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，結合當地實際開發(fā)建設小型水電，既可解決當地用電難題，又可服務發(fā)展地方經濟;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，小水電并網電壓等級均偏低，絕大多數小水電并入10～110 kV配電網。

小水電具有數量多、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節(jié)水庫不同，大多數小水電為徑流式電站，本質上無調節(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，當地配電網難以消納過多水電時，可能導致調度機構出于電網安全穩(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，無法為上級電網供應足夠的電力。小水電出力不能與當地用電需求匹配，因此其運行受到了較大限制。與此同時，目前各地電網企業(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、缺乏調度和監(jiān)測技術等問題;絕大多數小型水電站的并網運行不受電力調度機構管理和控制，呈現“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絡，并網運行受電力調度機構統一調度的風力發(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網絡，其并網最高電壓等級為110 kV。由于傳統110 kV電網傳輸距離約為100 km，因此分散式風電將就近被本地電網消納。

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業(yè)園區(qū)可結合當地豐富的水電資源優(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的建設形式，從而最大限度的利用當地清潔能源，減輕間歇性可再生能源發(fā)電并網給配電網絡帶來的沖擊。風水多能互補綜合能源系統形態(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。

圖2產業(yè)園區(qū)風水互補綜合能源系統形態(tài)示意圖

2.4 園區(qū)能源互聯主動配電網

產業(yè)園區(qū)能源互聯主動配電網(active distribution network，ADN)是在主網配網協同控制的基礎上，具備分布式發(fā)電、儲能、需求側響應、柔性負荷和電動汽車等豐富的電源負荷調控手段，能夠針對能源互聯主動配電網的實際運行狀態(tài)，以經濟性和安全性等為控制目標，自適應調節(jié)其網絡結構、發(fā)電單元及負荷的智能配電網絡。

典型產業(yè)園區(qū)能源互聯主動配電網示意圖如圖3所示。在產業(yè)園區(qū)能源互聯主動配電網中，大量的分布式發(fā)電單元從不同節(jié)點并網后將導致配電網由傳統輻射狀的網絡變?yōu)閿盗勘姸嗟闹行‰娫春陀脩舻幕ヂ摼W絡，從傳統意義上“配電系統”轉變成為一個“電力交換系統”。從本質上來看，主動配電網主要包含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荷協調控制。

圖3 產業(yè)園區(qū)能源互聯主動配電網示意圖

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，傳統交流配電網絡的兼容性和適應性亟待提高。園區(qū)能源互聯主動配電網可根據需求采用交直流混合架構，其中直流子配電網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絡，由于無需傳統交流配電網絡中的DC/AC環(huán)節(jié)，有效簡化了控制系統，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，可實現對混合網絡潮流的柔性控制以及全局系統能量的優(yōu)化調度和管理。

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

源網荷協調控制是園區(qū)能源互聯主動配電網的中心所在，通過對配電網絡源網荷對象的主動調控和管理，實現配電網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。主動配電網的控制要素覆蓋源網荷3方面，具體可包括聯絡開關變化為代表的電力網絡控制，可再生能源發(fā)電調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

對于大多數產業(yè)園區(qū)來說，負荷存在用電、用熱、用冷等多種用能需求，且用能數量大，節(jié)能空間廣。因此具有利用多能互補、源網荷儲協同技術為工業(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，提高供能質量，為用戶節(jié)約用能成本。

產業(yè)園區(qū)典型多能互補綜合能源系統的形態(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進行有機集成，通過對多類型能源的集成優(yōu)化和合理調度，實現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，多能源系統的有機協調，對延緩輸配電系統的建設，消除輸配電系統的瓶頸，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的快速恢復提供動力支持。

圖4產業(yè)園區(qū)多能互補綜合能源系統形態(tài)示意圖