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新能源迎来爆发性增长 绿色微电网风口将至?
来源: | 作者:德政 | 发布时间: 2023-06-25 | 1028 次浏览 | 分享到:

  光伏、风电等新能源绿色清洁,取之不尽,用之不竭,但也存在着诸多应用问题,新能源的随机性、间歇性、波动性给能源供给侧和用电需求侧都带来了不利影响。


  在各国愈发重视能源安全之际,微电网的重要性也愈发凸显。将储能与光伏、负荷等组成各种层级微电网,在不增加成本情况下可以大幅提高光伏等消纳能力,缓解波动影响,降低电网建设投资。


  “随着大规模可再生能源的发展,随着电动汽车的发展,随着各种新形态的出现,我们的电网承担了一些新的使命,也成了可再生能源的消纳支撑平台。”中国工程院院士王成山在2023年度“节能服务进企业”暨工业绿色微电网交流研讨会上对21世纪经济报道记者表示。研讨会由工业和信息化部产业发展促进中心、青岛市工业和信息化局主办,特来电新能源股份有限公司、清华大学能源互联网创新研究院承办。


  在王成山看来,微电网是电源、负荷、储能等高度集成的自治系统,既能并网又可独立运行,可实现可再生能源与负荷波动就地平衡控制,是分布式能源灵活高效利用模式的重大创新。微电网将作为大电网重要支撑性环节,成为解决分布式能源并网问题的有力手段,是新型电力系统一系列重大变革中的关键一环。


  随着中国风电、光伏等新能源电量占比不断提升,新型电力系统建设日益迫切,绿色微电网风口将至?


  非化石能源发电装机占比首超50%


  在能源转型持续推进之际,电力绿色低碳转型也在加速。


  《新型电力系统发展蓝皮书》显示,截至2022年底,中国非化石能源装机规模达12.7亿千瓦,占总装机的49%,超过煤电装机规模(11.2亿千瓦)。2022年,非化石能源发电量达3.1万亿千瓦时,占总发电量的36%。其中,风电、光伏发电装机规模7.6亿千瓦,占总装机的30%;风电、光伏发电量1.2万亿千瓦时,占总发电量的14%,分别比2010年和2015年提升13个、10个百分点。


  今年一季度我国非化石能源发电装机占比更是首度超过50%。中国电力企业联合会发布的报告显示,截至3月底,全国全口径发电装机容量26.2亿千瓦,其中非化石能源发电装机容量13.3亿千瓦,同比增长15.9%,占总装机容量比重为50.5%,首次超过50%。具体看,水电4.2亿千瓦,核电5676万千瓦,并网风电3.76亿千瓦,并网太阳能发电4.3亿千瓦,形成了多元化清洁能源供应体系。


  欧洲的情况也基本类似。6月19日,世界气象组织(WMO)和欧盟哥白尼气候变化服务机构联合编制的《2022年欧洲气候状况报告》也显示,2022年,欧洲可再生能源的发电量首次超过化石燃料:风能和太阳能发电量占欧盟电力的22.3%,超过化石燃料的20%。


  不过,新能源爆发性增长的同时也会带来不小挑战。在发电侧,新能源发电具有高波动性、高间歇性;而主电网当前是以集中式的大型火电、水电为主,属于基荷能源,发电较为平稳。新能源发电的上网随机性本身就会对传统电网造成不利影响,例如局部电压越限、电压波动加大、潮流逆向流动更频繁、短路电流增大、供电可靠降低、电能质量恶化、继电保护装置误动、调峰难度加大等多种挑战。


  此外,在负荷侧,随着电动汽车渗透率的快速提高,随机、无序的移动负荷大规模接入电网,对于电网冲击较大,例如,晚间原本就是用电高峰时段,但同样也是电动汽车的充电高峰,造成“峰上加峰”。


  绿色微电网风口来袭


  尽管新能源占比不断提高,但也在快速消耗电力系统灵活调节资源,新能源随机性、间歇性、波动性特点使得系统调节更加困难,系统平衡和安全问题更加突出。部分网架薄弱、缺乏同步电源支撑的大型新能源基地系统支撑能力不足,新能源安全可靠外送受到影响。而微电网的建设可以缓解压力。


  近年来极端天气突发、频发造成电力负荷大幅攀升,也影响了可再生能源出力,增加了电力安全供应压力。


  例如,2022年夏季,一场六十年一遇的罕见旱灾席卷了我国长江流域。极端高温炙烤下,素有“千河之省”称号的水电大省四川出现了用电缺口,长江流域多处水位“汛期反枯”,不少企业进入停产或部分停产模式,而一些企业却靠着微电网幸运地“逃过一劫”。


  微电网可将新能源发电量通过“自发自用”方式实现“就地消纳”,尽可能地减少对外部传统主电网的冲击,降低额外增容资金投入。


  当微电网内总用电负荷超过所辖电源发电量时,微电网可以开启“并网模式”,从主电网采购并输入电量;当微电网内存在富余电量时,也可以反向输出并销售给主电网。


  在主电网负荷过高时,微电网可以采用离网模式,切断主电网与微电网之间的连接,平抑主电网所受到的波动冲击,同时也能够保证在紧急情况下,自身网内所辖负荷的供电可靠性。


  王成山表示,从应用角度,微电网可以按照不同的维度分类,无电地区可以提供能源保障,弱电网可以互济支撑,对于强电网的地区,城市电网可以聚焦低碳减排,包括工业微电网的发展。


  与此同时,微电网发展还存在很多的挑战,也存在很大机遇。中国电力企业联合会副秘书长刘永东告诉记者,微电网技术还未完全成熟。微电网的形态比较多,构成也比较复杂,不同形态、不同应用场景的技术难点也不一样,这也是为什么微电网发展这么多年以后,还没有形成一套非常成熟、标准化的体系。


  “天然储能”助力打造绿色微电网


  在碳中和背景下,各国大力发展以电池储能、压缩空气储能等为代表的长时间储能技术,提高电力系统调节能力和对新能源的消纳能力,储能也是微电网的关键组成部分。


  需要注意的是,电动车并不是只能扮演用电负荷的角色,它的动力电池系统本质上也是一种新型储能系统。多数电动汽车80%的时间都处于停泊状态,在电网的低谷期把弃风、弃光、弃水的低成本电充到电动汽车里,是一个“天然储能”系统。


  刘永东表示,实际上,电动汽车的电池大部分时间都是闲置的,这里面的电池资源可以和电网互动。车主在购车的时候已经把电池成本覆盖了,这时候资源如何能够发挥作用?如何利用经济效益或者商业模式来推动?这存在可行空间。将新能源汽车电池作为电网中的灵活性资源,资源通过聚合,既作为可控负荷,同时又作为分布式储能,发挥“电力海绵”作用。


  根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,预计到2025年磷酸铁锂电池的系统成本将降至0.5元/瓦时,循环寿命将达到5000~10000次,能够满足储能对于性价比的要求。


  在特锐德&特来电董事长于德翔看来,微电网是在企事业园区或充电场站等场景下,将分布式光伏、电动汽车充电、放电、储能、风电等融为一体,在大电网支撑下的小型交直流发电-用电系统。微电网能够实现新能源发电的就地消纳、就地存储、就地平衡,随光而充、随风而充,实现新能源车充新能源电,实现主动式配电网的高效互动,是新型电力系统的新载体。千万级的分布式微网能够解决能源安全,成为企事业的应急中心。