一種具商業推廣價值的工業微電網

劉敏津

（廣東南海電力設計院工程有限公司 廣東佛山 528200）

1 什么是微電網

微電網是一種相對于傳統大電網的新型網絡結構，一般由微電源、負荷、儲能系統和控制裝置構成的系統單元，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行一段時間[1]。

2 微電網的意義

隨著我國的電源結構和能源戰略的調整，清潔、可再生的能源會有更大的舞臺。目前電力改革的思路主要是“放開兩頭，管住中間”，其中，兩頭分別是指發電端和受電端，中間是指輸變電，而微電網中的分布式發電是將發電端和受電端結合的一種方式，省去了中間的輸變電過程，可以預見，未來將形成以大電網為主干、以微電網（群）為有機細胞的智能電網構架，通過智能微電網的高度自治及電網的良好互動，是解決可再生能源接入的有效手段，以及提高電網穩定和可靠性的必要途徑。

3 微電網存在的問題

在我國相關政策的推動下，微電網的建設從短短幾年間從無到有，從用途上講，目前主要存在的微電網有兩類，一類是解決海島用電的孤島微電網，一類是以示范為主要目的的微電網。對于孤島微電網，目前已經有項目已經成功投產并穩定運行，這方面相對成熟并已取得一定的經濟效益。但以示范為主要目的的微電網，一般追求大而全，投入不惜工本，一般不追求投資回報。再看目前電力改革的方向，是鼓勵非國有資本進入配電網的建設中，其中增量配網的建設，更是對傳統電網設置了限制，目的就是盡力打破原有的行業壁壘，盡可能地引入非國有資本參與配售電的建設，引入競爭，降低用戶的用電成本。資本是逐利的，除了政策上的放開，也必需項目本身有利可圖，才能吸引非國有資本投入建設。目前不惜工本的微電網示范項目，并不能真正打動投資方，只有當微電網存在一定的經濟效益，才能為微電網的真正推廣提供基礎。

4 本文微電網的特點

本文提出的微電網，其內部的分布式光伏發電站、電池儲能、電動汽車等各種微源與電網的電源、負荷，通過功率型電力電子裝置柔性調控，呈現出能源互聯網的多向交互、供需互濟、能源分享的初步形態。通過儲能設備及電動汽車利用大工業峰-平-谷電價機制，參與工業園區的負荷調峰，有效降低峰谷差，探索儲能網、充電網與微電網的融合系統，實現能量的雙向流動，為未來電動汽車的大規模接入提前做好準備工作。下面以某新建工業園區為例，簡述一種具商業推廣價值的工業微電網。

本著“因地制宜、經濟實用”的理念，根據該新建工業園內的負荷大小及其特點，設計技術成熟的智能微網系統，以實現光伏清潔能源為主供電電源，電池儲能設備及電動汽車為儲能設施的發-儲-充智能化能源管理系統，真正實現技術、經濟均可行，如電氣系統圖1。

4.1 分布式光伏發電——清潔能源發電，提高土地利用率

分布式光伏發電站遵循因地制宜、分散布局、就近利用的原則，合理避開周圍高大建筑和遮擋物，擇優安裝光伏發電系統，將建筑物頂部空間利用起來，提高土地利用率。

圖1

光伏電站采用就地逆變、集中并網方案，即光伏組件先經小功率組串式逆變器轉換成交流電，接入對應的交流匯流箱，交流匯流箱輸出端接入#1B用戶變壓器的0.4kV低壓母線側，再經過原配電供電線路上網。配置4臺50kW組串式逆變器、1臺60kW組串式逆變器、1臺5匯1的交流匯流箱。

光伏電站采用“自發自用，余電上網”并網模式，所發電量優先供給工業園區消納使用，多余電量并入電網。

4.2 儲能系統——根據負荷需求響應，助電網降低峰谷差

儲能系統主要作用是降低變壓器冗余容量，利用大工業峰-平-谷電價機制，參與負荷調峰，有效降低電網峰谷差；同時，在大電網故障時，還可短時放電運行保證重要負荷的供電，提高供電可靠性。

根據該工業園區的規劃，用電負荷主要由辦公樓、生產車間、充電樁、餐廳、體育場等類型組成，估算負荷共計958kW，其中辦公樓、生產車間負荷約占工業園區用電的75%，比重較大，考慮到辦公樓、生產車間的負荷特點受訂單需求量影響較大，故選取常規生產量和超負荷生產的情況分析設備配置策略。

根據該工業園區的規劃，用電負荷主要由辦公樓、生產車間、充電樁、餐廳、體育場等類型組成，估算負荷共計958kW，按專變0.85的系數轉換，應配置不少于1162kVA變壓器，適配相近容量變壓器，按常規配置，應選取2×630kVA雙變壓器。

考慮到辦公樓、生產車間的負荷特點受訂單需求量影響較大，按滿負荷計算選取變壓器，變壓器冗余會過高，故按園區可承受最大產量的70%進行測算，工業園區估算負荷共計767.2kW。故配置2臺400kVA油浸式變壓器，可滿足園區可承受最大產量的70%以內的總負荷需求。當產量超過70%時，超出負荷一般為晚上時段的尖峰功率且持續時間只有數小時，可通過配置儲能應對尖峰時刻負荷，如圖2。

圖2

基于以上考慮，本期儲能建設按滿負荷和兩臺400kVA變壓器容量的差值確定，即為1162-800=362kW，取整按360kW/360kWh配置。在一般晚高峰（19～22）高電價時段，先由儲能系統向園區放電（按80%進行放電），滿足基本負載，消耗完畢后在谷時段（0～8）充電；因園區產量一般可以訂單的多少反映，提前知道訂單量，若超過最大產量的70%可根據以往負荷數據，調配儲能電池放電策略，待尖峰時刻功率到達再進行放電，達到減少變壓器容量配置的目的。

4.3 充放電樁——車網互動，移動儲能

本期擬布置4個小車充（放）電樁，直流雙向充電1個（60kW），交流充電3個（7kW），需要電力容量1×60kW+3×7kW=81kW，主要為工業園區配置的純電動運貨卡車配備。

本期工程擬配置2臺純電動貨車滿足工業園區生產、銷售運輸需要，以某國產品牌i5電動輕卡為例，電池容量為82kWh，在低谷時段充電，按該園區的生產慣例可在早上8點前完成運輸配送工作，其余時段為閑置備用。閑置時電動汽車電池可參與儲能充放電調節一次，在光伏發電高峰時使用光伏產生的余電進行充電，在晚高峰電動汽車根據工業園區內實際用電需要進行放電，減小向電網取電。

5 經濟評價

基于以上的配置原則，光伏發電總收益=25年電費節省+25年上網電費+補貼收益。發電考慮自用比例為40%，其余60%上網，每年發電的國家補貼（稅前）0.37元/kWh（補貼20年），根據佛山市有關文件規定，2018年前光伏發電上網可一次性補貼2萬元每1MWp，本工程可獲得1.56萬元補貼，另外投產前三年可獲得0.15元/kWh的補貼。25年的營業收入可達到1782.91萬元，平均每年71.32萬元。根據財務評價結果，分布式光伏電站項目的財務內部收益率為9.48%，靜態投資回收期為9.89年。

儲儲能總收益=電度電價節約+容量電價節約，估算15年儲能累計總收益為352.90萬元，平均每年23.53萬元。根根據財務評價結果，儲能項目的財務內部收益率為10.21%，靜態投資回收期為7.64年。

充電樁經營收入主要表現為電度電價節約和園區外售電服務費。估算6年的經營收入累計可達到14.88萬元，平均每年2.48萬元。根據財務評價結果，充電樁項目的財務內部收益率為16.29%，靜態投資回收期為5.04年。

6 小結

通過以某新建工業園區為例，結合微電網中各塊組成部分的配比以及其內部收益率和靜態投資回收期，可以看出這種工業微電網是具備商業推廣價值的，而建設這種微電網的核心，就是因地制宜，根據該區域的負荷特性和用電需求，針對性地配置微電網中各部分的配比。所以說，要建設一個具商業推廣價值的工業微電網，規劃設計是核心。

[1]韓國志.微電網建模及其運行和控制的仿真[J].山東大學，2014（6）：45～47.