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能源互聯網
微網—未來能源互聯網系統中的“有機細胞”
2017-12-22 10:04:16 來源:電力系統自動化 作者: 【 】 瀏覽:1267次 評論:0

可再生能源網訊:作為未來智能電網的有機單元,微網技術自上世紀九十年代末期提出以來,特別是經近十年來國內外廣泛深入的研究、開發與技術示范,得到了快速的發展。同時,傳統電力系統也經歷了可再生能源滲透率不斷提高,需求側管理技術、信息技術和控制技術廣泛應用的重大變革,并正向能源互聯網系統(energy interconnection system,EIS)演變。本文從微網與能源互聯網系統在內涵上互相滲透、聯系的視角,綜述了二者發展現狀,并分別總結了二者的典型特征。進一步從位置本地性、源荷多元性、結構多樣性、運行靈活性、整體可控性、電網交互性等方面分析了微網在未來能源互聯網中的“有機細胞”作用,包括改善電能質量,提高電網可靠性與彈性,增加不同區域之間能量的協調調度、增加負荷的主動調控能力、承載信息雙向流動、提高能源總體利用效率等;總結了微網互聯構成能源互聯網的可能的幾種典型形式,最后對支撐能源互聯網發展的微網關鍵技術與設備進行了評述和展望。

1EIS和微網發展現狀和典型特征

在需求牽引、技術支持和機制驅動三駕馬車拉動下,EIS得到了世界廣泛關注,發展迅速。根據信息與能源系統融合緊密程度和各自特點,本文將現有EIS概念劃分成兩類:一類主要側重能源網,以信息互聯網體系為指導或是少量利用互聯網技術的EIS,稱為能源優先EIS,記做I類EIS;另一類主要側重信息互聯網,利用信息通信技術(information and communication technology,ICT)實現能源系統優化運行的EIS,稱之為信息優先EIS,記為II類EIS。圖1梳理了2008年以來國內外主要EIS項目及其分類。

圖1 EIS概念發展總況

從現有EIS系統可進一步總結EIS的典型特征,包括:ICT技術廣泛應用、能源互聯互補、可再生能源高滲透、雙向能量和信息流、以電力系統為核心。

微網是可實現本地能量供需平衡的獨立可控系統,既可以是僅包含電能終端的微網,也可以是包含冷/熱/電/氣等多種終端的多能源微網。自微網概念提出以來,特別是經近十年來國內外廣泛深入的研究、開發與技術示范,微網得到了快速發展。截至2017年6月,全球共建有1842個微網項目,已投運微網容量達19.3GW。微網的典型特征可總結為位置本地性、源荷多元性、結構多樣性、運行靈活性、整體可控性以及電網交互性等六大典型特征。

2微網在EIS中的“有機細胞”作用

微網經十幾年的發展,具備了EIS所有必備要素,如多能互補、雙向能流、借助微網能量管理技術實現雙向信息流指導微網優化運行等,可自主實現“細胞”內能量平衡,初步實現了EIS功能化,因而建設微網是構建EIS的優選和先遣方案。每個獨立微網是廣域EIS的“有機細胞”,宏觀上“細胞”可看作整體可控的虛擬源/荷,互連而成的“細胞群”具有更大靈活性和可控性。微網具有的六大特征與EIS的建設要點高度契合,具體如表1所示。

表1微網對EIS的支撐

微網在EIS中發揮的具體作用包括:①微網改善電能質量;②微網可提高電網可靠性和彈性;③微網可增強不同區域間能量協調互動能力;④微網可實現負荷的主動調控;⑤微網是信息雙向流動的有效載體。

微網需通過“細胞”間的互聯才能組成EIS這一有機“組織”。本文將微網互聯形式分成三類,并給出含三種微網互聯形式的典型EIS場景,如圖2所示。

圖2基于互聯微網的典型EIS場景

3支撐EIS的微網關鍵技術和裝備

從微網到EIS需要能源產、輸、配、儲、用一系列革新性技術及設備提供支持,本節將對微網中支撐EIS發展的關鍵技術和設備進行梳理,對未來需繼續深入探索的領域進行展望。

1)微網可再生能源消納技術的創新。包括微網多能源系統優化配置方法,高精度、多時間尺度風光功率等可再生能源出力及負荷預測技術,面向EIS的運行控制和能量管理技術。

2)能源變換新技術新裝備的開發。EIS能源變換包括電-電變換以及電-非電變換新技術新設備將助力EIS可再生能源高滲透、各主體對等接入、能量雙向流動、結構靈活多樣和用戶友好管理,主要新技術趨勢包括:基于新型器件如碳化硅、氮化鎵和新型拓撲的可再生能源高效并網變換器和EV入網接口研制,兼有電網穩定支撐、電能質量管理、故障穿越能力、信息交互等多功能集成的統一控制算法開發,多機并聯諧振機理及抑制策略研究,基于電力電子變換器的智能軟開關(softopenpoint,SOP)拓撲、控制及應用,基于“電氣彈簧(electricspring,ES)”的智能負荷控制技術,高效能量路由器(energyrouter,ER)拓撲和控制,能量集線器(energyhub,EH)技術。

3)傳統儲能和廣義虛擬儲能技術的協同。儲能是EIS的關鍵使能技術,可實現能量的時空轉移,應繼續關注傳統儲能并積極探索廣義虛擬儲能技術,注重二者協同互補,并探索可能的新型儲能商業模式如云儲能等。

4)信息通信技術與能源系統的融合。EIS是典型的多維復雜信息物理系統,其一系列更高層次能源服務的提供離不開信息通信技術與所依附能源系統的深度融合,主要新技術新趨勢包括:信息快速準確獲取和傳輸共享技術,大數據和云技術在EIS中的應用,區塊鏈技術在EIS中的應用,信息物理混雜系統融合建模方法。

5)能源交易模式的創新。EIS發展的一個愿景是在能源共享平臺上實現能源靈活交易,基于區塊鏈的TransActiveGrid系統及transactiveenergy交易模式值得探索。未來可研究將基于多因子評價方法的合同網競標機制作為transanctiveenergy節點間的交易機制的可行性,在解決多節點之間供求狀態平衡的同時保證參與者與系統的整體利益相容。

6)EIS經濟性分析。經濟性是影響未來EIS發展的重要因素之一。要進一步完善含建設成本、運維成本和能源交易等直接經濟指標和環境效益、可靠性指標等間接經濟指標的指標體系,建立健全多場景EIS適用的統一經濟性評價方法;另外在EIS中,能量和信息可以雙向流動,使得能源交易在子微網內、多子微網間、子微網與上層電網間成為可能,且儲能系統(含電動汽車)的加入使得EIS運行更靈活,應在創新性能源交易模式和儲能商業模式基礎上進一步探索兼顧各主體利益的經濟性改善策略。

4結語

本文通過對近十年來國內外微網技術發展現狀的梳理并與EIS技術內涵的對比分析,預計微網未來將演化為可以復制的EIS的“有機細胞”。在拓展微網向EIS互聯、演變過程中,還需要發展新的支撐技術與裝備,尤其應重視多能源系統的規劃設計、多能變換、多能耦合機理分析、多能能量管理等技術攻關,打破單一能源系統間藩籬,并同時構建與多能EIS系統匹配的商業模式和能源交易平臺,真正推動源-網-儲-荷協調發展、多能集成互補、能量梯級利用的EIS系統健康、有序發展。


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