新能源微电网供电在产业园区建设中的应用研究

引言

产业园区是区域经济发展、产业调整和升级的重要空间聚集形式,担负着聚集创新资源、培育新兴产业、推动城市化建设等一系列的重要使命。各种产业园区的发展高度依赖电力供应,供电可靠性的高低与电能质量的好坏直接影响着园区的运转和用户的生产效率。

中国拥有较为丰富的可再生资源,如太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热等。对于分布式电源发电技术来说,具有清洁、环保、模式灵活等特点,得到了社会的普遍认可,未来很有可能成为一种主流的发电模式。微电网结合了储能装置及能源管理系统(EMS)、分布式电源发电技术、用电负荷等的特征,形成了一个有效的供电系统网络,从而在一定程度上解决了一些供电难题。对于用户的正常用电来说,微电网供电系统能够为其带来许多便利,保证用户的用电电压稳定,增加用电的可靠性。本文结合了产业园区的用电及空间特性,根据实际情况,经过科学合理的分析,采取适当的微电网供电系统,以保证用户的日常用电需求,提高产业园区的供电能力。

1产业园区微电网的典型供电模式

从实际情况出发,产业园区微电网供电需要采取适当的供电模式,建立分布式电源和储能装置联合供电系统,可有效保障正常供电。根据相关资料显示,我国的分布式电源发电技术与微电网技术已经取得了显著的成绩,但仍需要借鉴已有的供电方案及经验,确保供电质量。本文从以下四个方面对微电网供电模型进行叙述。

1.1独立电源类型的微电网供电模式

微电网供电模式的选择要与产业园区的自然条件和能源结构相契合,对于可再生能源类型较为单一的产业园区,可以采用以独立分布式能源发电系统为基础的微电网供电模式,再配置一定比例的储能设备。独立电源类型的微电网有多种类型,常见的有光伏发电微电网供电模式(图1)、风力发电微电网供电模式(图2)和生物质发电微电网供电模式(图3)等。目前,风力发电和光伏发电发展技术比较成熟,是具有大规模开发和商业化前景的发电方式,因此产业园区规划建设应优先考虑风力发电独立微电网系统和光伏发电独立微电网系统。

1.2风光储互补型微电网供电模式

风光储互补型微电网是指以风机发电和光伏发电为主要形式的微电网,其供电模式分为并网运行和孤岛运行两种模式,如图4所示。风光储互补型微电网并网运行较为多见,是由主网和分布式电源共同向负荷供电:也可采取孤岛运行模式,由风机和光伏电池直接向负荷供电,但在天气等外部条件不允许的情况下,微电网通过储能系统保证供电。风光储互补型微电网利用了风能和光能的互补性,按照自然条件和负荷情况配置风力和太阳能发电的容量,这种供电模式较独立电源类型微电网供电的可靠性有所提高,配置一定容量的储能装置后,微电网可应对风光的随机波动性和不确定性。

在我国沿海岛屿,该类型微电网也可配合柴发使用,在各种天气条件下保证负荷的持续供电,显著提高供电可靠性。因此,风光储互补型微电网供电模式是应用最为广泛的微电网系统,也是最适合产业园区采用的新能源微电网型式之一。

1.3冷热电三联供型微电网供电模式

为了提高能源的利用效率,同时降低成本,国内外也常常采用热电联产的方式或冷热电联供的方式,建立冷热电联供型微电网系统。这种供电模式是在生物质发电微电网供电模式的基础上进行技术改造,在生产电力的同时,也能向园区提供热能,或同时满足园区供热、制冷等方面的需求。冷热电三联供型微电网可以大幅提高能源利用效率,多样化地利用沼气、生物质能等可再生能源。因此,该类型微电网供电模式在产业园区的建设中应用也将会越来越广泛。

1.4其他型式微电网供电模式

除了以上能源可作为微电网中可利用的分布式电源外,我国还蕴藏着其他能源有待开发,包括地热能、潮汐能等。

2产业园区微电网供电模式的应用方法

2.1产业园区用电负荷分析

传统产业园区主要以加工制造为核心,多种类型企业聚集,一般将负荷按行业分为工业负荷、居民负荷等。但随着社会的发展,出现越来越多的新型产业园区,行业分工更加细化,产业升级科技含量更高,精密制造、通信电子、生物科研等特殊用户负荷需求也随之增长。产业园区电力需求容量与负荷种类发生显著变化,现有供电网络的不足逐步显现。在产业园区建设的过程中,将微电网纳入园区供电系统建设范围内,充分利用园区已有的可再生资源作为电源组成供电系统,并以此为基础构造产业园区微电网供电系统,可进一步探索和完善供电模式,促进产业园区的协调与绿色发展。

2.2产业园区微电网供电模式规划原则

在产业园区构建微电网时,其技术要求和传统配电网规划建设有所差异,在考虑微电网结构设计安全性、可靠性、经济性、实用性、灵活性和适应性原则的基础上,微电网供电模式规划时还需充分结合园区内的用电负荷和自然资源分布情况。

新能源微电网应遵循资产全寿命周期成本最优的原则,最大限度地利用自然资源,其容量配置和设备选型也应适当考虑当地园区经济负荷发展情况,分析投资成本、运行成本、检修维护成本等组成的资产寿命周期成本,满足新能源微电网资产成本最优的要求。

新能源微电网规划应遵循差异化原则,根据不同园区的经济发展水平制定相应的供电模式,再结合园区电源和负荷特性,尤其是结合可再生能源分布的情况,合理满足园区发展和各类用户的用电需求。

园区微电网应纳入园区建设总体规划,合理预留站点及线路用地,因地制宜地开展新能源微电网建设,逐步构建能源互联公共服务平台,促进产业园区绿色发展。

2.3产业园区新能源微电网供电模式应用方法

对于产业园区的供电系统建设来说,其使用的产业园区微电网供电模式需要根据实际情况进行设置,配电压最适宜为10kV。本文结合产业园区用电相关特性,确定了供电模式,主要采用基于屋顶光伏的微电网供电模式,这种模式能够为园区正常供电。此外,根据园区的空间特征,也可采用小型风力发电的微电网供电模式。与此同时,沼气、秸杆等生物质能发电的微电网供电模式,由于其具有清洁、环保等特点,也可以考虑用于产业园区的供电建设中。

对于可靠性要求较高的产业园区,在建立光伏、风力发电微电网模式的基础上,还需要建立储能设备,形成光伏、风电供电模式的风光储能互补型微电网供电模式,确保供电的可靠性和稳定性。

对于有冷负荷与热负荷需求的园区,在条件允许的情况下继续建立微型燃气轮机或生物质发电机冷热电联供系统,形成多能互补型微电网供电模式,如图5所示,充分利用产业园区存在的太阳能、风能、天然气、沼气等资源,实现能源供应和园区生产的匹配及协同运行,以园区发展引领新能源微电网的发展,形成高效清洁的能源利用新模式。

3结语

新能源微电网系统摆脱了传统能源的使用定律,将绿色清洁能源运用到现代化发电过程中。本文对新能源微电网系统的结构、性能以及控制方式进行了具体探讨,分析了新能源微电网系统的优势和良好性能指标,可见其在我国电力资源领域有着广泛的应用。