是解决可再生能源可持续供应的重要手段。

我们现在研究的是局域的,地域的,是以园区或者跨园区的配电网为核心纽带,目的是要消纳分布式可再生能源,通过各种技术实现多种能源的高效利用和多元化主体参与的能源互联网络,这是不同类型的能源互联网的概念。我们微能源网就属于第二类。

通过专家的研讨会,把能源互联网给了一个相对比较合理的定义:以互联网理念构建的一种新型信息和能源融合的网络,以智能电网为基础架构,融合了热、冷、气等多种能源形式,形成了一个智慧能源网络,能够实现分布式能源的广泛接入和市场化交易,从而最大程度的利用清洁低碳的可再生能源,实现能源的清洁、高效、便捷可持续利用,满足用户多元化的需求。

集成了供电、水、气、冷、热多元化的能源,同时在消纳方面也把商业、工业负荷、居民负荷,通过能源护栏网的控制和优化控制手段,通过它的信息调控实现了能源交换。

我们按照能源互联网的基层层面分,有基础设施层,包括管道、传感器,然后是通讯层,通过通讯最后形成一个数据资源。这样一个数据资源最后形成一个互动服务层,这是从层面上形成的这么一个理念,最后是通过政策引导来实现能源互联网或者微能源网的高效、可靠、经济的运行。

这是能源互联网基本的架构,从供能侧包括了可控、可调的大电网资源,包括可联网或者可以孤岛运行的小型微能源网,在微能源网中包括水、电、气各种资源的优化,通过信息流以及能量流的传输,通过这样的服务来为用户服务。用能侧分多钟类型的用户,用户的特性、曲线、消纳特征都不一样。微能源网在这种消纳过程中,就可以提供有效的协调和控制,使供能侧和用能侧平衡。

其中很重要的一个技术手段,就是我们通过综合能量管理平台,来管控园区内的能源和负荷的“三流”:能源流、信息流、业务流,最大限度的开发和利用可再生能源,提高它的利用效率,制定相关能源互联网的一些技术措施的时候的一些做法。

这样的信息感知平台我们分几大类:

1.首先把能源互联网底层的各种设备和用户运行的状态,通过立体信息感知系统采集上来,实现对电、热、气、交通、用户、气象以及各种生产调度进行全方位的监控采集,得到一个完整的园区、跨园区微能源网的数据信息,这就要依靠智能采集系统。

2.智能通信与信息系统,尤其在最后一公里的时候通信手段是多元化的,在最后一公里手段是多种多样的,包括微波、载波、公用网等等构成一个信息系统。

3.能量和负荷的预测,预测的精度准不准,是能量精确管理和高效利用的很重要的前提。其中我们预测很多方法,包括我们对历史数据的积累,通过不同的预测模型算法得到了一些结果。特别是放开了输电端市场以后,预测显得更加重要。大家知道直供,要求预测精度在95%—105%之间,预测误差不能超过5%。如果预测电量低于5%,比如说95%以下,这个时候市场就有惩罚措施。如果高于105,你就不再享受大用户直供的政策了,所以预测非常重要,能量及负荷预测以及能源预测。

4.多能源优化调度。除了电还有天然气、热力、水,园区能源互联网的多能互补可以形成优化,是这种调度。在园区能源互联网协同优化调度的过程中,也集成了相关优化算法以及管理算法,对分布式能源储能和负荷形态进行调控。优化调度有各种方法,其中主要是分层和分布式的两类算法。在多能优化调度中,为了保证能安全可靠运行,智能保护和控制也很关键。

5.需求侧响应。用户如何能够和电源、发电侧进行友好互动?我们要有个需求响应策略和相关的框架。

6.高级应用服务。就是微能源网、能源互联网的一些服务,包括高级能效服务,如何帮助用户节能,对能耗、污染物排放进行分析,进行能效诊断和相关的统计。还有用户定制的服务,未来微能源网和能源互联网应该是对用户一对一的定制服务,来实现优质的竞争水平。以及电网辅助服务,重要的是调频、调风服务,电网出现故障的时候要有相应的备用。

这是整个能源互联网管理平台大致的框架,从智能决策、智能控制以及相关的应用系统来实现能源互联网优化的调控。

因为时间关系,简单向大家汇报了我们所做的一些工作,微能源网和能源互联网将对国家能源高效消纳和平稳运行会起到很重要的作用,谢谢大家!