提到微電網(wǎng)，首先講講微電網(wǎng)的發(fā)展背景，微電網(wǎng)到現(xiàn)在為止還算是新興領(lǐng)域。特變電工針對工業(yè)園區(qū)提出了園區(qū)級的微電網(wǎng)的解決方案。同時(shí)，也介紹一下特變電工微電網(wǎng)核心產(chǎn)品，完全自主研發(fā)的能量路由器。然后，站在客戶的角度出發(fā)，和大家分享一下特變電工園區(qū)級微電網(wǎng)解決方案到底有什么特點(diǎn)和價(jià)值。最后，對微電網(wǎng)的前景作出展望。
微電網(wǎng)的發(fā)展背景。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源緊張和環(huán)境污染緊密聯(lián)系?，F(xiàn)在由于環(huán)境受到影響，中國人均能源消費(fèi)資源擁有不到世界水平的一半，但中國GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，必然會(huì)造成資源緊張和環(huán)境污染。我們做新能源行業(yè)都是在致力于改善問題，發(fā)展清潔能源必然是趨勢。清潔能源存在很多問題，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和水電站。光伏發(fā)電為例，由于地球是公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的，會(huì)導(dǎo)致地面確切地點(diǎn)光伏的日照輻射有變化。風(fēng)電也有類似的問題。
時(shí)間維度分布不均衡，空間維度不均衡?，F(xiàn)在我國最大的風(fēng)能資源區(qū)是內(nèi)蒙古和甘肅北部，能源負(fù)荷較大的區(qū)不一定能供應(yīng)上，還需要一些特高壓直流和交流傳輸通道。為了解決能源分布不均勻，以及時(shí)間維度和空間維度上不平衡，很多專家提出能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，就是實(shí)現(xiàn)新能源的廣泛接入。這個(gè)概念提出以后有很多不同的概念，但組織架構(gòu)都是一致的。國網(wǎng)提出全球能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，主張是清潔能源為主，高壓和特高壓電網(wǎng)為網(wǎng)架。國外的研究中心和國內(nèi)企業(yè)也提出很多概念，主要包含清潔能源和特高壓的直流、交流以及高壓的直流和交流，以及智能微電網(wǎng)。
能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系。它包含了能源生產(chǎn)到能源輸配，再到能源存儲(chǔ)和能源消費(fèi)，貫穿生產(chǎn)到消費(fèi)的全流程。技術(shù)分為三層面，設(shè)備層、信息層、應(yīng)用層。技術(shù)包括的很多，高效的太陽能利用技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)技術(shù)非常成熟。先進(jìn)的輸電技術(shù)和柔性直流輸電技術(shù)。智能微電網(wǎng)技術(shù)和能源路由器技術(shù)。智能微電網(wǎng)技術(shù)從能源生產(chǎn)到能源輸配再到能源存儲(chǔ)和消費(fèi)，整個(gè)鏈條的全部技術(shù)覆蓋。提高能源互聯(lián)網(wǎng)可以過渡到智能微電網(wǎng)，如果真的做到能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型，那需要底層的能源互聯(lián)網(wǎng)。
智能微電網(wǎng)的提出有很多概念，主要指分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷監(jiān)控和保護(hù)裝置，按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成小型的發(fā)配電系統(tǒng)。概念的提出為了促進(jìn)新能源高比例的接入，以及能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。國外出臺很多儲(chǔ)能政策，日本也同樣如此。我國也出臺一些政策，2009年至今出臺法規(guī)和政策，推進(jìn)微電網(wǎng)建設(shè)和實(shí)行辦法。微電網(wǎng)市場環(huán)境看分為兩種，聯(lián)網(wǎng)型和獨(dú)立型的微電網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)型的微電網(wǎng)可以分為兩個(gè)主體，用戶用電的主體，包括工商業(yè)園區(qū)和數(shù)據(jù)中心的。售電主體包括分布式能源的投資商，售電公司和電動(dòng)汽車充電站等能源服務(wù)商。
獨(dú)立微電網(wǎng)，主要是用于海島、邊防哨所沒有電，解決當(dāng)?shù)毓╇妴栴}的市場。微電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展情況，美國維斯康辛麥迪遜提出了微電網(wǎng)的概念，再到GE和甲骨文等公司都進(jìn)來做一些微電網(wǎng)示范。世界范圍做的很多，但這只列了一些典型。
國內(nèi)的微電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r，最早從舟山做離網(wǎng)型的微電網(wǎng)，再到內(nèi)蒙古可再生能源的微電網(wǎng)群，再到江蘇和廣東做的交直流混合微電網(wǎng)。微電網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用在哪里?工業(yè)園區(qū)。我們自己的園區(qū)也會(huì)建分布式光伏和分散式的風(fēng)電，還會(huì)采用一些電池儲(chǔ)能，也會(huì)有一些負(fù)荷?？梢再嵢》骞入妰r(jià)差，它的負(fù)荷比較穩(wěn)定可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的排查，可以降低園區(qū)的技術(shù)配套，提供園區(qū)的工業(yè)可靠性。針對工業(yè)園區(qū)，用到儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)的成本很高，用在園區(qū)里目前用電的峰谷價(jià)差比較小。商業(yè)綜合體的優(yōu)勢是峰谷電差會(huì)大，為儲(chǔ)能接入后的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性提供保障。海島和山地的無電地區(qū)，以前有水就利用小水電的方式，大的還是采用柴油發(fā)電。泰國的一個(gè)島嶼是柴油發(fā)電的趨勢，度電在一塊六。如果現(xiàn)在采用微電網(wǎng)的形式，供電成本可以將到七毛。
工業(yè)園區(qū)用能現(xiàn)狀分析。分為四種負(fù)荷，重點(diǎn)需要保障的負(fù)荷，可中斷的負(fù)荷，可轉(zhuǎn)移的負(fù)荷，后期增融負(fù)荷。針對這些負(fù)荷可以看出園區(qū)的負(fù)荷種類很多，也很復(fù)雜。北京可以看出尖峰時(shí)大規(guī)模用電可以做到一塊以上，谷值是三毛七左右。峰谷電價(jià)差可以接近達(dá)到八毛錢左右，上海同樣也是，北京存在尖峰的電價(jià)值。一般園區(qū)采用的計(jì)價(jià)方式是兩部分，一部分是基礎(chǔ)的電價(jià)，一部分是電網(wǎng)的電價(jià)。基本的電價(jià)是按照變壓器的容量去收的，一個(gè)園區(qū)是60兆瓦的，那需要每個(gè)月固定交60兆瓦的費(fèi)用。典型的工業(yè)園區(qū)以兩步的電價(jià)為例，這也是實(shí)際統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。工業(yè)園區(qū)來看，非居民用電的電量統(tǒng)計(jì)出來占6%，基礎(chǔ)容量配套費(fèi)占42%，度電費(fèi)用52%，基本電費(fèi)占的比例很大。峰谷時(shí)段的用電時(shí)刻，峰占35%，平時(shí)段是37%，有很多優(yōu)化的空間。現(xiàn)在的工業(yè)園區(qū)面臨很多問題，包括運(yùn)營成本高，而且存在很大的空間，未來有擴(kuò)容需求。我們認(rèn)為園區(qū)建設(shè)微電網(wǎng)是解決園區(qū)供能問題的有效手段。
園區(qū)級的微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供云上的數(shù)據(jù)接入和分析。中間層是管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)微電網(wǎng)的系統(tǒng)管理。交直流混合的微電網(wǎng)，如果采用能源路由器，那可以替代微電網(wǎng)里面的中央控制器和能源管理系統(tǒng)。我們想提供服務(wù)，系統(tǒng)解決方案的服務(wù)。微電網(wǎng)的負(fù)荷情況不同，園區(qū)的生產(chǎn)情況不同，建的微電網(wǎng)是定制化的問題，需要根據(jù)負(fù)荷情況分析如何做容量配備和分析設(shè)計(jì)。需要提供解決方案和能耗分析。多時(shí)間尺度能量管理，從云層到管理層實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。通過數(shù)據(jù)和云平臺進(jìn)行遠(yuǎn)端的運(yùn)維功能。一次設(shè)備層，能源路由器是什么樣的設(shè)備?路由器到底是什么，它和傳統(tǒng)的因特網(wǎng)路由器有什么區(qū)別?有相似的地方，要為所有的設(shè)備提供接口。要有交流和直流的接口，要高壓和低壓的接口，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制功能。放在能源上要實(shí)現(xiàn)能源的控制。我們認(rèn)為能源路由器可以接到光電和風(fēng)電等設(shè)備。
能源路由器的本質(zhì)是電力電子設(shè)備，以前是電力電子變壓器。電力電子變壓器是在1970年時(shí)，由美國GE研發(fā)中心提出，主要想通過電力電子的變換技術(shù)加高頻的技術(shù)替代傳統(tǒng)的變壓器。為什么最終采用了交流?技術(shù)路線可以看出，直流的變化想有點(diǎn)變化很困難，采用銅和鐵做變壓器可以實(shí)現(xiàn)電氣的隔離和絕緣。到目前為止交流也是現(xiàn)在電網(wǎng)的主要架構(gòu)，1970年時(shí)GE提出了電力電壓器存在問題，成本非常昂貴。器件的技術(shù)發(fā)展非?？?，現(xiàn)在做電力電子變壓器時(shí)可以把性能技術(shù)指標(biāo)做到和變壓器匹配的層面，所以有人又開始做電子電壓器。實(shí)現(xiàn)的功能都是一樣的，最終是想實(shí)現(xiàn)電能和信息的湖向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)用戶的友好接口。重量會(huì)變輕，體積變小，無污染，實(shí)現(xiàn)多種電源的變化和結(jié)構(gòu)匹配，實(shí)現(xiàn)交直流的匹配和高低壓的匹配，實(shí)現(xiàn)潮流雙向控制。
阿爾斯通、GE、龐巴迪都有應(yīng)用，技術(shù)原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都完全一樣。最初想用于新能源和微電網(wǎng)，經(jīng)過三年開發(fā)做出一款產(chǎn)品，產(chǎn)品是采用6米的集裝箱標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。輸入功率是一兆瓦，輸出高壓交流電壓等級是10千伏，低壓是直流八百。最大效率是98.2%，傳統(tǒng)逆變器效率會(huì)到98.5%，再加上廂式變壓器的效率也是98%左右。如果采用能源路由器替代逆變器，那整機(jī)的效率可以提高一個(gè)點(diǎn)以上。電子電壓器和路由器的研發(fā)，屬于世界前沿技術(shù)。我們做工作時(shí)也遇到很多問題，設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化低壓側(cè)并聯(lián)，高壓側(cè)串聯(lián)的架構(gòu)。整個(gè)機(jī)器是由某一個(gè)單元組成，如果其中有一個(gè)發(fā)生故障可以直接進(jìn)行更換。采用模塊化以后還有好處，我們會(huì)保證系統(tǒng)在線不停地運(yùn)行。當(dāng)需要檢修時(shí)，剛達(dá)到檢修的時(shí)間時(shí)，我們會(huì)把模塊一更換，可以保證微電網(wǎng)接口的關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行。
大家提到了98.2%的效率，怎么可以做到?碳化硅功率器件的工程化應(yīng)用技術(shù)，雙有源橋電路的軟開關(guān)技術(shù)，還有高頻隔離、高功率密度設(shè)計(jì)技術(shù)，整體最大效率可以做到98.2%。作為交換設(shè)備需要有卓越的共性，采用分層分級的控制架構(gòu)和綜合處理器，最終實(shí)現(xiàn)卓越的動(dòng)態(tài)。我們提供集中式的高壓直接并網(wǎng)方案，還有直流回流型組串式高壓直接并網(wǎng)方案。第二種針對地形復(fù)雜情況下提供的方案。傳統(tǒng)組串式的發(fā)電，光伏板通過逆變器和AC電纜才能上到交流電網(wǎng)。采用集成化的產(chǎn)品可以通過電子路由器，真正的實(shí)現(xiàn)大道至簡。光伏并網(wǎng)是高壓替代低壓，直流替代交流。我們在西安園區(qū)進(jìn)行示范應(yīng)用，一年多的數(shù)據(jù)測量可以做到98%以上，夜間待機(jī)損耗20W。
交流微電網(wǎng)可以賺取峰谷電價(jià)差，提高供電可靠性，降低能耗，保證環(huán)境污染。西安園區(qū)的微電網(wǎng)為例，光伏是2兆瓦時(shí)，配備1兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，投資回報(bào)周期6.1年左右。技術(shù)上要降低基礎(chǔ)容量15%，額外提升10%的光伏自發(fā)自用電量。
電動(dòng)汽車的發(fā)展充電是直流，而且到光伏發(fā)電也是直流，再到儲(chǔ)能電池的接入也是直流。交流的微電網(wǎng)將直流的所有負(fù)荷進(jìn)行直流到交流的變化，浪費(fèi)很多損耗，而且增加了成本。設(shè)備是高度集成的，可以適應(yīng)多方面的適應(yīng)周期。交直流的混合微電網(wǎng)和傳統(tǒng)的交流微電網(wǎng)相比，效率可以提升6.5%，成本可以節(jié)約22%。
微電網(wǎng)市場前景。微電網(wǎng)在未來的三年內(nèi)市場規(guī)模穩(wěn)步增長，在建以及投入的微電網(wǎng)示范工程超過四百多個(gè)，輻射到歐美、歐洲、東亞。微電網(wǎng)會(huì)以新業(yè)態(tài)方式參與電力市場。如果我們的直流負(fù)荷占比非常高，那交直流混合微電網(wǎng)非常有價(jià)值，能源路由器會(huì)終結(jié)交直流之爭。
