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分析建设微电网的经济效益

2018-03-09

  为了解决分布式电源与大电网的融合问题,微电网的概念应运而生,微电网作为一个包含负荷和多种分布式电源的独立可控系统,可以灵活地在并网与孤岛模式间转换,从而大大提高供电的可靠性和安全性。在微电网系统中如有可能选择热电联产方式,将提高能源的综合利用效率,并为拥有极敏感设备的终端用户提供高可靠性的电力供应。总之,微电网的经济性决定了微电网的配置与运行。

  美国电气可靠性技术协会(CERTS, Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)最早给出了微电网的定义:微电网由负荷和分布式电源组成,为用户提供电能和热能;其内部采用先进的电力电子器件实现能量转换和系统控制;微电网对外是可控的,对内可以更好地满足用户的各种电力要求。

  为什么要建设微电网?

  微电网解决了多分布式电源大规模接入电网的问题,实现了不同的分布式电源优势的互补,优化利用了各种分布式电源;并且其运行模式灵活,一般采用一个公共连接点(pcc)与大电网连接,可以通过静态开关转为孤岛运行模式,保证了局部供电可靠性;分布式电源就近向负荷供电,这样可以大大减少线损,节省输配电建设投资,缩短了与负荷间的距离,降低了输电损耗。

  微电网的经济性分析

  建设微电网先期投资大,分布式电源发电具有不确定性,所以微电网的收益受地点、环境、天气等影响很大。这样如果没有一个合适的投资收益分析,就给建设微电网增加了挑战。微电网是否具有经济性取决于在微电网的运行时间内,收益是否能大于投资。对微电网进行经济性分析,评估其综合效益,可以为微电网的投资者提供合理的依据,对微电网的未来发展具有重要意义。

  微电网通常是由一群关注减少环境影响的客户设计并投入运行,然而,微电网的主要目标是尽量减少参与用户的总用热和用电费用。微电网可以优化利用废弃的热能从而能以更低的成本提供能源供应。此外,与传统电力系统不同,微电网不会产生任何与输配电损耗、客户服务、电力拥堵及其他关联的费用。与传统电力系统相比,微电网有多方面的优势可以降低能源成本。用户侧发电方式与传统的发电方式,尤其是与往复发动机相比,更具有竞争性。新兴的分布式能源(DER)技术在生产低成本清洁能源方面前景广阔。

  与主电网相比,微电网的经济性主要体现在:

  1热电供应联合优化

  在一些国家,热电联产(CHP)系统只是部分用于发电。然而,CHP系统的主要目标是利用余热为用户供暖,并通过热电联合优化方式发电。对于集中式发电系统的经济性而言,绝不会将热能的利用作为主要目标。在此考虑使用CHP系统的主要原因在于它可以大幅降低碳排放并提高总体发电效率。通过CHP系统的使用,总体发电效率可以由传统火电技术的33%或联合循环燃气轮机(CCGT)的50%提高到80%以上。CHP是微电网经济性的核心,通过尽可能地减少发电机组和负荷间的热能传输损耗实现能源利用效率的最大化。因此,基于CHP的发电机组应位于热负荷的场所附近。

  2供需联合优化

  供需联合优化是微电网经济性第二个需要优先考虑的事项。传统的电力经济性需要延伸到微电网中。在主电网规模经济性中,负荷控制是在分析和规划阶段通过需求侧管理、减载、可中断的收费|合同等方式来解决。对于微电网而言,衡量此联合优化最重要的判断标准是任意时间点的自发电边际成本。在发电经济中不考虑投资成本回收、交叉补贴、非精确计量与计费。在主电网规模经济中,费用和环境方面的因素也没有很好地体现出来。对微电网而言工序优化相对更容易实现,因为生产者与消费者属于同一决策人。

  微电网是小规模的局域电网

  局域电网可分为现代型和传统型两类。

  现代型局域电网是能源革命的产物,它有两种形式:有源配电网和微电网。

  能源革命将使大多数甚至全部存量和增量配电网变为有源配电网,在未来的配电网内,会出现众多分布式天然气、风能、太阳能、生物能等清洁可再生能源电源,它们就地消纳,参与配电网内的供需平衡和交易,由配电网统一协调运行,因此,有源配电网实行一体化运营模式是必要的。微电网则是明确的、也是典型的由一个主体统一运营的局域电网,只不过规模小而已。

  并网型微电网实际上也是一种小型增量配电网,它的主要特点除规模小、并网后可视为可中断系统外,最重要的它是实行一体化运营管理的市场主体。国家发改委和国家能源局印发的《推进并网型微电网建设试行办法》,微电网的运营机制(包括特许经营方式),为今后有源配电网的运营提供了一种可以借鉴,甚至基本可以复制的模式。

  总结

  从电力工业和政府监管机构的角度,可以看到微电网在整合电力用户附近小规模发电机组方面具有多种优势。以分布式发电现有的监管和经济框架为背景的微电网经济性分析指出,微电网可能在相当可观的能源需求方面具有多种经济效益。微电网的短期收益也有更多的可能性适用于长期发展。微电网可以直接促进其他节能减排措施的实施,减少家庭和办公用电需求,为社会带来更多效益。