迄今为止,分布式发电技术的潜力尚未得到充分发挥,究其原因,主要有以下几点:
(1)分布式电源自身的特性决定了一些电源的出力将随外部条件的变化而变化,表现出间歇性和随机性等特点,使得这些电源仅依靠自身的调节能力难以满足负荷的功率平衡,且不可调度,需要其他电源或储能装置的配合以提供支持和备用。
(2)分布式电源的并网运行改变了系统中的潮流分布,对配电网而言,由于分布式电源的接入导致系统中具有双向潮流,给电压调节、保护协调与能量优化带来了新问题。当前,一些分布式电源在系统侧发生故障时自动退出运行,加剧了系统暂态功率不平衡,不利于系统的安全性和稳定性。
(3)多数DG需要通过电力电子接口并入电网,大量电力电子设备和电容、电感的引入,易影响周边用户的供电质量,外界产生干扰可能导致频率和电压的不同步,从而拖垮整个系统。
(4)为数众多、形式各异、不可调度的分布式电源将给依靠传统集中式电源调度方式进行管理的系统运行人员带来更大的困难,缺乏有效的管理将导致分布式电源运行时的“随意性”,给系统的安全性和稳定性造成隐患。
阻碍分布式发电获得广泛应用的不仅在于分布式发电本身的技术障碍,还在于现有的电网技术仍不能完全适应分布式发电的接入要求。为使分布式发电得到充分利用,西方的一些学者提出了微型电网(MicroGrid,简称微网)的概念。
微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与大电网并网运行,也可以孤立运行,现有研究和实践已表明,将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行,与大电网互为支撑,是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。
不论是从经济效益还是社会目的,微网在中国乃至全球都得了广泛的关注和研究,不论是欧洲、美国还是日本,微电网研究一直以来都被列入重大研究计划。微电网的研究和运用不仅是世界范围内新技术的革新,更是哥本哈根会议以来各国积极向低碳、环保方向迈进的体现,随着在2011年大家所期望的IEEE的孤岛标准的采用,全球微网从试点项目到全商业项目的转变将变得更加迅速。
近年来我国社会发展的目标已经发生了重要变化,建设资源节约、环境友好、可持续发展的社会成为全国上下的共识。国家已将“分布式供能技术”列入2006~2020年中长期科学和技术发展规划纲要,08年南方雪灾和汶川地震,更加速了我国在分布式发电领域的投资力度。我国“863”、“973”等国家重点研究发展规划也开始立项,以鼓励和支持各个高校和科研院所在微网技术方面开展研究。作为利用分布式发电的有效形式,微网将得到快速的发展。我国幅员辽阔,微网的发展对于解决广大农村和偏远地区用电也具有重要意义。
就天津中新生态城来说,天津中新生态城智能电网工程,由智能应对、标准规范、技术支撑和发展基础四大体系组成,包含发电、变电、输电、配电、用电和调度六大环节,包括11个子功能系统:分布式电源接入、储能系统、智能电网设备综合状态检测系统、智能变电站、配电自动化、电能质量检测与控制、用电信息采集系统、智能用电小区楼宇、电动汽车充电设施、通信信息网络以及电网智能运行可视化平台。
(1)智能发电方面,天津中新生态城通过建立分布式电源入网及微网控制模型,制定相关的技术原则;建设分布式电源入网控制系统;调研生态城近海波浪能发电等各种新能源利用可行性研究;研究应用热泵回收余热,热电冷三联供及路面太阳能收集等技术并合理耦合。
开展集中式城市储能系统建设,通过110kV变电站并网,实现储能系统的统一远程监视与控制。
(2)智能输变电方面,天津中新生态城利用先进传感技术和状态分析技术,开展输电线路、变电站、配电设备状态在线监测工程建设及无线传感器网络的构建。远期建设2座220kV、4座110kV智能变电站。一期建设110kV和畅路变电站。
(3)智能配电方面,通过建立生态城智能配电网运行和监控中心。对区内6个街区的12条配电线路实施配电自动化,对所有并网的分布式电源和储能系统进行统一监控和优化调度。开展基于配电自动化开展调控一体化系统的试点,建设生态城配网调控一体化智能技术支持系统。
建设电能质量监测与控制系统,开展新型电能质量控制装置应用和综合电能质量控制,实现对电能质量(谐波、闪变)的全面监测、统计、分析和治理,建设覆盖生态城110kV和35kV变电站的电能质量监测网,实现监控中心的远程可视化应用。
(4)智能用电方面,建设用电信息采集系统。采用高级测量、高速通信、高效调控的技术手段,实现用电信息的实时、全面和准确采集、采集设备的在线监控和故障差错快速响应、电能质量和负荷的监测和分析、区域线损实时分析。确保计量准确可靠,满足用户用电管理优化的需要。
在生态城起步区全面开展智能用电小区、楼宇建设,应用储能设备,建设智能用能服务系统,开展用能设备能效监测及控制服务。在起步区开展智能用电小区建设与改造,应用智能交互终端,建设智能家居用能服务系统,开展双向互动用电服务和基于电力光纤到户。
从天津中新生态城、浙江温州南鹿岛到合肥工业大学微网实验室等一系列实践证明,中国微网工程正在不断走向成熟。在新形势下中国电力建设正不断把握新方向,为实现电力新发展而不断努力。