2.3 小水電+分散式風電

我國水能資源極為豐富，如貴州省位于云貴高原東坡，氣候溫和多雨，水系發(fā)達，支流眾多，河流落差集中，是中國水力資源較為豐富的地區(qū)之一。因此，結(jié)合當?shù)貙嶋H開發(fā)建設小型水電，既可解決當?shù)赜秒婋y題，又可服務發(fā)展地方經(jīng)濟;此外，目前國家實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動清潔能源開發(fā)利用，政策層面為小水電的發(fā)展提供了較大的發(fā)展空間和機遇。

小水電通常是指容量在50 MW以下的水力發(fā)電站，從容量角度來看，小水電位于所有類型水電站的末端。此外，一般而言，小水電并網(wǎng)電壓等級均偏低，絕大多數(shù)小水電并入10～110 kV配電網(wǎng)。

小水電具有數(shù)量多、分布廣、容量小的特點。在實際中，與中大型水電站一般具有蓄水調(diào)節(jié)水庫不同，大多數(shù)小水電為徑流式電站，本質(zhì)上無調(diào)節(jié)能力。

小水電出力具有明顯季節(jié)性的特點，在豐水期，小水電機組集中發(fā)電，當?shù)嘏潆娋W(wǎng)難以消納過多水電時，可能導致調(diào)度機構出于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行強制要求小水電棄水限電;而相反枯水期間，小水電機組發(fā)電量不足，無法為上級電網(wǎng)供應足夠的電力。小水電出力不能與當?shù)赜秒娦枨笃ヅ洌虼似溥\行受到了較大限制。與此同時，目前各地電網(wǎng)企業(yè)對小水電的發(fā)電管理仍較為粗放，存在小水電管理體系不完善、缺乏調(diào)度和監(jiān)測技術等問題;絕大多數(shù)小型水電站的并網(wǎng)運行不受電力調(diào)度機構管理和控制，呈現(xiàn)“多來多發(fā)、少來少發(fā)、有水則發(fā)、無水則停”的自由和無序狀態(tài)。

而分散式風電是指風力發(fā)電機組以多點方式接入中低壓配電網(wǎng)絡，并網(wǎng)運行受電力調(diào)度機構統(tǒng)一調(diào)度的風力發(fā)電利用模式。目前，與集中式風電開發(fā)模式通過輸電網(wǎng)消納大規(guī)模風電不同，在分散式風電發(fā)展初期，風電機組需就近規(guī)劃和接入在運行的10 kV、35 kV和110 kV 3個電壓等級的配電網(wǎng)網(wǎng)絡，其并網(wǎng)最高電壓等級為110 kV。由于傳統(tǒng)110 kV電網(wǎng)傳輸距離約為100 km，因此分散式風電將就近被本地電網(wǎng)消納。

時間上出力的波動特性使得分散式風電和小水電兩種電源具備較大的互補特性。以中國南方為例，在水力資源方面，受亞熱帶季風氣候影響，一般而言，春夏季為河流豐水期，秋冬季為河流枯水期。在風力資源方面，冬季主要受西伯利亞高壓的影響，風向較為穩(wěn)定，風力資源豐富。風能資源總體時間分布特征為夏季風小，冬春季風較大。其次，就出力波動性而言，小水電日波動小，但季節(jié)性波動較大;而風電的日波動性很大，季節(jié)性波動卻較小。

綜上所述，在建設場地有限的產(chǎn)業(yè)園區(qū)可結(jié)合當?shù)刎S富的水電資源優(yōu)勢以及小水電和風電的天然互補特征，發(fā)展小水電+分散式風電多能互補綜合能源系統(tǒng)的建設形式，從而最大限度的利用當?shù)厍鍧嵞茉矗瑴p輕間歇性可再生能源發(fā)電并網(wǎng)給配電網(wǎng)絡帶來的沖擊。風水多能互補綜合能源系統(tǒng)形態(tài)示意圖如圖2所示。此外，以小水電為基礎，還可形成水光多能互補、風水光多能互補等典型綜合能源系統(tǒng)。

圖2產(chǎn)業(yè)園區(qū)風水互補綜合能源系統(tǒng)形態(tài)示意圖

2.4 園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)

產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)是在主網(wǎng)配網(wǎng)協(xié)同控制的基礎上，具備分布式發(fā)電、儲能、需求側(cè)響應、柔性負荷和電動汽車等豐富的電源負荷調(diào)控手段，能夠針對能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)的實際運行狀態(tài)，以經(jīng)濟性和安全性等為控制目標，自適應調(diào)節(jié)其網(wǎng)絡結(jié)構、發(fā)電單元及負荷的智能配電網(wǎng)絡。

典型產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)示意圖如圖3所示。在產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)中，大量的分布式發(fā)電單元從不同節(jié)點并網(wǎng)后將導致配電網(wǎng)由傳統(tǒng)輻射狀的網(wǎng)絡變?yōu)閿?shù)量眾多的中小電源和用戶的互聯(lián)網(wǎng)絡，從傳統(tǒng)意義上“配電系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變成為一個“電力交換系統(tǒng)”。從本質(zhì)上來看，主動配電網(wǎng)主要包含3方面特征:交直流混合架構、運行態(tài)勢準確感知以及源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制。

圖3 產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)示意圖

隨著光伏、電動汽車等直流源荷在工業(yè)園區(qū)中快速增加，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)絡的兼容性和適應性亟待提高。園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)可根據(jù)需求采用交直流混合架構，其中直流子配電網(wǎng)為直流源荷的接入提供了極為便利的途徑。各類型沖擊負載，可再生能源發(fā)電和直流負荷可通過DC/DC變壓器直接連接至直流配電網(wǎng)絡，由于無需傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)絡中的DC/AC環(huán)節(jié)，有效簡化了控制系統(tǒng)，降低了損耗，節(jié)省了工程造價。此外，通過交直流雙向變流器，可實現(xiàn)對混合網(wǎng)絡潮流的柔性控制以及全局系統(tǒng)能量的優(yōu)化調(diào)度和管理。

通過根據(jù)園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)中各種測量設備的測量和狀態(tài)估計數(shù)據(jù)準確判斷當前配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，以及基于負荷歷史數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預報高精度預測負荷/可再生能源信息，可實現(xiàn)對園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)態(tài)勢的全面精確感知。

源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制是園區(qū)能源互聯(lián)主動配電網(wǎng)的中心所在，通過對配電網(wǎng)絡源網(wǎng)荷對象的主動調(diào)控和管理，實現(xiàn)配電網(wǎng)絡的低成本高效安全運行以及可再生能源的最大程度消納。主動配電網(wǎng)的控制要素覆蓋源網(wǎng)荷3方面，具體可包括聯(lián)絡開關變化為代表的電力網(wǎng)絡控制，可再生能源發(fā)電調(diào)度為代表的電源功率控制，以及以電動汽車充放電控制策略為代表的靈活互動。

2.5 多能互補綜合能源系統(tǒng)

對于大多數(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)來說，負荷存在用電、用熱、用冷等多種用能需求，且用能數(shù)量大，節(jié)能空間廣。因此具有利用多能互補、源網(wǎng)荷儲協(xié)同技術為工業(yè)園區(qū)提供能源整體服務的需求，以滿足園區(qū)多樣化的能源需求，提高供能質(zhì)量，為用戶節(jié)約用能成本。

產(chǎn)業(yè)園區(qū)典型多能互補綜合能源系統(tǒng)的形態(tài)示意圖如圖4所示。它將電、氣、熱、冷、氫等多類型能源環(huán)節(jié)與信息、交通等其他社會支持系統(tǒng)進行有機集成，通過對多類型能源的集成優(yōu)化和合理調(diào)度，實現(xiàn)多類型能源的梯級利用，提高能源利用效率，提升供能可靠性。同時，多能源系統(tǒng)的有機協(xié)調(diào)，對延緩輸配電系統(tǒng)的建設，消除輸配電系統(tǒng)的瓶頸，提高各設備的利用效率具有重要的作用。在緊急情況下，當電力或天然氣系統(tǒng)受到天氣或意外災害的干擾而中斷時，多能互補綜合能源系統(tǒng)可以利用就地能源為重要用戶提供不間斷的能源供應，并為故障后能源供應系統(tǒng)的快速恢復提供動力支持。

圖4產(chǎn)業(yè)園區(qū)多能互補綜合能源系統(tǒng)形態(tài)示意圖