清洁能源的智能微电网系统优化

清洁智能微电网是由发电单元、储能系统、控制装置、重要负荷及相应的配电线路组成的一个相对独立的微型电网。其发电单元采用的都是清洁能源。清洁微电网能够实现自我控制、自我保护和管理；对负荷高质量、高可靠供给，既可以独立运行，也可以并网运行，是互动型模式。清洁微电网相对传统大电网而言，规模小、智能化强，采用的都是清洁能源。清洁微电网代表未来电力供应的方向和模式。

目前存在的一部分分布式电站和微电网存在不足之处是环境污染，光电、风电并网功难以抵过的问题。

1.环境污染 目前所建立的一部分分布式电站、微电网都离不开柴油机或小型火电。柴油机或小型火电存在环境污染问题，存在耗用传统能源问题。尤其是污染分布散，不集中，量小，治理更为困难，而且其污染直接与人群近距离接触。

2.光电、风电并网功难抵过 要说清楚光电、风电并网功难抵过的问题，就要从发电厂调节能力说起。电力系统的最佳状态是发电和用电同步进行，即发电量与负荷量相等，其波动在一定的范围，这样可保证电网系统的稳定。但目前对负荷的变化还不能进行控制，只能通过随时调整发电厂的输出功率来适应负荷的变化：负荷增加时，必须同时增加发电厂的出力，以满足负荷的需求；负荷降低时，必须同时降低发电厂的输出功率，以保持发供电的平衡。负荷的波动越大，发电厂的调节幅度越大。但发电厂有一个允许的调节幅度范围，上限不能超过额定输出功率，下限不能低于发电厂的安全运行限值。一般安全下限在60%～70%，最低可达30%，出力再下降，就会导致火电厂被迫停机，而火电厂的启停至少需要一天的时间，启停一次需要数十万元，所以一般尽量避免火电厂进行启停调节。水电调节能力较强，安全下限很低，启停调节的速度很快，也不需要额外的费用，但必须保证上游的水量。因此，目前的电力系统是由可调、可控但调节能力有限的发电厂，来满足可预测但不可控的负荷。只要负荷的变化在发电厂的可调范围之内，电力系统都能维持安全稳定运行。

光伏、风电是一个波动性的、间歇性的电源。光伏电站的发电出力完全取决于太阳的幅照强度，中午阳光最强时出力最大，早晨和傍晚很小，晚上出力降到零。但这只是一个大致的规律，白天云彩的遮挡也会导致光伏出力的急剧降低，云一旦移走，光伏电站的出力又迅速恢复。风电由风力控制，白天弱，晚上强。目前国内还没有光电、风电功率预测系统，光、风电站的出力成为一个不可预测、也不可控的变量。仅有功率预测系统还是不够的，因为即使光、风发电做到了可预测，其出力的波动性仍是一个无法改变的固有特性。光、风电站出力增加，意味着常规发电厂承担的负荷降低，常规电厂需要调节降低出力；反之，光、风电站出力降低，常规发电厂需要增加出力承担更多的负荷。从常规发电厂来看，光伏电站的出力更像是一个“负的负荷”。也就是说，电力系统中常规电厂的调节能力，以及负荷的特性是决定整个系统中光伏安装容量的决定因素。如果安装超出电网接纳能力的光、风发电，要么导致火电厂启停调峰或水电厂弃水，降低了常规电厂效益；要么导致光、风电站降低输出功率运行，投资收益受损。光、风电力是波动功率，只能作为负电源并网，即要为它增加调峰电力。这个调峰电力是火电、水电。调峰电力几乎是对等的，即增加1MW光、风电力，要备有1MW火电或水电。以此布局，新能源不但起不到替代传统能源的作用，反而强烈地依赖火电，将火电深深地拖住，不让它退出供电系统。从这里可以看出，光电、风电并网，功难以抵过，过似乎还多些。当然这个问题目前是不存在的，因为传统电网具备相当强的自我自动调节能力（装机量大于负荷量），接纳10%的光电、风电是不成问题的。但按照现在的发展速度，10%很快就会达到，达到以后怎么办呢？建立清洁智能微电网，即风、光、抽水储能微电网是一个好办法。本章用具体的项目来说明清洁智能能源微电网的建设。图12-1示出清洁智能微电网。(www.xing528.com)

清洁智能微电网中主力电源是光电和风电。所有的用电由太阳能+风能+抽水蓄能电站来提供。上水库的水驱动水轮发电机，发的电供给负荷。风力发电机群发出交流电，太阳电池阵列发出直流电，经过整流，转为交流电，与风力发电机群发出的交流电汇流，调压，驱动抽水泵，将抽水蓄能系统中的下库水抽到上库，如此持续不断。整个系统由智能控制器无人管理。抽水蓄能具有较多的优点，抽水蓄能电站投资较低，0.3～0.5万元/kW，机组使用寿命25年，水工建筑物使用寿命达百年以上；能量转换效率稳定，不存在衰减问题，是目前电力系统中最实用、最成熟的大规模储能方式。而其他蓄能存在的问题则多，化学储能电池的单位造价为液流电池2.5万元/kW，钠硫电池为2.8万元/kW，锂电池1万元/kW。寿命与充放电次数有关，化学储能电池寿命一般不大于15年。工作过程中对环境温度有较高要求，必须配备空调降温。

图12-1 清洁智能微电网（40亿kW·h/a）