深度丨如何實現園區微網的商業運營和投資回報？

2018-03-15 14:14:41 電網技術　點擊量：評論 (0)

摘要園區微網是多能互補、能源互聯網等能源新業態的重要落地點。但是目前我國微網運營缺乏成熟的運營模式和合理的投資回報途徑。立足于我國

摘要

園區微網是多能互補、能源互聯網等能源新業態的重要落地點。但是目前我國微網運營缺乏成熟的運營模式和合理的投資回報途徑。立足于我國新一輪電力體制改革和能源互聯網的背景,分析微網的概念特征以及在能源系統演化發展趨勢中地位,提出微網運營主體一體化和投資主體多元化的模式框架,從“源-網-荷-儲”優化控制運行、微平衡市場交易、內外兩級購售電、網對網輔助服務、內外兩級需求側響應、新型備用容量機制建立面向園區微網的“源-網-荷-儲”一體化運營模式,提出傳統運營模式和一體化運營模式下微網經濟性分析方法,通過算例分析驗證一體化運營模式能夠增加微網收益來源,保障微網合理的投資回報,將極大促進園區微網的健康和可持續發展。

引言

為貫徹落實習近平總書記提出的能源領域“四個革命、一個合作”[1 ],國家非常重視能源產業的創新發展,在清潔能源利用、電能替代、智慧能源建設等方面進行了有益探索和實踐,電動汽車、多能互補[2 -3 ]、微電網、能源互聯網[4 -5 ]等一批能源新業態蓬勃興起。園區微網是上述實踐的重要落地點。微網作為和外部電網、用戶友好互動的一種技術手段[6 ],集成了多種能源生產、傳輸、存儲、消費多個環節,有利于集中開展創新生產消費模式,探索培育發展動能。

目前依托“863計劃”、“973計劃”和自然基金等支持,我國已投資建設大量微網項目。但是當前我國推動能源互聯網和各類型園區微網建設過程中,主要存在以下2方面問題：1)對于微網的電能質量、功率控制、繼電保護等方面已制定國家標準,但是目前尚無規模化、可推廣的建設、運營模式可供借鑒參考。2)為保證電能質量和供電可靠性,微網往往需要投資建設大量儲能和控制設備,實用性、經濟性不強,亟需尋找較好的收支平衡點。因此,需要創新微網的運營模式,予以投資者合理回報途徑。

本文立足于我國新一輪電力體制改革和能源互聯網的背景,在《推進并網型微電網建設試行辦法》指導下[7 ],分析能源系統演化發展趨勢和微網在其中的地位,提出微網運營主體一體化和投資主體多元化的模式框架,從“源-網-荷-儲”優化控制運行、微平衡市場交易、內外兩級購售電、網對網輔助服務、內外兩級需求側響應、新型備用容量機制建立未來面向園區微網的“源-網-荷-儲”一體化運營模式,提出傳統運營模式和一體化運營模式下微網經濟性分析方法,通過算例分析證實一體化運營模式能夠增加微網收益來源,保障微網合理投資回報,將極大促進園區微網的健康和可持續發展。

1 微網的概念特征和在能源系統演化發展中的地位

1.1 微網的概念和特征

微網是一種靠近用戶側的微型綜合能源系統,涵蓋天然氣、太陽能、風能等一次能源及電力二次能源,涉及電、熱、氣多種能源輸配網絡和負荷需求、儲能、控制和保護設備及信息化平臺,以電能為核心,通過多能互聯、信息能量耦合及市場經濟引導,實現多能“供-需-儲”協調優化和自平衡。圖1為典型園區微網的示意圖,源側包括分布式光伏、小型風機等電源,燃氣三聯供系統,熱泵等熱源,沼氣池等氣源;儲側包括蓄電池、儲熱罐、蓄冷空調等儲電、儲熱(冷)和儲氣設備;網側包括電、熱(冷)、油氣等輸送網絡;荷側涵蓋多樣化智能終端;信息層包括大數據云計算平臺、微平衡市場交易系統和能量管理系統。微網包含以下4方面特征：

1)微型。系統規模小,并網電壓等級一般不大于35kV,容量一般不大于20MW。

2)清潔。以可再生能源為主,通過就近消納促進風光等清潔能源高比例滲透,通過燃氣三聯供系統實現多種能源綜合梯級利用,形成微網內部綠色低碳的能源生產和消費體系。

圖1 微網示意圖

Fig. 1 Schematic diagram of microgrid

3)自治。可控性是分布式能源(distributed energy resources,DER)和微網的本質區別。通過能源管理系統(energy management system,EMS)對微網內源、網、荷、儲進行協調控制,微網具有能源供需自平衡和黑啟動能力,可實現自治獨立。

4)友好。微網和外部電網的能量交換在時空上呈現雙向靈活可控特性。微網是外部電網的有效補充,提高外部電網的可靠性和彈性;外部電網為微網提供保底供電服務。兩者形成網對網的相對獨立關系,雙向服務,相互支援支撐。

1.2 能源系統演化發展趨勢和微網地位

1.2.1 能源系統演化發展趨勢

隨著我國能源革命推進,能源領域將發生“鏈式”變革,未來能源系統演化發展趨勢將有以下 3方面特征[8 -9 ]：

1)橫向多能互補,單一能源向綜合能源轉變。傳統能源系統依據能源類型劃分,供需各自平衡。通過源側風光水火儲多能互補系統和荷側終端一體化供能系統,實現多能協同供應和梯級利用,打破各類能源“相對獨立,各自為政”壁壘,形成能源集成耦合網絡[10 ]。

2)縱向“源-網-荷-儲”協調,形成多能“供-需-儲”自平衡體。能源生產和消費界限不再清晰,功能角色間可相互替代兼容。能源主體在供需和價格引導下自主決策能源供應、消費和存儲,實現多能“供-需-儲”垂直一體化[11 ]。能源主體由單一能源的生產、傳輸、存儲和消費者,向集多種能源生產、傳輸、存儲和消費為一身的自平衡體轉變。

3)集中與分布式相協調。傳統能源系統和主體間是自上而下集中式決策的資源配置模式。自平衡體首先通過“能源就近利用”實現分散化自我平衡,然后通過“能源自遠方來”實現不平衡能量交換。能源系統的結構將轉變為大系統協調分解的集中與分布式相協調。

1.2.2 微網在能源系統演化發展中的地位

能源系統演化發展的基本單元是多能“供-需-儲”自平衡體,對應園區微網[12 ],如圖2所示。微網通過股權并購打破能源各自運營管控壁壘,利用互聯網和信息技術拉近能源生產和消費距離,形成園區內多能“供-需-儲”自平衡體。廣域范圍內自平衡體在信息和經濟激勵引導下,自主決策擴展,與其他能源主體或自平衡體實現物理網絡互聯,形成新互聯網絡、新自平衡體的過程,是能源系統演化發展的過程。能源系統演化發展是基于物理-信息-經濟耦合的多個自平衡體交互,自適應分散決策的結果。單個自平衡體與整個能源系統是個體與環境的關系,個體適應環境也造就環境。園區微網是能源系統演化發展的起點和落腳點。