河北電力科學(xué)研究院研發(fā)的風(fēng)光儲熱一體化智慧微電網(wǎng)系統(tǒng)在保障園區(qū)用能經(jīng)濟、可靠的同時，為工業(yè)企業(yè)節(jié)能降碳、建設(shè)綠色園區(qū)提供了切實可行的解決方案——

10月8日10時20分，河北電力科學(xué)研究院科技園區(qū)(以下簡稱電力科技園區(qū))，秋日的陽光透過云層照射下來，落到光伏板上，一縷縷陽光瞬間轉(zhuǎn)換成清潔綠色的電能，滿足整個園區(qū)的用能需求。從園區(qū)智慧能源管控平臺上可以看到，此時園區(qū)內(nèi)分布式光伏發(fā)電及兩臺小型風(fēng)機的發(fā)電功率是236千瓦，園區(qū)內(nèi)用電負荷是207千瓦，園區(qū)用能全部來自清潔能源。

國網(wǎng)河北省電力有限公司聚焦綠色智慧微電網(wǎng)建設(shè)，持續(xù)攻關(guān)技術(shù)難題。河北電科院研發(fā)的風(fēng)光儲熱一體化智慧微電網(wǎng)系統(tǒng)于3月底在電力科技園區(qū)落地，截至9月底發(fā)電量已超過28.4萬千瓦時。其間有57天，園區(qū)清潔能源發(fā)電量超過園區(qū)用電量。這套智慧微電網(wǎng)在保障園區(qū)用能經(jīng)濟、可靠的同時，也為工業(yè)企業(yè)節(jié)能降碳、建設(shè)綠色園區(qū)提供了切實可行的解決方案。

錨定微網(wǎng) 十年接力創(chuàng)新攻關(guān)

占地61950平方米的電力科技園區(qū)于2013年建成，河北電科院十余個實驗室近百個技術(shù)研發(fā)單元集中在此。2012年5月，河北電科院于園區(qū)建成前就啟動了為園區(qū)量身定制的光儲熱一體化微電網(wǎng)示范工程。當(dāng)時，國內(nèi)微電網(wǎng)建設(shè)尚在探索，許多微電網(wǎng)項目都停留在單級電網(wǎng)階段。河北電科院攻關(guān)交直流多級微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行和控制關(guān)鍵技術(shù)，不僅在工程中接入了分布式光伏發(fā)電、地源熱泵等多種電源形式，還提出了一種創(chuàng)新應(yīng)用分級自主控制技術(shù)的交直流混合多級微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，實現(xiàn)了對微電網(wǎng)電能的集中管理和分散控制。2014年11月，光伏發(fā)電、電力儲能、地源熱泵一體化交直流混合多級微電網(wǎng)示范工程在電力科技園區(qū)開始運行。

近年來，“雙碳”目標(biāo)持續(xù)推進，微電網(wǎng)備受各方關(guān)注。2022年8月，工信部、國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》，明確提出加快工業(yè)綠色微電網(wǎng)建設(shè)。當(dāng)年10月，一張全新的微電網(wǎng)在電力科技園區(qū)開始建設(shè)。

“這次，我們不僅想建設(shè)更綠色更低碳的微電網(wǎng)，還想通過智慧柔性調(diào)節(jié)實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)更加友好的互動，為前景廣闊的工業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)建設(shè)探路。”河北電科院新能源技術(shù)研究團隊負責(zé)人胡雪凱介紹。

在這次的風(fēng)光儲熱一體化智慧微電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中，新能源技術(shù)研究團隊部署了488千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)、4千瓦風(fēng)機、170千瓦時儲能、冷熱雙功率地源熱泵以及50千瓦能量路由器。為了讓電能更可控，團隊還自主開發(fā)了智慧能源管控平臺，創(chuàng)新應(yīng)用源網(wǎng)荷儲信息感知和協(xié)調(diào)控制技術(shù)，向建設(shè)更加智慧更加綠色的微電網(wǎng)目標(biāo)邁進。

持續(xù)創(chuàng)新 不斷優(yōu)化運行效果

智慧能源管控平臺是園區(qū)智慧微電網(wǎng)系統(tǒng)的“中樞大腦”。河北電科院新能源技術(shù)研究團隊通過平臺為微電網(wǎng)設(shè)定了三種運行模式——經(jīng)濟模式、響應(yīng)電網(wǎng)模式、離網(wǎng)模式。

團隊最看重的是響應(yīng)電網(wǎng)模式的設(shè)計。“我們深入分析大電網(wǎng)的負荷特點，預(yù)設(shè)了多個典型季節(jié)負荷場景，這樣系統(tǒng)可自動根據(jù)天氣匹配運行方式，主動為大電網(wǎng)削峰填谷，同時接收電網(wǎng)控制指令，實時響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)控需求。”胡雪凱說。在研發(fā)團隊看來，微電網(wǎng)發(fā)展始終離不開大電網(wǎng)托底，微電網(wǎng)更加積極主動地響應(yīng)大電網(wǎng)需求，有助于二者長遠發(fā)展。那么如何推動這一模式更加精準(zhǔn)地實現(xiàn)?

園區(qū)智慧微電網(wǎng)研發(fā)的另一個重點就是對分布式光伏發(fā)電的管理，“馴服”它就能更有效地控制微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的能量流動。在電力科技園區(qū)，一臺自主研發(fā)的主動支撐型(構(gòu)網(wǎng)型)光伏逆變器承擔(dān)起這一重任。它可以有效解決光伏發(fā)電的隨機性、間歇性、波動性等問題，讓分布式光伏發(fā)電可以根據(jù)電網(wǎng)需求進行柔性調(diào)節(jié)，而不再只有并、離網(wǎng)的簡單選擇。這臺新型的逆變器不僅能滿足微電網(wǎng)的建設(shè)需求，更是應(yīng)對高比例新能源接入配電網(wǎng)新形勢的一項創(chuàng)新成果。

今年年初，河北電科院高安全型高壓鏈?zhǔn)絻δ芟到y(tǒng)研發(fā)成功，有效解決了多電芯或電池簇并聯(lián)帶來的能量損耗等問題，將能量轉(zhuǎn)化效率提升到99%以上。該套儲能系統(tǒng)配置了獨立的液氮滅火系統(tǒng)，使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠性達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。這一成果也迅速應(yīng)用到園區(qū)微電網(wǎng)建設(shè)中。

高效運行 打造低碳園區(qū)解決方案

3月26日，風(fēng)光儲熱一體化智慧微電網(wǎng)在電力科技園區(qū)啟用。

在這張微電網(wǎng)的支撐下，白天，電力科技園區(qū)依靠分布式光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電運行，風(fēng)光新能源發(fā)電量超出用電負荷時，智慧能源管控平臺就會控制儲能系統(tǒng)充電;夜間，分布式光伏無法發(fā)電時，儲能系統(tǒng)開始放電，基本實現(xiàn)近零碳園區(qū)建設(shè)目標(biāo)。與此同時，在大電網(wǎng)出現(xiàn)波動、電壓失穩(wěn)等情況時，園區(qū)微電網(wǎng)就會根據(jù)電力系統(tǒng)需求通過并、離網(wǎng)操作對大電網(wǎng)進行充放電，確保園區(qū)正常發(fā)供電并助力大電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

為了精準(zhǔn)控制能量輸送和匹配控制，河北電科院還在園區(qū)微電網(wǎng)中開發(fā)應(yīng)用了能量檢測管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用能量監(jiān)測及能效管理模塊，改變園區(qū)不同單元的能源消耗占比，形成多級微電網(wǎng)協(xié)同運行的調(diào)度模式，以最大化互補效益為目標(biāo)進行不同能源之間的調(diào)度優(yōu)化，形成“多級子網(wǎng)、開放接入、靈活組合、規(guī)模可調(diào)”的園區(qū)供用電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

微電網(wǎng)的清潔能源有效支撐了園區(qū)日常運行，即使在夏季負荷高峰時段，清潔能源發(fā)電也能占到園區(qū)全部用能的67%。據(jù)了解，該微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計運行年限為25年，在此期間將為園區(qū)提供超過1000萬千瓦時的清潔電能，相當(dāng)于節(jié)約近4000噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排9970噸二氧化碳。

園區(qū)微電網(wǎng)節(jié)能減排及智慧管控的顯著效果吸引了眾多外部單位的關(guān)注。年初以來，河北工業(yè)大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)等多家單位到電力科技園區(qū)實地調(diào)研。

“在工業(yè)企業(yè)日益增長的節(jié)能降碳需求下，綠色智慧的微電網(wǎng)正在加速發(fā)展。”胡雪凱表示，新能源技術(shù)研究團隊將持續(xù)推進微電網(wǎng)優(yōu)化升級，努力在這一領(lǐng)域打造出更實用的樣板。