一、案例介紹
隨著新型電力系統(tǒng)進(jìn)程加快,新能源裝機(jī)占比逐步提高,發(fā)電側(cè)波動(dòng)性、隨機(jī)性導(dǎo)致可靠容量降低。加之jiduan天氣帶動(dòng)負(fù)荷快速增長(zhǎng),造成電力供需緊張、電網(wǎng)尖峰負(fù)荷屢創(chuàng)新高,對(duì)現(xiàn)有能源供應(yīng)帶來巨大挑戰(zhàn)。
國(guó)家電投五凌電力有限公司(簡(jiǎn)稱“五凌電力")根據(jù)長(zhǎng)沙電網(wǎng)結(jié)構(gòu),分析區(qū)域用能特點(diǎn),結(jié)合保供需求,建設(shè)以分布式電源、儲(chǔ)能、充電、供冷供熱、可調(diào)負(fù)荷等多能一體的綜合智慧零碳電廠,緩解區(qū)域能源供需嚴(yán)峻形勢(shì),助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
綜合智慧零碳電廠架構(gòu)圖
二、技術(shù)方案
綜合智慧零碳電廠是指利用電力網(wǎng)連接,通過協(xié)調(diào)控制、智能計(jì)量以及信息通信等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)“通信"和“聚合",將相對(duì)分散的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)等元素通過天樞智慧系統(tǒng)進(jìn)行集成調(diào)控,構(gòu)建對(duì)內(nèi)協(xié)調(diào)平衡、對(duì)外與電網(wǎng)友好互助的“智慧調(diào)控+可控負(fù)荷/儲(chǔ)能/分布式電源"聚合體。實(shí)現(xiàn)綠能就近取材、就地消納利用,提高能源自給率,緩解能源供需矛盾。通過綠電直供、儲(chǔ)能、節(jié)能改造等技術(shù)的應(yīng)用,引導(dǎo)用戶分時(shí)用能,促使用戶用電更加合理、穩(wěn)定、高效、節(jié)能,切實(shí)降低用戶的用能成本。充分挖掘和利用靈活性資源,平抑負(fù)荷波動(dòng),幫助用戶科學(xué)、高效地參與需求側(cè)響應(yīng),獲得額外收益。最終通過天樞智慧系統(tǒng)對(duì)可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行調(diào)控和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)削峰填谷、促進(jìn)電力供需平衡和適應(yīng)新能源電力運(yùn)行,解決傳統(tǒng)電網(wǎng)的備用容量及滯后性、靈活性不足和風(fēng)光等新能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性造成對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷特性沖擊的問題,提升電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性,支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
長(zhǎng)沙綜合智慧零碳電廠從分布式電源、儲(chǔ)能、充電樁、清潔供冷供熱、售電大客戶合作、可調(diào)負(fù)荷聚合、綠證交易等場(chǎng)景入手,按照“自建+聚合"方式分期建設(shè)、分步推進(jìn),規(guī)劃總投資約18億元,建設(shè)/聚合分布式電源裝機(jī)239.34MW,接入各類工商業(yè)負(fù)荷1191.84MW,以及用戶側(cè)儲(chǔ)能83.7MW /178.6MWh,最終形成difeng能力716.4MW,調(diào)峰能力644.64MW,調(diào)頻容量178.6MW。預(yù)計(jì)2025年底前全部建成投產(chǎn)。
三、客戶收益
綜合智慧零碳電廠是典型的多方共贏商業(yè)創(chuàng)新模式。
(1)對(duì)于地方政府,可以提升地方能源供應(yīng)能力,保障用能安全,推動(dòng)能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,改善生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)區(qū)域綠色低碳發(fā)展,保障社會(huì)民生,助力實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。
(2)對(duì)于電網(wǎng)企業(yè),可以增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力,平抑負(fù)荷波動(dòng),補(bǔ)充尖峰缺口,保障區(qū)域電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)對(duì)于工商業(yè)用戶,可以降低用能成本,增加收入,提高用電安全性,并提高用能綠電比例,緩解減碳需求,同時(shí)實(shí)現(xiàn)用能的智慧化管控。
(4)對(duì)于個(gè)體用戶,可以增加居民收入,降低用能成本,并提升生物質(zhì)等資源化利用水平,改善炊事、采暖用能條件,實(shí)現(xiàn)智慧低碳生活,提升個(gè)體用戶幸福感。
四、企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)建設(shè)正當(dāng)時(shí)
4.1 虛擬電廠加快落地
隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,各地智慧電廠、虛擬電廠建設(shè)也不斷從調(diào)研進(jìn)入實(shí)施階段,并且取得較大進(jìn)展。除了上面案例中的長(zhǎng)沙智慧電廠外,比如嘉興市虛擬電廠管理平臺(tái)已接入涵蓋儲(chǔ)能設(shè)施、空調(diào)、充電樁、光伏電站等負(fù)荷資源4920MW,其中可調(diào)負(fù)荷資源達(dá)821.4MW,預(yù)計(jì)削峰能力為246.1MW、填谷能力為228.2MW。虛擬電廠的建設(shè)快速進(jìn)展的同時(shí),電網(wǎng)公司也加強(qiáng)力度組織調(diào)用虛擬電廠負(fù)荷資源進(jìn)行削峰填谷,立足“政府主導(dǎo)、電網(wǎng)主動(dòng)、企業(yè)主體"的建設(shè)模式,進(jìn)一步為虛擬電廠盈利兌現(xiàn)創(chuàng)造條件。
4.2 新能源建設(shè)成本大幅降低
從用電企業(yè)的角度來看,隨著電改走向深水區(qū),如果不會(huì)合理使用、調(diào)度新能源,企業(yè)的用電成本將可能不降反升,對(duì)于高能耗企業(yè)來說,這也會(huì)進(jìn)一步壓縮企業(yè)的利潤(rùn)空間。2023年以來國(guó)內(nèi)光伏、鋰電池產(chǎn)能過剩導(dǎo)致光伏組件、儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格大幅下跌,光伏組件價(jià)格大幅下降,歷shi上d一次出現(xiàn)了每瓦低于1元的價(jià)格,這個(gè)價(jià)格只有去年同期50%左右。儲(chǔ)能鋰電池價(jià)格同樣大幅下降,儲(chǔ)能系統(tǒng)中標(biāo)均價(jià)甚至低至0.9元/Wh,這和一年前2元/Wh左右的成本相比已經(jīng)下降50%以上,這也導(dǎo)致投資光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)的度電成本越來越低,投資回報(bào)率越來越高。所以現(xiàn)階段優(yōu)質(zhì)用電企業(yè)都是綜合能源投資的香餑餑,本著誰投資誰受益的原則,對(duì)企業(yè)來說現(xiàn)階段也是投資建立自身企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)的最佳時(shí)機(jī),這也將為企業(yè)在將來的能源變革中取得更大的話語權(quán)和靈活性。
五、安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)解決方案
智慧電廠或虛擬電廠實(shí)際上就是眾多用電企業(yè)微電網(wǎng)的聚合體,包括分布式光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、汽車充電樁等,根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)行需求響應(yīng)來保障電網(wǎng)安全,降低供用電成本。所以一個(gè)虛擬電廠實(shí)際上是數(shù)量眾多的企業(yè)微電網(wǎng)組成的聚合體。
AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)融合企業(yè)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能管理等功能,用戶通過一個(gè)平臺(tái)可全局、整體的對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維,幫助企業(yè)提高供電可靠性,就地消納新能源發(fā)電,提高用電效率,降低用電成本,功能見圖1 所示。
圖1 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)功能示意圖
企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)包含安裝于現(xiàn)場(chǎng)的電量傳感器、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和能效管理軟件。電量傳感器用于監(jiān)測(cè)和控制企業(yè)的負(fù)荷設(shè)備和分布式發(fā)電設(shè)備,傳感器的數(shù)據(jù)接入邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān),每個(gè)網(wǎng)關(guān)可以看做是一個(gè)區(qū)域指揮部,采集所接傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后上傳AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理軟件或轉(zhuǎn)發(fā)第三方平臺(tái),網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)預(yù)設(shè)閾值或自動(dòng)學(xué)習(xí)來執(zhí)行邏輯計(jì)算,并AcrelEMS執(zhí)行的指令。AcrelEMS可以看做是企業(yè)微電網(wǎng)的指揮部,根據(jù)網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù)生成各類圖表、控制策略和分析結(jié)論,并響應(yīng)虛擬電廠的調(diào)度指令,系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。
圖2 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
5.1 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)功能
5.1.1 電力監(jiān)控
對(duì)企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補(bǔ)償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、接點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制,監(jiān)測(cè)企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理,對(duì)故障及時(shí)處理并發(fā)出告警信息,提高企業(yè)供電可靠性。
圖3 電力監(jiān)控功能
5.5.2 能耗分析
采集企業(yè)電、水、燃?xì)獾饶茉聪模M(jìn)行分類分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì),計(jì)算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢(shì),對(duì)標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷,計(jì)算企業(yè)碳排放,為企業(yè)制定碳達(dá)峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。
圖4 能耗分析功能
5.5.3 照明控制
智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、光照感應(yīng)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等,并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器,實(shí)現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅,并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實(shí)現(xiàn)集中控制,為企業(yè)節(jié)約照明用電。
圖5 照明控制功能
5.5.4 分布式光伏監(jiān)控
監(jiān)測(cè)企業(yè)分布式光伏電站運(yùn)行情況,包括逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計(jì)以及光伏發(fā)電功率控制。
圖6 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)
5.5 儲(chǔ)能管理
監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲(chǔ)能變流器(PCS)運(yùn)行,包括運(yùn)行模式、功率控制模式,功率、電壓、電流、頻率等預(yù)定值信息、儲(chǔ)能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度,根據(jù)企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)以及上級(jí)平臺(tái)指令設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略,控制儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電,實(shí)現(xiàn)削峰填谷,降低企業(yè)用電成本。
圖7 儲(chǔ)能管理
5.6 充電樁運(yùn)營(yíng)管理
監(jiān)測(cè)企業(yè)充電樁的運(yùn)行狀態(tài),提供充電樁收費(fèi)管理和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能,并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷率變化和虛擬電廠的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率,使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。
圖9 充電樁管理
5.7 需求響應(yīng)
根據(jù)企業(yè)負(fù)荷波動(dòng)數(shù)據(jù),再結(jié)合虛擬電廠的調(diào)度指令,決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應(yīng),平臺(tái)可通過給儲(chǔ)能系統(tǒng)下發(fā)控制策略,調(diào)整充發(fā)電時(shí)間。平臺(tái)在需求響應(yīng)時(shí)間段調(diào)整可控負(fù)荷功率,停止給可中斷負(fù)荷供電,并且可以根據(jù)企業(yè)可控負(fù)荷數(shù)據(jù)制定需求響應(yīng)控制策略,實(shí)現(xiàn)一鍵響應(yīng)。
此外,AcrelEMS還具備電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理、電氣安全監(jiān)測(cè)、電能預(yù)付費(fèi)管理、設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)維工單管理、3D建模等功能,幫助用電企業(yè)實(shí)現(xiàn)供配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化管理。
5.2 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)硬件設(shè)備
安科瑞針對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)除了軟件外,還具備現(xiàn)場(chǎng)傳感器、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)等設(shè)備,組成了完整的“云-邊-端"能源互聯(lián)網(wǎng)體系,具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等,可以為企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)建設(shè)提供一站式服務(wù),部分設(shè)備見表1。
六、未來展望
面向未來,AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)將結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)、服務(wù)“雙碳"目標(biāo),積極利用安科瑞“云-邊-端"的能效系統(tǒng)體系和企業(yè)微電網(wǎng)能效管理技術(shù)積累幫助企業(yè)改造傳統(tǒng)電網(wǎng),推動(dòng)企業(yè)微電網(wǎng)向更加智慧、更加安全、更加友好的智慧能源系統(tǒng)升級(jí)。未來新型電力系統(tǒng)中,企業(yè)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的互動(dòng)也會(huì)越來越頻繁,這也需要企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)來對(duì)企業(yè)的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充"及運(yùn)維進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和管理,這樣才能保障企業(yè)微電網(wǎng)高效運(yùn)行,從而促進(jìn)新型電力系統(tǒng)邁向穩(wěn)定、可靠、低碳的良性循環(huán)。