微电网促电动汽车与可再生能源协同增效
电动汽车充电基础设施指南将于7月发布。对此,7月10日,华北电力大学刘念副教授表示,他所在的课题组在国家科技支撑计划、国家863计划和国家自然科学基金的支持下,重点开展了微电网环境下电动汽车充电设施与可再生能源发电的融合模式及优化方法研究,近期取得了创新性研究成果。通过电网为电动汽车充电不会产生比传统燃油汽车更低的碳排放,也很难减少对传统化石燃料的依赖。刘念表示,为有效解决上述问题,可直接建立电动汽车充放电设施与可再生能源发电系统的连接,通过微电网实现可再生能源的就地消耗和利用。根据不同地区、环境和经济水平的电动汽车充电需求,刘念课题组从集成模式、充电模式、容量配置、控制策略、经济运行、实验平台等方面进行了研究。通过关键技术和集成技术的创新,结合实验平台建设,找到了新能源与充电设施有机融合的解决方案,探索出一条符合我国电动汽车发展需求、适合大规模推广的应用集成模式。
电站:传统电网分为发输变配用。电能是单相流动的,大型的电站发电,长距离电网送电,到用户这里用电。分布式能源:电网里中一种利用可再生能源的方法,因为风能、太阳能的分布不会像煤矿、天然气那样集中,所以在西北之类风光资源充足的地方修建大型风电场、光伏电站的同时,可以在用户侧接入小型的风机、光伏、储能、燃气轮机等电源设备,省去了在电网中传输的损耗,提高可再生能源的比例。这里风机、官府、燃料电池、微型燃气轮机成为分布式发电,带上储能设备称为分布式电源。分布式的问题:由于用户侧出现了电源,传统源-网-荷的单向能量流变成了双向,导致电网既定的调度、保护策略面临了新考验,加上风、光资源具有波动性和随机性,发电难以控制,分布式电源直接并网最终会导致整个电网络不稳定。
微电网:微电网是把分布式电源和它所供能的负荷以及能量转换、保护、监控等装置作为一个系统,形成一个小型的完整电网,以储能设备或者微型燃气轮机这类可控的电源维持系统的稳定,使之可以消纳光伏、风电这些可再生能源,整个微电网与大电网有一个公共连接点(PCC),当微电网电源功能不足时可以通过大电网补充缺额,发电量大时可以将多余电网馈送回大电网。分布式电源以微电网方式并网和直接并网的却别主要是两点:微电网可以通过控制策略决定并网点的功率流向,比如发电多时用储能存储,负荷大时储能放电;标准意义上的微电网可以和大电网断开,从并网模式切换成孤岛运行模式,两种模式能否实现无缝切换是微电网成功的标志。从这个意义上说,目前全世界范围内文献可知的微电网不到500个,大部分不能实现真正的无缝切换,当然有些是无电地区纯孤岛运行的微电网,对大电网没影响。所以有分布式电源和负荷通过PCC点并网,但做不到孤岛的,还应该认为是分布式电源直接并网。
简而言之,在未来几年中,微电网市场将呈上升趋势。这在很大程度上归因于项目资本成本的减少(例如,可再生能源技术和电池存储成本的下降),政府对全民电气化的承诺增加以及政策条件的改善。
通俗地讲,微电网实际上就是一个小型的电力系统,由电源、储能、负荷和控制系统等组成。可以说“麻雀虽小,五脏俱全”。而与大电网不同的是,微电网采用的电源一般都是分布式可再生能源,比如风力发电机、光伏电池等。
微电网的典型结构包括集控中心、分布式发电、智能化用户、 储能设备和具有自愈(故障重构)能力的电力网络等几部分。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器与大电网和负荷相联。一般来说微电网结构模式指的是网络拓扑的设计,具体包括微电网内部的电气接线网络结构、供电制式(直流/交流供电和三相/单相供电)、相应负荷和分布式电源所在微电网的节点位置等等。微电网是一种将各种分布式发电组合起来为当地负荷提供电能的中、低压小型电网,能在并网和孤岛两种模式下运行,它能提高负荷侧的供电的可靠性。其供电模式可分为交流型、直流型以及交直流混合型。总体来看,微电网不同于传统孤立电网系统,其中采用了大量的电力电子器件进行控制,也采用了大量清洁高效的可再生能源。简单地说,微电网在配电网侧相当于一个可控单元,在用户侧相当于可定制的电源,正常情况下与并网运行,当电网发生故障进入孤岛模式运行。传统意义上的电力系统包含七大领域,即发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信而微电网中包含了六大领域,即发电、储能、配电、用电、调度、通信。微电网作为集电能收集、电能传输、电能存储和电能分配于一体的新型电力交换系统,可以成为大电网的有力补充和支撑,有益于提高现有电网运行的可靠性和经济性。
智能电网(smart power grids),就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标,其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
两个都是电力系统专业的新概念。都与新能源技术的大规模应用有关,因为传统电网无法大量消纳光伏、光热、风电等新能源电力,所以才提出以上技术,特别是前者。智能电网最先由米国提出,是一些有信息技术产业背景()的议员在忽悠。
微电网技术的发展前景:
欧美日三地都在进行微电网的技术研究,其中日本立足于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的现实背景,展开了微电网研究,但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性电力需求。日本学者还提出了灵活可靠性和智能能量供给系统(FRIENDS)其主要思想是在配电网中加入一些灵活交流输电系统装置,利用控制器快速、灵活的控制性能,实现对配电网能源结构的优化,并满足用户的多种电能质量需求。日本已将该系统作为其微电网的重要实现形式之一。
从全球来看,微电网主要处于实验和示范阶段,微电网的技术推广已经度过幼稚期,市场规模稳步成长。着眼于当下世界范围的能源和环境困局以及电力安全需求的长期高企,微电网技术应用前景看好。未来5到10年,微电网的市场规模、地区分布和应用场所分布都将会发生显著变化。
国内方面,近三年,微电网开始逐渐走到政策前台,国家能源局也计划在“十二五”期间建设30个微电网示范工程,各级政府已经出台了一些支持性政策,自下而上推动力越来越显著。2012年陆续有一批重大示范工程获批,预期未来各地会有更多政府或企业主导的项目上马,微电网在国内的市场将非常广阔。
扩展资料:
微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源,即含有电力电子接口的小型机组,包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧,具有成本低、电压低以及污染小等特点。
由于环境保护和能源枯竭的双重压力,迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业(热电联供)的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制,不需要分布式的就地控制器,而仅采用常规的量测装置,量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制,微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接 。
微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统,它作为完整的电力系统,依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。
智能微电网是规模较小的分散的独立系统,是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网运行,也可以孤立运行。它将分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。
参考资料:百度百科-微电网
2月17日,国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局四部门联合印发通知,宣布将在京津冀、长三角等8地启动建设国家算力枢纽节点,规划10个数据中心集群。
继“南水北调”“西电东送”“西气东输”等工程之后,又一个国家重大战略工程拉开了序幕。
毕竟,在碳中和目标确定的背景下,数据中心减碳压力明显。国家发改委人士公开表示,加大数据中心在西部布局,将大幅提升绿色能源使用比例,就近消纳西部绿色能源,同时通过技术创新、以大换小、低碳发展等措施,持续优化数据中心能源使用效率。
促进东西部协同联动
所谓“东数西算”,“数”指数据,“算”是算力,即对数据的处理能力。“东数西算”是通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系,将东部算力需求有序引导至西部,优化数据中心建设布局,促进东西部协同联动。
分析人士认为,“东数西算”工程的本质,在于解决目前各类数字经济业态蓬勃发展所需要的算力需求与我国算力增长速度之间不匹配的矛盾。
国家发改委高技术司相关负责人表示,目前,我国数据中心规模已达500万标准机架,算力达130EFLOPS(每秒一万三千亿亿次浮点运算)。随着数字技术向经济 社会 各领域全面持续渗透,全 社会 对算力需求仍十分迫切,预计每年仍将以20%以上的速度快速增长。
同时,我国数据中心大多分布在东部地区,西部地区数据中心上架率仍处在较低水平。《2021年中国数据中心市场报告》显示,目前全国整体上架率为50.1%,华东、华北、华南约在65% 68%,华中为39%,而西部地区的西北和西南分别为 34%和41%,低于平均水平。
然而,由于土地、能源等资源日趋紧张,在东部大规模发展数据中心难以为继,需要通过技术和空间的重新配置来缓解这种矛盾。
从工程推进节奏来看,数据中心的布局调整呈梯次推进。一方面,对于后台加工、离线分析、存储备份等对网络要求不高的业务,可率先向西转移,由西部数据(内蒙古、贵州、甘肃、宁夏)中心承接。另一方面,对于网络要求较高的业务,比如工业互联网、金融证券、灾害预警、远程医疗、视频通话、人工智能推理等,可在京津冀、长三角、粤港澳大湾区等东部枢纽布局,确保算力部署与土地、用能、水、电等资源的协调可持续。
西部地区的能源潜力
值得注意的是,数据中心的布局之所以向西部转移,首先在于数据中心迫切的减碳需求。
作为能耗和碳排放贯穿其全生命周期的能耗“巨兽”,近年来,数据中心能耗和碳排放增长迅速。
据生态环境部环境规划院专家测算,2021年,全国数据中心能源消耗达到2166亿千瓦时,较2020年增加44%,占全 社会 用电量的2.6%左右;二氧化碳排放量约1.35亿吨,较2020年增加3915万吨,占全国二氧化碳排放量的1.14%左右。
同时,上述专家预测,“十四五”“十五五”期间,在钢铁、水泥、化工、有色等行业逐步实现碳达峰并进入平台期时,数据中心成为二氧化碳排放持续增长的少数行业。
到2025年,全国数据中心能源消耗总量将达到3500亿千瓦时,约占全 社会 用电量的4%,电能利用率(PUE)1.30;二氧化碳排放2.1亿吨,占全国二氧化碳排放量的比例接近2%,碳排放强度(CUE)为0.76。到2030年,全国数据中心能源消耗总量5915亿千瓦时,占全 社会 用电量5%以上,电能利用率(PUE)降到1.30以下;二氧化碳排放约3.4亿吨,占全国二氧化碳排放量的比例接近3%。
另一方面,我国西部地区资源充裕,特别是可再生能源丰富,具备发展数据中心、承接东部算力需求的潜力。据了解,西部地区可再生能源资源占全国资源总量的70%以上。其中,风力资源占85%以上,太阳能资源占90%左右。
更重要的是,数据中心的算力及负荷需求将大幅提升绿色能源使用比例,缓解我国可再生能源资源与用电负荷的时空矛盾。
尽管目前我国弃风、弃光率不断下降,风光消纳不断向好,但从区域分布来看,西部尤其是西北部地区仍是消纳“洼地”。
全国新能源消纳监测预警中心公布的数据显示,2021年,全年光伏利用率达98%,风电利用率达96.9%,但其中青海地区的风电利用率为89.3%,光伏利用率为86.2%;新疆和蒙西的风电利用率分别为92.7%及91.10%。
国家发改委人士表示,下一步,还将强化能源布局联动,加强数据中心和电力网一体化设计,推动可再生能源发电企业向数据中心供电。支持数据中心集群配套可再生能源电站。
西部证券研报显示,通过“东数西算”能够将高耗电的数据中心放置在西部具有丰富风、光、水电资源的地区,不仅能够实现减碳目标,也能够拉动新能源及配套设施的建设需求。