摘要:随着能源互联网技术、分布式发电功能技术、能源系统监视技术、控制和管理技术、及新的能源交易方式的快速发展和广泛应用,以集成供电、供气、供暖、供氢、电气化交通等能源系统的综合能源服务近年来在全国迅速发展,引发了能源系统的深刻变革,成为各国及企业新的战略竞争和合作的焦点。与此同时,我国能源消费供给、能源结构转型、能源系统形态呈现新的发展趋势,综合能源已成为一种新型的、为满足终端客户多元化的能源生产与消费的能源服务方式。而泛在电力物联网是围绕用电系统各环节,充分利用移动互联、人机智能等现代化先进信息技术、通信技术实现电力系统各环节万物互联、人机交互。泛在电力物联网是具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。将电力物联网与综合节能统一考虑,可实现能源利用信息化和数据化,实现多异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济,是在满足系统内多元化用能需求的基础上,有效提升能源利用效率、促进能源可持续发展的新型一体化能源系统。
关键词:泛在电力物联网;综合能源系统
中图分类号:TM73 文献标识码:A
1 综合能源系统规划原则
1.1可靠性
保障能源的持续稳定供应是人们对能源系统最基本要求。人们对能源供给可靠性要求随着生活水平的提升而逐渐提高,综合能源系统会涉及到风、光、气、冷、热、电等不同能源形式,电、气、热、冷等多种负荷在物理上直接与综合能源系统相连接,系统内部的设备种类更加多样,相较于单一能源系统结构更加复杂,因此确保综合能源系统达到可靠性标准十分重要。
1.2经济性
光伏和风电出力不确定性与波动性强,水电出力呈现较强的季节性等特性,使得综合能源系统运行面临极大的复杂性与不确定性。可再生能源与火电的互补效果在不同时期会存在明显的差异性,如果系统容量配置较小,则系统的可控性弱,出力互补效果难以保证;而扩大容量配置将会抬高投资成本,影响系统整体收益率。因此应充分考虑经济性与能源效率之间的平衡,在系统充分可控的基础上实现较好的经济性。
1.3区域差异性
综合能源这一能源开发利用模式具有较为明显的区域差异性,是基于对所在地区的资源禀赋情况与负荷特性进行深入研究之后,充分利用当地优势资源,结合实际情况设计最优综合能源系统建设方案,通过不同能源的多种组合方式,达到满足区域内服务对象的能源需求,并能够在极大程度上减少能源消耗与污染物排放。
2 综合能源系统建设内容
供电营业所综合能源示范项目以建设“园区小微网用户”为目标,集微电网、光伏、充电桩、储能(供能)系统、智能电网、能量调度管理系统为一体。在能源技术方面,通过加强综合能源服务基础设施建设,应用电力物联网技术,建立多能协同综合能源服务网络,形成能源生产和消费的智能化体系以满足用户多元用能需求。建成的园区小微网是具有共享开放、在线互动等互联网特征的能源服务平台,通过此平台,可挖掘用户潜在的能源服务需求。
2.1 光伏发电
项目计划建设58.8kW屋面光伏发电:屋顶光伏部分的设计采用在屋面混凝土立架之上搭设钢结构,使用固定式安装模式安装光伏组件。该屋面光伏发电系统,将安装210片多晶硅光伏组件,采用15串14并的方案;停车棚顶面光伏部分,在设计机动车停车棚时就加装了顶面光伏发电系统,其发出的电通过汇流箱并入大楼屋顶光伏系统。停车棚顶面光伏初步设计将安装75片多晶硅光伏组件,采用15串5并的方案。根据本项目场址日照峰值小时数、光伏发电系统效率、装机容量等分析计算,预计年发电量为7.61万kWh。
2.2 储能系统
本项目根据光伏子系统、充电桩系统、用电负荷规模及储能电池容量衰减,计算出储能系统容量为240kWh/100kW。储能系统将采用磷酸铁锂电池作为存储介质,铝壳单体电池采用激光点焊技术组成参数为240Ah/48V 的电池箱。整个系统采用 21 个电池箱,组成 240kWh/100kW 的储能系统。储能集装箱规格按国际标准的 20 英尺的标准设计集装箱,且集装箱具有隔热保温功能,以满足长途运输要求。储能系统工作模式采用并网模式,即谷时充电,峰时放电。
2.3充电桩系统
根据现场状况,设计在机动车停车位安装 3台 30kW 落地式单枪直流充电桩和 1 台 60kW 双枪直流充电桩,此设计可同时满足 5 辆新能源汽车的充电需求。充电桩采用 150kW 一拖 4 群总控制箱,安装 500V 功率模块为乘用车提供直流电能。
2.4 智慧路灯站牌系统
智慧路灯站牌功能包括视频监控、LED灯、灯箱屏、LED屏、Wifi、一键报警、基本数据(除视频)上传等功能。
2.5 能效管理监控展示
平台基于泛在电力物联网技术建设的电力能效管理平台接入园区大楼1层营业厅液晶屏进行典型示范展示。管理平台内容包括对光伏实时发电量和运行状态、充电桩工作状态、储能电池运行状态、配电系统电能质量、照明/办公设备等用能系统实时用电进行数据采集和集中展示。系统主要分为3层,分别为数据采集与控制层、消息服务与持久层、终端展示层。
系统通过检测并网点计量表状态,对电池电流进行跟踪和预测,并根据用户实际用电负荷实时调整储能系统出力,削平用户用电高峰,增加电网容量,最大效率地利用电池存储电量,将储能系统的效用发挥到最大,具体措施如下:1)白天园区用电主要由园区光伏发电出力。当用户用电达到高峰,且用电负荷超过电网额定配给容量一定比例时,光储一体机接收EMS并网放电指令,电池组放电;当EMS检测到电池电量SOC低于设定值的20%时,系统向储能逆变器PCS发送停止放电指令,电池组停止放电,由电网向园区负载继续供电,同时将剩余容量的20%作为极端配置容量,以备离网时候使用。2)夜晚用户用电较低时,且此时电价处于谷段,储能逆变器(PCS)接受EMS并网充电指令,电网通过PCS对电池组进行充电,此时用户负载由电网供电。充电完成后,系统向PCS发出停止充电指令,PCS进入待机状态。3)储能系统推荐每天进行1充1放模式。白天,储能系统优先将电池的电放完,晚上电价谷段时将储能电池充满电。此外,系统也可根据用户日用电曲线,调节储能系统充放电次数,最大程度增补电网容量的不足。通过电力能效管理平台的实时调度、实时控制和有效管理,达到电网有效调整和平衡能源供需结构,推动节能减排、降低能源消耗、提高能源利用效率和提升管理运营水平。
结束语
本项目以建立园区小微网用户为依托,基于泛在电力物联网相关理论与技术,配以感知互动、安全可信、高效节能的智慧能源管理平台,形成能源生产、消费的智能化体系,满足用户多元用能的需求。随着通信技术、大数据分析技术、云技术、新能源技术的发展,构建互联网+智慧能源管理系统将成为现实。通过构建互联网+智慧能源管理系统(综合能源管控系统),可将不同地域的功能区能源纳入统一管理,从而为政府、园区管理者、能源服务商和企业用户提供完善的、精细化的能源管理服务,提升能源精细化管理水平和能源使用效率,促进新型能源的利用和节能减排,进而促进能源利用方式的变革,推动社会发展。
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