特变电工郝翔精彩分享《特变电工工业园区智能微电网解决方案》
发布日期：2018/7/26
微电网的本质，从四个角度看：第一个就是经济，第二是多能，第三是环境，第四个是技术。微电网不是一种产品，它是一种服务，这种服务要实现这四个维度的多目标的最优。其中一个是技术、一个是经济，技术主要是解决源、网荷、出的能量优化与功率协调，在经济层面，处理不同利益体之间的冲突。特变电工新能源研究院微电网产品线总经理郝翔在2018中国微能源网技术与应用会议演讲“特变电工工业园区智能微电网解决方案”时发表了重要讲话。
特变电工新能源研究院微电网产品线总经理郝翔
尊敬的各位领导、各位来宾，大家下午好。今天很荣幸能够作一个特变电工工业园区智能微电网解决方案的报告，报告有五个方面的内容，首先讲一下微电网发展背景，尤其是531政策以后，很多新能源行业都在持续关注这一领域的发展，但是它的发展生命周期在我们来看还是比较短，还是起步阶段，讲一下发展背景。其次，讲一下特变电工能提供的微电网的解决方案。第三，介绍一个特变电工能量路由器，也叫电能路由器，这块会做重点分享。第四讲一下特变电工方案特点及其价值。最后是微电网技术和市场的展望。
微电网的发展背景。提到微电网，还是想提一下能源互联网，能源互联网在这次大会上，很多人都在提能源互联网这个名词，包括早晨也提到全球能源互联网，能源互联网为什么会被提出来，主要还是经济发展和资源紧张和环境污染各方面的矛盾造成。现在开始发展清洁能源，包括光伏和风电，但是发展光伏和风电还有很多问题，一般存在两个问题，第一、时间维度上的分布不均匀，以光伏为例，发电的是波动的，随着太阳变化而变化，而且有云遮挡的时候还有下降，风电和潮汐能都有这样的问题。空间的维度上也是分布不均匀，以风电为例，最大的风力是在东南沿海还有内蒙和甘肃，所以在地理位置上的分布也是不均匀的。要解决新能源的广泛接入的问题，有人就提出了能源互联网的概念，这个概念在刚回国的时候，在搜能源互联网的时候2015年搜不到，但是国外已经有了这个概念，从那以后陆陆续续提出了能源互联网的概念，这些概念大同小异，归结到最终的要素上是可以看出要素都是三点，第一是清洁能源，另外就是高压电网，这和全球能源互联网有点类似，建跨州的电网，跨际的电网，还有智能电网，这是能源互联网最底层的子单元。可以看出，要发展能源互联网，最核心的子单元就是智能微电网。
对能源互联网的技术体系可以做一个简单的分类，从能源的生产、输配、存储到消费四个维度，这里还包含设备层、信息层、应用层。从这里来看我们有很多的技术，包括前面做了非常多的太阳能发电，风力发电，包括现在生物质，地源热泵等等。还做了柔性直流输电，特变电工也在做正负800的输电，还有存储技术，包括电化学储能，包括储氢。再到消费，电动汽车就是其中一个消费的方向。从这里可以看到，一个是智能微电网技术和电源路由器设备。它就涵盖从生产、输配、存储和消费四个维度，也是包括了设备层、信息层、应用层。
今天重点讲一下智能微电网，它是从能源的考虑，叫微电网是从二次电力的传输考虑。如果以微电网的概念来看，指的是分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等按照一定的拓扑结构组成的小型发配电系统。特点一个是微型，不是说的规模，现在有做微电网群，有做百兆瓦的示范工程，这个微型指的是涵盖的电源、储能，这个都是微型的分布式能源。还有清洁，以清洁能源为主。还有自治，出现问题能保证正常供电。最后就是友好，接入电网一定要友好保证大电网的运行。总结一下微电网的本质，我们从四个角度看，第一个就是经济，第二是多能，第三是环境，第四个是技术。微电网不是一种产品，它是一种服务，这种服务要实现这四个维度的多目标的最优。其中一个是技术、一个是经济，技术主要是解决源、网荷、出的能量优化与功率协调，在经济层面，处理不同利益体之间的冲突。
微电网从2015年开始国家提到，那时候主要是讲新能源微电网，再到2017年国家提出推进并网型的微电网的建设，这几年大量的示范工程都是在建的。在2017年南网出台了储能的补贴政策，微电网这么多年发展，从经济层面上主要还是卡在储能上，应该还是经济价值做不出来，当时南网出了储能的补贴政策，后期会有一些推动作用。
另外，微电网的技术发展，首先看一下国外，国外做的比较好的还是美国、欧洲、日本，但是这三个地方提出的微电网，做的方向是有所不同的。最早提出还是美国，美国首次提出微电网的概念，他们后期做微电网主要性能是体现在可靠上，这里有一些代表性的案例。欧洲主要是以灵活，有不同的网络架构。日本主要是因为能源供给紧张，他们提倡能源供给多样化，用户多样化，来减少污染。我们国内的微电网和国外的发展有些类似，这里列了一些重点的示范，从最早的微电网，就是像舟山、温州离网型的微电网，没有电，我需要柴油供电，这就存在环境污染还有经济价值不好，于是就需要建微电网。再到并网型的微电网，像北京也做了很多微电网的示范，再到后面发展微电网的群，一个区都在做微电网的规划。下面列了两个正在参与的项目，一个是广州珠海，一个是东莞，这两个微电网和我们常规见的微电网不一样，常规的微电网大家多考虑加光伏、加储能，但是网络架构没有太多的探讨，都是传统的交流。但是这两个项目建完了以后国家会建出直流微电网和交直流微电网，这种微电网可能在未来就是发展的潮流。
特变电工做微电网，但是为什么要讲园区微电网，通过做了很多的案例分享，像海岛和偏远地区的微电网，都是替代柴油机为主，是有一定的经济价值，也有很多公司在做，不单独拿出来讲。园区微电网，园区的负荷的多种多样，园区的电价有很多的区别，可以做能源管理的工作，如果能把园区做出经济价值，我相信在中国是可以商业推广的微电网形式。
刚才说了微电网和发电最大的区别是负荷，看任何一个园区都要先看负荷，先对一个典型的园区做负荷分析，一般的园区可以分为四种负荷，第一是重点的保障负荷，像电梯，一旦断电就会出现问题。另外就是可终端的负荷，像非必须的照明，还有可转移的负荷，生产负荷可以进行排班转移。另外就是大部分新建园区分一二三期建设，考虑到后期扩容的问题。针对这四种负荷，对北京、上海和陕西工业园区分析了一下，北京有尖峰电价，就是七八月，用电高峰期，工业上可以达到1.07元，而平段可以做到0.37元，价差达到7毛。西安工业用电会便宜一点，大工业用电在0.87，谷值在0.62元，差2毛左右，如果配上储能，一个典型的工业园区，园区一般都是两个电价，一个是基本电价，一个是电度电价，电度电价就是这个月用了多少电，就交多少电钱，基本电费一种是最大区量，一种是基础容量配套费，我报一个可能用的最大功率值，就是固定交的费用。如果用基本电费，我报一个变压器的容量值，这个容量乘以一个费用，我们那个园区有6兆瓦的报备容量，一个月就有12万，基本费用占到了2%，电度照明52%，非居民照明电费占了6%。另外统计一下峰谷的用电时段，谷时段占10%，平时段37%。同样，园区还有很多问题，一个是用能成本高，另外就是扩容需求大，供电可靠性低，用能形式粗放，能效低。要解决这些问题，微电网就是统一的手段，解决所有企业面临用电的问题。
特变电工提供的解决方案，包括一个双端、三层、多场景的微电网成套解决方案。双端是云端和本地。三层是管理层+协调层+执行层，多场景指的是交流、直流、交直流混合。对于交直流混合微电网，能源路由器是一个很新的技术，放在这里面可以替代传统的光伏便电器，还有相变，还有二次能源管理系统都可以集成到这个系统里，可以减少设备的投资成本。
刚才提到微电网，首先要进行能效分析，为客户进行相关的能效分析，提供系统解决方案，为客户进行能耗分析、负荷评测、运行策略设计、容量优化配置、网架设计以及经济测算，提供高效低成本微电网整体解决方案。另外，第二方面就是多时间尺度能量管理。集成了SCADA系统的数据图表和把表分析的功能，通过源荷功率预测，采用智能优化算法，进行多时间尺度源荷储能量管理，从而实现经济优化运行，提升微电网经济效益。微电网暨服务MaaS的模块化，定制化的能量感觉需求，满足客户不同的需求。第三就是跨平台智能运维，通过本地能量管理系统、微电网云平台以及手机APP对微电网安全、经济运行状态进行监视与判断，对异常事件进行处理，通过大数据分析，指导微电网经济、智能运行，实现跨平台智能运维。第四，核心装备，特变电工研制的电力电子装备全面覆盖微电网应用的众多场景。包括微电网里用的能量路由器，高/低压储能电站。
提到能量路由器，能量路由器是由交直流混合微电网的核心设备，包括交流端口，直流端口，包括中压和低压的交直流端口，可以直接挂光伏、风电等。能量路由器的定义域特点，最早用的电是直流电。为什么到现在又提出直流这个问题，因为这几年在做的很多的光伏、风电、储能、电动汽车没有一个电不是直流的，为什么还要用交流，这是大家一直探讨的问题。所以到GE1970年当时研发中心定位要做一款电力电子变压器，要替代传统的变压器，他们要讨论是否用电力电子的技术替代原有的变压器，原来交流变压器，就可以实现直流的交换和传输，那时候技术不是很成熟，做一款变压器出来体积非常大，非常重，成本是几倍，效率非常低，只有40%，基本不可用。再到2015年左右的时候，碳化硅和新型磁性材料的发展，觉得电力电子变压器成为技术的可能，特变电工也在发展，这样就被赋于了一个新的名词就是能量路由器，它实现的功能叶很简单，能实现多种能源的传输，以先进电能变换装置为核心，集成了现代通信技术和电力电力变换技术，智能控制与管理技术，实现局域电网的能量智能管理，分布式能量的高效利用与控制的电力设备。
国外很多企业都在做这个设备，ABB也在做，他们有成熟的产品，他们主要是用在机车牵引上，现在中车也在做。GE无也在做，应该是用在舰船的直流供应商，特变电工也在做，定位是想做在新能源领域，做了两端口的路由器，研发了三年，它的功率可以做到1MW，额定交流电压10kV，额定直流电压60—800V，最大功率98.2%，采用的是集装箱设计，相应的防护等级也具备。整个系统结构就采用了模块化结构，所有的功率单元都是模块化的，通过模块化的串并联，低压侧的并联，高压侧的串联，在这样的设备里，单个模块做了冗余功能，一个模块发生故障整机可以不停机工作。采用碳化硅的低损耗系统设计技术，为了满足并网时候的电能质量问题，在控制系统上也做了很多工作，可以达到一个卓越的控制性能。做完这个设备以后，当时研发三年，在2017年7月份，作为科技成果鉴定，邀请了很多行业领导，当时李立浧院士作为评选委员组的组长给予了很高的评价，居于国际领先水平的评价。特变电工做的很多还是光伏，最早想在光伏上推这样的设备。传统的方案一般都是逆变器+相变，但是如果用能源路由器可以用在集中式和直流汇流型组串式两种模型。对比一下组串式的方案，基于电能路由器的集中式高压并网方案能够提升系统效率2.4%。总结一下优势，高压可以直接并网，高压替代低压，直流替代交流。好处就是系统损耗低，无工频变压器，重量轻，体积小，无污染，无工频变压器空载损耗，待机损耗小于20W，夜间无耗电。最重要的一点，铜和铁这几年一直在上涨，如果采用这种变压器全部都是硅材料，这个材料成本非常低，现在卡在器件没有完全国产化，但是我相信碳化硅的器件会在国内有应用，未来降价空间会比较大。
2016年12月在西安的园区进行了示范，最大转化效率实测达到98%，发电量可以提升3%，屋顶2兆瓦的光伏，一个接SIT，一个是接传统的集中式的变压器。传统的PCS比逆变器效率低，整个系统效率可以提升3%以上，另外就是储能用在调峰调频，这个偶尔用一下，一几个小时，但是不能断，针对北京地区实际的峰谷电压来看，考虑北京地区工业用电，峰谷电价为1.07，0.38，则每年额外收益约8.15万元，25年生命周期额外收益约为203万元，所以我们系统考虑如何让它的效率更高。
另外讲一下交流微电网方案及价值。这是我们提供的交流微电网，一个工业园区一般包含光伏，还有一点分散式风电，还有储能电池和常规负荷和可调负荷，设备有PCS无和充电桩，我们提供的服务就是双端、三层、多场景的微电网，还可以做到虚拟同步机多机并联，基于人工智能算法实现源荷预测，混合时段尺度调度，最终给客户提供定制化服务。方案的价值，赚取峰谷电价差，节能基础容量费，降低用能成本，离并网稳定切换，提高供电可靠性，降低停电成本，功率型需求侧响应，提升光伏自发自用比例极渗透率。用能精细化管理，降低能耗，提升可在能能源渗透率，环保无污染，友好接入电网，提供调峰调频辅助服务。举个例子，我们园区做的微电网，我们做了2兆瓦光伏，1兆瓦时的储能，很多人看不合理，通过EMS管理，网源荷储优化园区广义负荷曲线，可降低基础容量10%，额外提升12%的光伏自发自用电量，年节约基准容量费约17.28%万元，光伏发电补贴及余电上网年收益84.49万元。年节约电度电费约184.42万元，微网系统稳定运行25恩年，年收益约286.19万元，投资回报周期为7.7年，IRR可达到17.27%。
能量路由器的交直流混合微电网，为什么要做交直流，交直流可以减少配用电便流环节，提高配用电效率、可控性和灵活性。这是交直流典型的方案和价值，也是加一些光伏储能，整个容量能占到30%以上，采用能量路由器，微电网的网源荷储由能量路由器统一接入，这是交直流混合微电网，右边是传统交流电网，光伏给储能充电，光伏到逆变器，直流变成交流，最后还要变压器，综合效率提升约为6.5%，交直流混合微电网方案相当于传统交流微电网方案能够大幅度提升系统效率。
微电网的前景，大家要补贴，要政策，这个也很难，现在只能做一些能做的市场，实际上微电网在全球范围内做的挺好，像欧洲和美国，这是摘录2017年的报告，预测2023年全球达到170亿美元，而中国国内达到130亿元，2018年估计这个量增加了很多，但是微电网我认为在未来肯定以一种新业态方式参与电力市场的交易，如果真的做隔墙售电，肯定是以这种方式来做，所以有非常广阔的价值在网络架构技术上，到底用交流还是直流，还是交直流，未来交直流肯定是方向，谢谢大家。
来源：电力头条APP
