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基于综合能源协同优化的配电网规划策略

北极星智能电网在线  来源:电网技术  作者:李阳 郇嘉嘉 曹华珍 高崇 张旭 张俊潇 陈荃  2018/5/17 8:15:00  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:摘要

考虑将能源供应侧和需求侧各种形式的资源综合成为一个整体进行统筹利用,基于大数据中心和能源协调规划运营信息共享平台建设,建立了多能互补协调发展的综合模型。为使规划方案能够更加精细化,采用地理信息系统的网格化方法开展协调规划,实现能源互动和梯级利用,降低了电网调峰压力,提高了对清洁能源的消纳能力。最后,对综合能源协调发展运营模式和社会效益进行了展望和分析。通过该园区实例进行对比分析,表明了所述能源互联网协调规划的优势,可为后续开展区域间能源互联网协同规划建设方案和社会与经济效益分析提供经验。

关键词 : 综合能源; 管理平台; 网格化; 储能系统; 运营模式;

0 引言

随着工业生产和居民消费水平的日益增长,传统的以煤炭、石油为主的能源供应正面临资源枯竭、环境污染等严峻问题。合理开发利用天然气、光伏、风能等清洁能源,通过热电冷联产等能源综合利用,提高能源利用效率,提高清洁能源消纳能力已成为未来城市配电网发展趋势[1-2]。2016年3月,国家发布《十三五规划纲要》中提及国家将“积极建设源-网-荷-储协调发展、集成互补的能源互联网”作为国家“十三五”规划建设的一项重要内容。综合能源系统(integrated community energy system,ICES)是关于能源供给体系的创新概念,是开展综合能源供给侧改革的一个重要平台[3]。构建综合能源系统,能够在满足系统内多元化用能需求的同时,有效提升能源利用效率,促进可再生能源的规模化开发,既能够满足工业的能源需求,又能优化目前的能源消费结构,改善生态环境,对园区配电网进行科学合理的规划具有重大意义[4-6]。

目前,综合能源系统发展受到了国家层面的高度重视,围绕综合能源优化运行等方面相关的研究也积极开展。文献[7-8]分别构建了并网上网分布式能源系统的经济性评价模型和双层优化模型,建立机组内部能效特性与外部能源分配的联系,实现内部机组高效运行和外部能源经济分配。文献[9]从“源-网-荷”全环节出发,提出了融合配电网重构的综合能源系统最优混合潮流算法来对ICES进行优化调度和提出了交直流混合输电网最优潮流二层规划数学模型。文献[10]为更准确地体现综合能源系统中不同能源的价值,更好地激励用户合理用能,建立了热电联供系统的最优潮流模型,提出了一种新的多种能源耦合定价机制节点能价,并在热电联供系统中对节点能价进行了研究。文献[11]从模型、算法及指标体系这3个方面归纳了综合能源系统可靠性评估亟需解决的问题。文献[12]开展了区域能源电、冷、热负荷的能量消费平衡系统研究,但是未考虑实际传输通道的约束条件。文献[13]考虑了电能与天然气直接单向转换模式,但是未对电、气、热、可再生能源多能互补深度耦合关系进行分析。

智慧园区配电网相比传统园区配电网,能源形式更多元,且具有主动消纳、主动吸收、主动控制等特点,对园区配电网的规划与运行带来了深刻影响[14]。本文在传统的园区规划方案基础上,充分考虑了示范区各用户之间不同的用能需求和示范区节能环保的要求,在构建综合能源发展基本框架基础上,基于综合能源协同规划运营管理服务平台,建立多能互补协调发展的综合模型。为使规划方案能够更加细化合理,采用了基于地理系统(geographical information system,GIS)的网格化规划方法,结合园区热电联产(combined heat and power,CHP)、光伏发电和天然气等资源利用条件,构建能源了互联微电网协调规划方案,并对综合能源协调发展运营模式和社会效益进行了展望和分析。

1 综合能源协同发展理念与规划区发展概述

1.1 综合能源协调规划理念

随着经济快速发展,能源互联网产业迅速崛起,智能用电设备高度普及,供给侧的随机性增强、可控性降低,需求侧要求更加高效化和清洁化、需求侧波动性增大,系统的安全风险增加,整体性凸显。综合能源系统能够在满足系统内多元化用能需求的同时,有效提升能源利用效率,促进可再生能源的规模化开发,提高可再生能源消纳能力[15-16]。构建以综合能源系统为中心,多种类型能源系统有机耦合与综合利用的物理平台,考虑区域发展实际情况,通过多能互补微电网实现能源发展“源-网-荷-储”的深度耦合,实现能源互动和梯级利用,为园区建设成为绿色、环保、节能、先进的智慧能源示范区,成为城市发展的“绿色引擎”具有重要意义[17]。

1.2 新区现状及综合能源发展概况

新区位于中国广东省珠江三角洲中南部,新区总面积为115 km2,属于亚热带季风气候区,具有冬暖夏凉、降水丰沛的特点,年平均气温20℃左右。目前,规划区已在分别在商务核心区和协调发展区建成综合能源站3座,主要为新区“两馆一宫”进行供能服务,未来新区规划建设风光互补、溴冷机吸收进行制冷等系统为新区提供供能服务,通过热泵、光电光热等可再生能源进行补充和辅助。新区将以区域合作、制度创新为动力,建设成为社会和谐、环境友好、经济繁荣、设施完善、服务优质区域,集行政、商务、物流、医疗、教育为中心为一体的现代化新城。

1.3 不考虑综合能源发展规划方案

根据珠三角中南部气候特性和建筑特性,考虑新区每年采暖期2个月(1月1日—2月31日),制冷期6个月(5月15日—11月15日)每天运行时间为居住建筑为24 h,办公类建筑运行16 h。至2030年新区项目冷负荷约为228 MW,热负荷约为79 MW。

目前新区有1座220 kV变电站,3座110 kV变电站,均达到设计最终容量,已无扩建主变的条件。若不考虑新综合能源及电动汽车等发展因素,到2030年新区负荷将达到715 MW,采用传统规划方法进行测算,到2030年目标网架需要1座220 kV变电站、7座110 kV变电站,按照每座增容总总量3×63 MVA的设计方案,远景年增容756 MVA。

2 综合能源协同发展规划策略

2.1 协调规划发展策略目标

能源互联协同发展系统是指以电力系统为中心,借助信息化设备资源,实现电、气、热、可再生能源等“多能互补”和“源-网-荷-储”各环节高度协调的区域性能源平衡系统[18]。基于规划区的能源结构,提升能源利用,优化产业结构和能源消费结构,建设不同规模的综合能源站,满足多样化的用能需求。搭建能源信息管理平台,通过园区智能楼宇和计量信息系统等对园区用能需求进行实时监控,采用先进的通信技术手段,实现信息及时共享。开展能源互联网商业运营模式,为用户提供灵活用能服务。实现能源高效利用,节能绿色环保发展的建设目标。

2.2 综合能源协同发展策略基本模型框架

根据新区的总体规划,考虑将能源供应侧和需求侧各种形式的资源综合成为一个整体进行统筹利用,实现基于综合能源协同发展的多种形式能源供给配置。通过能源供应、能源输送系统、能源终端、能源信息系统平台的建设,充分考虑新区分布式储能系统,基于数据中心和能源信息共享平台建设,实现新区多能互补协调发展的模式,能实现热、电、冷、气、水等多元能源发展的协调规划,达到供需灵活接入、信息协调互动、节能减排和绿色环保发展的目标。综合能源协同发展基本模型框架见图1。

图1 综合能源协同发展基本模型框架

2.3 综合能源协同规划运营管理服务平台

开展综合能源协调供应信息共享技术,协调规划运营管理服务平台在硬件设备层基础上,集成电网公司信息系统、深度挖掘用户和电网大数据,用能数据等多种异构海量数据,实现统一数据交换、存储与管理,为综合能源交易和运维管理提供辅助决策平台,提供开发的数据服务,为用户制定出一套完整专业的能源供应、传输、交换的服务系统,降低企业经营成本、缩短系统研发周期、减少电网故障风险、提升工作效率。综合能源协同策略规划运营管理服务平台框架如图2所示。

图2 综合能源协同规划系统管理服务平台

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