我国十二五分布式能源智能微电网示范方案建议.docx
《我国十二五分布式能源智能微电网示范方案建议.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我国十二五分布式能源智能微电网示范方案建议.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
我国十二五分布式能源智能微电网示范方案建议
我国“十二五”分布式能源智能微电网示范方案建议
（简本）
（美国能源基金会支持项目）
能源局微电网工作组
2012.05
目录
前言1
第一章微电网发展现状及趋势3
1.1微电网的特点和分类3
1.2微电网关键技术3
1.3国内外发展现状与趋势5
1.4微电网的经济和社会效益6
第二章微电网发展面临的机遇与挑战8
2.1微电网发展面临的机遇8
2.2微电网发展面临的挑战8
2.2.1技术挑战8
2.2.2政策挑战10
第三章“十二五”发展目标及实施方案建议12
3.1发展目标12
3.1.1示范目标12
3.1.2示范数量12
3.2发展思路12
3.2.1独立微电网12
3.2.2与电网联网运行的微电网13
3.2.3电网友好型分布式可再生能源发电单元15
3.3实施方案建议15
3.3.1项目的准备和确定15
3.3.2项目的招投标和实施16
3.3.3项目的实施方案和实施进度16
3.3.4投资估算16
第四章保障措施18
4.1政策保障18
4.1.1亟待修改的法律法规18
4.1.2补贴标准的制订18
4.1.3加强财税政策支持力度18
4.1.4投资机制与保障19
4.1.5运营模式与保障19
4.1.6电网接入与互动机制19
4.2技术和装备研发19
4.3试验平台建设20
4.4标准规范和检测认证20
4.4.1微电网标准20
4.4.2微电网检测认证21
4.5人才培养和能力建设21
结语23
前言
电力作为重要的二次能源，具有清洁、高效、方便使用的优点，是能源利用的最有效形式之一，由电力的生产、传输、分配与使用过程而构成的电力系统也成为当今人类构建的最为复杂的物理系统之一。
因此，各种新能源的开发和利用，尤其是新能源发电，与传统电网的关系密不可分。
它既基于传统电网，又对电网提出了新的要求。
当前，作为集中式发电的有效补充，分布式发电区别于“大规模—超高压—高集中—远距离输送”可再生能源电力的发输电模式，其集成技术已日趋成熟，可降低可再生能源发电弃用率，提高供电可靠性、安全性和能效。
分布式发电技术正得到越来越广泛的应用。
既可以部署在边远无电地区，也可以部署在城市建筑环境，以智能电网技术为支撑的“因地制宜、多能互补、灵活配置、经济高效”的微电网，近年来成为可再生能源分布式发电领域发展中的一个引起各国高度关注的新兴课题。
2012年温家宝总理政府工作报告中提出的2012年主要任务“加快转变经济发展方式”中也提到的“加强用能管理，发展智能电网和分布式能源，实施节能发电调度、合同能源管理、政府节能采购等行之有效的管理方式”的要求。
微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。
微电网可以看作是小型的电力系统，它具备完整的发电和配电功能，可以有效实现网内的能量优化。
微电网有时在满足网内用户电能需求的同时，还需满足网内用户热能的需求，此时的微电网实际上是一个能源网。
按照是否与常规电网联结，微电网可分为联网型微电网和独立型微电网。
对于微电网课题的研究也响应了大规模分布式电源接入对电网架构产生影响的问题，同时也成为目前热点领域智能电网研究的有机组成部分。
另外，由于我国地域分布的特殊性以及电网发展的不平衡，在孤立海岛和西部边远地区的无电或是电网末端地区，局部区域组成微电网从而解决供电问题或提高供电可靠性的需求和潜力很大，适合我国国情，关乎民生，也应当给予关注。
由国家能源局和美国能源基金会支持的“分布式能源智能微电网课题”于2011年6月启动，中科院电工研究所牵头实施并组织开展“分布式能源智能微电网关键技术及微电网内各种电源组合配置研究”，中国电子工程设计研究院组织开展“分布式能源智能微电网运行、管理和政策研究”。
课题旨在促进智能微电网在我国的推广应用，为“十二五”期间我国微电网示范工程的区域布局、技术方案以及管理机制提供技术和政策支持。
课题实施过程中，课题组分别对欧洲，美国，日本及国内的微电网技术现状与发展趋势进行了深入调研，完成了国内外调研报告，并在调研的基础上多次进行了项目研究讨论和方案完善。
最终根据项目任务要求，以及结合“十二五规划”落实的实际需求，项目组完成了《分布式能源智能微电网关键技术与发展》、《我国“十二五”规划微电网示范实施方案建议》、《分布式智能微电网运行、管理和政策研究》三部分成果。
本简本是三部分研究成果的浓缩与凝练。
第一章微电网发展现状及趋势
1.1微电网的特点和分类
微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。
微电网可以看作是小型的电力系统，它具备完整的发电和配电功能，可以有效实现网内的能量优化。
微电网有时在满足网内用户电能需求的同时，还需满足网内用户热能的需求，此时的微电网实际上是一个能源网。
按照是否与常规电网联结，微电网可分为联网型微电网和独立型微电网。
联网型微电网：
具有并网和独立两种运行模式。
在并网工作模式下，一般与中、低压配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。
通过网内储能系统的充放电控制和分布式电源出力的协调控制，可以实现微电网的经济运行，对电网发挥负荷移峰填谷的作用；也可实现微电网和常规电网间交换功率的定值或定范围控制，减少由于分布式可再生能源发电功率的波动对电网的影响。
利用能量管理系统，可有效提高分布式电源的能源利用率。
在外部电网故障情况下，可转为独立运行模式，继续为微电网内重要负荷供电，提高重要负荷的供电可靠性。
通过采取先进的控制策略和控制手段，可保证微电网高电能质量供电，也可以实现两种运行模式的无缝切换。
独立型微电网：
不和常规电网相连接，利用自身的分布式电源满足微电网内负荷的长期供电需求。
当网内存在可再生能源分布式电源时，常常需要配置储能系统以抑制这类电源的功率波动，同时在充分利用可再生能源的基础上，满足不同时段负荷的需求。
这类微电网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。
1.2微电网关键技术
微电网作为分布式电源并网发电的一种新的组织形式，具有一些典型特点，如：
微电网中的分布式电源互相之间一般有一定的地理距离；微电网中使用大量的电力电子装置作为接口，使得微电网内的分布式电源相对于传统大发电机惯性很小或无惯性；很多微电网需要依赖储能装置来达到能量平衡等。
无论是联网型微电网还是独立型微电网，由于其电源构成、结构方式、运行模式等与常规电网都有很大的不同，这使得其在规划与设计、保护与控制、运行优化与能量管理、仿真分析等方面都有其自己的特点，需要采用专有的方法或技术加以解决，其关键技术体现在下述几个方面。
（1）微电网优化规划与设计：
微电网建设需要考虑风/光/气、冷/热/电等不同形式能源的合理配置与科学调度，建设运行比传统电网更加复杂。
此外，微电网还面临着一些分布式电源成本较高、技术经验不足、标准缺乏、行政政策障碍以及市场垄断等一系列挑战。
为了更好的指导微电网建设，必须对微电网进行合理的规划设计，从电网、用户、环保等多个角度全面详细的分析微电网的成本效益，以便使微电网的建设达到效益最大化的目标。
（2）微电网保护与控制：
微电网保护既要克服微电网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微电网配电系统对保护提出的新要求，同时微电网保护必须与微电网的运行特性、控制原理及对故障的响应特性结合起来；微电网控制包含系统级控制，也包含设备级控制（分布式电源及其相应变流器控制）。
由于微电网中大量电力电子装置的存在，使微电网或本地配网某些电能质量指标得到改善的同时，也可能使其他方面的指标恶化，因此微电网的控制还应包含电能质量综合控制。
（3）微电网运行优化与能量管理：
由于微电网集成了多种能源输入（太阳能、风能、常规化石燃料、生物质能等）、多种产品输出（冷、热、电等）、多种能源转换单元（燃料电池、微型燃气轮机、内燃机，储能系统等），微电网内能量的不确定性和时变性很强，微电网系统的能量管理与分布式电源优化调度方法与大电网的优化调度将会有很大不同。
当微电网中含有多种分布式电源时，全面利用各种控制和调节手段，通过对微电网内分布式电源的能量管理与经济调度，实现微电网的优化运行，提高微电网整体运行效率，是保证微电网高效可靠运行的保证。
（4）微电网仿真与实验系统：
仿真技术是微电网相关领域的重要研究手段。
鉴于微电网的复杂性，无论是研究其与大电网相互作用的机理，还是研究在各种扰动下的复杂动态行为；无论是研究其保护与控制问题，还是研究其规划设计问题，都需要强有力的仿真工具作为基础，同时需要构建兼容微电网分析仿真实验平台。
（5）微电网关键装备：
微电网中一些关键设备对于微电网的发展十分关键，这些设备主要包括发电设备、辅助设备和二次设备三类。
发电设备主要指小型风力发电机组（包括风力机、发电机、变流器、电控系统等）、并网光伏系统（包括光伏阵列、自动跟踪器、并网逆变器、监控系统等）、储能系统（包括储能装置、双向变流器、DC-DC充电控制器、电压源特性的逆变器、储能电池状态巡检仪等），以及燃料电池系统、冷热电联供系统等。
辅助设备包括静态开关、无功补偿装置、电能质量调节装置等。
二次设备包括保护装置、微电网控制系统、微电网适用的各类传感器和通信设备等。
上述技术或装备是发展微电网的基础，目前国家科技部已经支持了一批研究项目开展相关领域的研究工作，相关技术和装备正在日益走向成熟并市场化。
1.3国内外发展现状与趋势
“微电网”这个概念及其相关技术获得了世界很多国家的重视和推广，北美、欧盟、日本等国家和地区已加快进行微电网的研究和建设，并根据各自的能源政策和电力系统的现有状况，提出了具有不同特色的微电网概念和发展规划，在微电网的运行、控制、保护、能量管理以及对电力系统的影响等方面进行了大量研究工作，已取得了一定进展。
欧盟第五框架计划、第六框架计划持续支持了一批研究项目，建立了大量的微电网研究系统和示范系统。
美国权威研究机构CERTS对微电网的概念及热电联产式微电网的发展做出了重要贡献。
CERTS在威斯康辛麦迪逊分校建立了自己的实验室规模的测试系统，并与美国电力公司合作，在俄亥俄州Columbus的Dolan技术中心建立了大规模的微电网平台。
美国电力管理部门与通用电气合作，建成了集控制、保护及能量管理于一体的微电网平台。
此外，加州也建成了商用微电网DUIT。
北方电力和国家新能源实验室（NREL）在Vermont州建立了乡村微电网。
日本在分布式发电应用和微电网展示工程建设方面已走在了世界的前列，为推动微电网相关研究，日本NEDO专门组织建设了Hachinohe，Aichi，Kyoto和Sendai等微电网展示工程。
我国在微电网研究起步相对较晚，大规模的研究投入始于2008年国家科技部“973”项目“分布式发电供能系统相关基础研究”，其后，在科技部“863”计划项目支持下，启动了一批研究和示范工程项目。
微电网作为智能电网的有机组成部分，随着智能电网的发展而受到更加关注，对各种能源及负荷需求的包容性、运行与控制的灵活性、满足特定用户需求的定制性、提高可再生能源利用的经济性、运营管理的自治性等是微电网发展的基本方向，立足技术的开发与创新，将实用化、商业化作为目标，推进微电网的发展已成大势所趋。
1.4微电网的经济和社会效益
微电网技术的提出旨在中低压层面上实现分布式发电技术的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行时的主要问题，同时由于具备能量优化管理功能，可维持功率的局部优化与平衡，有效降低系统运行人员的调度难度。
微电网的经济和社会效益体现在多个方面。
针对联网型微电网，其效益可从电网、用户、环保等角度加以体现。
从电网角度看，微电网最大的优势在于可被电网视为可控单元，便于将传统的被动配电网转化为新型主动配电网。
具体来说有如下效益：
1）提高DG尤其是非传统和可再生能源渗透率/利用率；2）推迟电网升级改造，提高设备利用率；3）减少输配电网网损；4）提高供电安全性和可靠性；5）为电网提供辅助服务，如无功补偿、运行备用、黑启动等。
从用户角度看，微电网有如下效益：
1）提高能源利用率；2）减少用户配电站建设容量；3）降低能量损耗（电能和热能损耗）；4）降低停电损失；5）通过为不同可靠性需求用户提供可定制电源，降低供电成本；6）为电网提供本地无功补偿、运行备用、黑启动等辅助服务获得收益。
从环保角度看，微电网可降低污染物及温室气体排放水平。
联网型微电网成本主要包括从电网购电成本、供热成本、分布式发电（DG）和储能全寿命周期成本（包括按DG和储能寿命周期折算为等年值的初始投资成本、运行维护成本以及燃料成本）、停电损失以及污染物排放/治理成本等。
针对独立型微电网，其效益也可从电网、用户、环保等角度体现。
从电网角度看，独立型微电网便于向电网难以到达的偏远地区（如海岛、山区）负荷供电，以节省巨额的电网投资。
从用户角度来看，独立型微电网有如下效益：
1）通过为不同可靠性需求用户提供可定制电源，降低供电成本；2）降低化石燃料消耗，降低污染物及温室气体排放水平；3）提高供电可靠性。
独立性型微电网成本主要包括DG和储能全寿命周期成本（包括按DG和储能寿命周期折算为等年值的初始投资成本、运行维护成本以及燃料成本）、停电损失以及污染物排放/治理成本等。
中国目前尚有400多个住人岛屿，大部分没有海底电缆，只能依靠柴油发电机供电，电价昂贵（4元/kWh），噪声大、可靠性低、维护维修工作量大。
即便是有海底电缆的岛屿，海底电缆普遍的问题是年久失修，故障率高，随着海岛经济的发展远远无法满足海岛的供电需求。
中国有很多地区都靠小水电供电，但发电能力受丰、枯水期严重影响，急需改善供电质量。
在这些地区和海岛，有很丰富的可再生能源资源，完全可以通过当地资源建设多能互补的微电网，解决此类地区的电力供应问题。
第二章
微电网发展面临的机遇与挑战
2.1微电网发展面临的机遇
我国面临着供电紧张与节能减排压力，为微电网创造了发展机遇。
微电网以可再生发电为主要电源，典型特征之一就是分散性，非常适合在用户侧分散建设、分散利用，在大规模推广后既可以缓解电网供电压力，又可以促进节能减排目标的实现。
另外，以光伏、风电、小水电为主要电源的独立型微电网非常适合在边远地区推广，解决无电、缺电问题，满足电力供应的可持续发展需求。
光伏、风电技术进步与成本下降，为发展微电网提供了前提条件。
近年来光伏、风电成本迅速下降，资源丰富地区大型光伏电站上网电价已降至1元/kWh。
在我国售电电价较高的城市以及一些工业园区、商业建筑，在采取一定安装或电价补偿措施后，光伏发电成本已经可与电网售电电价竞争。
而在不少海岛和边远地区，独立型微电网的建设成本低于电网延伸成本。
智能电网及未来电力市场的演进，为发展微电网打开了市场空间。
与大型集中发电站相比，在微电网中的分布式发电建设周期短、供电损耗低，大量分布式发电相互联系可形成一个可控的“虚拟电厂”，从而与智能电网结合形成一个高效、灵活的电力系统。
随着未来电力市场的逐步形成，微电网可参与市场调节，从而通过市场途径提高能源利用率和供电质量。
可再生发电激励政策实施与完善，为发展微电网提供了政策准备。
我国针对可再生发电出台了上网电价等一系列激励政策和合同能源管理等配套管理政策，这些政策在促进风电、光伏的发展过程中已经证明切实可行，他们同样也可用于微电网的发展。
然而，也必须认识到针对微电网的政策还面临着巨大挑战，必须在激励政策和管理制度方面取得创新与发展。
2.2微电网发展面临的挑战
2.2.1技术挑战
科学地规划配电系统，对于降低微电网接入大电网的成本，提高微电网渗透率水平具有重要科学意义和经济价值。
由于微电网中的热/冷/电负荷不断变化，尤其还存在风能、太阳能这样的间歇式电源，使得微电网既可以作为负荷运行，从配电系统吸收电能，也可以作为电源向配电系统供电，配电系统由原来单一电能分配的角色转变为集电能收集、电能传输、电能存储和电能分配为一体的新型电力交换系统，因而，原有的将配电系统作为无源系统进行规划的方法已不再适应新环境下的系统规划要求，需要构建适用于含微电网的新型电力交换系统的规划模型、理论和方法。
微电网的保护既包含以切除故障元件、确保非故障系统安全运行为基本目标的常规意义下的保护问题，又包含切机、切负荷、解列、微电网保护等与微电网接入密切相关的问题，既要克服微电网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微电网配电系统对保护提出的新要求。
微电网的控制既包含微电网并网控制、微电网的频率与电压控制，又包含电能质量综合控制、分布式储能单元的协调控制等。
这些保护与控制问题有些属于微电网内部问题，有些则属于含微电网配电系统的问题。
微电网中的电源类型多、运行特性复杂，微电网有时作为配电系统的负荷运行，有时又作为电源向配电系统供电，这种角色的轮换大大复杂化了配电系统的保护与控制，需要更高水平的配网保护及控制系统与之相适应；微电网由于既能并网运行又能够独立运行，并且需要在不同运行模式切换过程中尽可能地平稳过渡，其保护与控制将变得十分复杂；此外，微电网中存在的大量电力电子逆变并网装置也使得电能质量的控制问题更加令人关注。
利用仿真技术研究系统的稳态和动态行为是电力系统研究中最常用的方法，也将是微电网相关领域的重要研究手段；微电网优化运行的目的是通过对微电网中各种分布式电源的科学化调度，实现能源利用效率的最大化。
二者的关联之处在于都需要研究分布式电源的建模方法，前者可以作为后者的基础性研究工具。
与大规模互联电力系统的仿真和优化运行相比，微电网在许多方面有其特殊性。
微电网集成了多种能源输入（太阳能、风能、常规化石燃料、生物质能等）、多种产品输出（冷、热、电等）、多种能源转换单元（燃料电池、微型燃气轮机、内燃机，储能系统等），是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的非同性复杂系统，具有实现化石燃料和可再生能源的一体化循环利用的固有优势。
因此，微电网系统的综合仿真与优化运行在思路上和方法上都有很多不同之处。
另外，与微电网内发电功率、发电方式（各种一次能源的形式和占比）、负载功率和负载类型相关，微电网的一个基本构成要素是它的储能能力。
这是由可再生的一次能源形式决定的，即大多数可再生一次能源（风能、太阳能和微小水电等）的间歇性和波动性。
为了获得连续可控的、有保障的二次能源供应，如电能和制热（冷）能源，关键是需要储能。
随着新能源技术的发展，各种储能技术也在不断发展，如电池储能、蓄水储能、飞轮储能、压缩储能和燃料电池等，但是的哦啊目前为止，这些储能技术都存在着这样那样的问题，比如寿命短和价格高。
储能的成本推高了微电网的发电输电配电成本，使之尚无法与常规电力竞争。
而储能技术的发展大都属于基础科学和基础材料的领域。
总之，微电网的发展面临着多方面的技术挑战，这些技术领域的研究工作已经获得了国家科技部的高度重视，已经启动了一批973项目和863项目，相信经过一段时间的努力，特别是与示范工程建设相结合，这些挑战将会获得很好的解决。
2.2.2政策挑战
我国出台了一些新能源和分布式发电相关法律法规，如《节约能源法》、《可再生能源法》等，我们在实践过程中对《可再生能源法》进行了反复研究，发现这些法律在宏观上确实具有很强的指导意义，是分布式发电微电网等新兴技术的发展的基本法律保障。
2012年3月份温家宝总理在政府工作报告中也提及要“发展智能电网和分布式能源”，分布式发电及微电网正面临着前所未有的发展机遇。
但到具体实施层面上发现了很多问题，由于缺乏电网接入、投资盈利模式、建设运营模式等方面的专门政策及规范。
阻碍了分布式发电微电网项目的建设发展，主要有以下几点：
A）存在制约电力市场的形成的法律条款
现行的《电力法》在一些方面已明显滞后与电力工程发展需要。
如国务院《电网调度管理条例》中规定的调度权问题和《电力法》中规定“一个供电营业区内只设立一个供电营业机构”的政策不适合市场化电力市场的形成，不能鼓励投资方投资微电网项目的积极性，对于微电网项目市场化经济合理运作有阻碍作用。
以新能源应用为基础的分布式发电微电网项目不同于传统的火电、水电、核电等传统能源，按传统的电力调度和接入管理办法在实践中已证明是不可行的，已经造成大量资源的浪费。
《电力法》中对综合能源规划，能源梯级利用，综合性的，多能源互补，多优化目标的规划理念和方法仍然认识不足，亟需修定该类规范和法规。
B）中央宏观政策和地方利益之间的协调问题
根据以往的经验发现，地方政府在宏观政策的指导下，往往根据地方和发展需要，甚至为了短期的GDP和招商引资指标，把惠及子孙后代的重要资源和当前的业绩捆在一起，因此带来许多问题，如开发不科学、设置的门槛不合理、设定的程序不透明以及整个参与过程出现很多不公平现象。
导致了风能、太阳能等制造行业的不健康发展，产能严重过剩；部分地方政府的保护主义政策也是造成部分地区风能、太阳能并网难问题的因素之一。
C）分布式智能微电网发电企业与电网运营企业的利益协调问题
在当前电力体制和电网业绩考核机制下，电网企业支持微电网发展的内在动力不足，对分布式智能微电网发电缺乏支持，甚至阻挠分布式发电并网。
从长远来看，随着分布式能源的大规模发展，微电网项目示范工程的开展需要大力推动电力体制改革，改变电网企业考核方式，建立“电网企业负责传输电力，允许微电网参与局域网内的发电、输电、售电和微电网内全面管理”的运行机制，彻底解决分布式智能微电网发电并网问题，推动我国微电网项目的发展。
D）技术规范标准尚未制定，管理体系尚未建立
目前对于分布式发电接入系统没有统一规定，为了避免机组低负荷运行，分布式发电的规模均非常小，利用小时低。
同样，在联网型微电网的接入问题上也存在上述问题，没有微电网并网的统一规定和法规要求。
第三章“十二五”发展目标及实施方案建议
3.1发展目标
3.1.1示范目标
“十二五”期间在全国推广30个微电网示范工程，包括10个独立微电网示范和20个联网微电网示范。
“十二五”还将开展4个电网友好型分布式可再生能源发电单元，控制此类发电单元实现恒功率输出或调峰输出，探索克服RE发电系统不连续、不稳定和不可控的技术方案。
3.1.2示范数量
表1、“十二五”微电网示范类型和数量汇总
分类
项目类型
数量
平均功率（MW）
总功率
（MW）
独立微电网
海岛独立微电网
5
6.5
32.5
有水电地区独立微电网
2
40
80
无水电地区独立微电网
3
5
15
联网微电网
自建自用型微电网
8
2
16
合同能源管理型微电网
7
2
14
服务型微电网
5
30
150
可控型RE发电单元
风光互补
2
2
4
光伏发电
2
2
4
合计
34
315.5
30个微电网和4个发电单元示范总功率:
315.5MW
3.2发展思路
3.2.1独立微电网
沿海岛屿：
主要分布在辽宁、山东、浙江、福建和广东。
主要技术类型为风电、光伏发电、垃圾发电和燃油机组。
在海岛建立可再生能源微电网示范的经济目的是减少柴油的用量，降低发电成本、减少噪声和环境污染。
表2、海岛独立微电网设计要点
定义
海岛独立微电网
技术方案
风力发电、光伏发电、垃圾填埋或直燃（可选）、蓄电池、柴油机/天然气（备用）
装机容量
5个示范项目，平均项目规模6.5MW，合计32.5MW。
单个项目：
1.5MW风力发电，1.5MW光伏发电，蓄电池15MWh，垃圾发电500kW，备用柴油机（天然气）3MW。
边远地区微电网：
主要分布在西藏、
升级会员 