特變電工郝翔：能源互聯(lián)網(wǎng)最核心的子單元是智能微電網(wǎng)

　　能源互聯(lián)網(wǎng)的概念大同小異，歸結(jié)到最終的要素上可以看出主要是三點(diǎn)，第一是清潔能源，第二是高壓電網(wǎng)，第三是智能微電網(wǎng)，這是能源互聯(lián)網(wǎng)最底層的子單元。要發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，最核心的子單元就是智能微電網(wǎng)。特變電工新能源研究院微電網(wǎng)產(chǎn)品線總經(jīng)理郝翔在2018中國微能源網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用會議演講“特變電工工業(yè)園區(qū)智能微電網(wǎng)解決方案”時表示。

　　郝翔：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位來賓，大家下午好。今天很榮幸，受大會邀請作關(guān)于智能微電網(wǎng)解決方案的主旨報(bào)告，今天的報(bào)告有五個方面的內(nèi)容，首先講一下微電網(wǎng)發(fā)展背景，尤其是5.31政策以后，很多新能源行業(yè)都開始關(guān)注這一領(lǐng)域的發(fā)展，但是微電網(wǎng)目前的商業(yè)化發(fā)展還處于起步階段。其次分享一下特變電工提供的微電網(wǎng)的解決方案。第三個方面重點(diǎn)分享一下特變電工的電能路由器產(chǎn)品。第四，講一下特變電工方案特點(diǎn)及其價(jià)值。最后是微電網(wǎng)技術(shù)和市場的展望。

　　我們看一下微電網(wǎng)的發(fā)展背景。提到微電網(wǎng)，我還是想提一下能源互聯(lián)網(wǎng)，能源互聯(lián)網(wǎng)在這次大會上，很多人都在提能源互聯(lián)網(wǎng)這個名詞，包括早晨也提到全球能源互聯(lián)網(wǎng)，能源互聯(lián)網(wǎng)為什么會被提出來，主要還是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源緊張和環(huán)境污染各方面的矛盾造成的。從這張圖上可以看到，這是北京的故宮，這是比較常見的霧霾現(xiàn)象，為了解決環(huán)境污染和資源問題，我國大力發(fā)展清潔能源，包括光伏和風(fēng)電，但是發(fā)展清潔能源還有很多問題，一般存在兩個問題，第一個就是時間維度上的分布不均勻，以光伏為例，發(fā)電出力的是波動的，隨著太陽輻照的變化而變化，風(fēng)電和潮汐能都有這樣的問題?？臻g的維度上也是分布不均勻，以風(fēng)電為例，最大的風(fēng)力是在東南沿海還有內(nèi)蒙和甘肅，在地理位置上的分布也是不均勻的。要解決新能源的廣泛接入的問題，有人就提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，這些概念大同小異，歸結(jié)到最終的要素上是可以看出主要是三點(diǎn)，第一是清潔能源，第二是高壓電網(wǎng)，第三是智能微電網(wǎng)，這是能源互聯(lián)網(wǎng)最底層的子單元。我們可以看出，要發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，最核心的子單元就是智能微電網(wǎng)。

　　我們對能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系可以做一個簡單的分類，從能源的生產(chǎn)、輸配、存儲到消費(fèi)四個維度，這里還包含設(shè)備層、信息層、應(yīng)用層。其中包含很多的技術(shù)體系，包括太陽能發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，包括現(xiàn)在生物質(zhì)，地源熱泵等等。輸配方面最為先進(jìn)的技術(shù)就是柔性直流輸電，特變電工也在做±800kV的柔性直流輸電換流閥，還有存儲技術(shù)，包括電化學(xué)儲能、儲氫等。再到消費(fèi)，電動汽車就是其中一個方向。今天重點(diǎn)想和大家分享其中的兩項(xiàng)技術(shù)，一個是智能微電網(wǎng)技術(shù)，另一個是電能路由器技術(shù)。它就涵蓋從生產(chǎn)、輸配、存儲和消費(fèi)四個維度，也是包括了設(shè)備層、信息層、應(yīng)用層。

　　微電網(wǎng)的概念，指的是分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。它具有四個特點(diǎn)，第一是微型，這里的微型不是指規(guī)模，而是其中涵蓋的元素，第二是清潔，微電網(wǎng)主要以清潔能源作為主要的電源。第三是自治，大電網(wǎng)出現(xiàn)供電問題，微電網(wǎng)仍能保證正常供電。最后就是友好，接入電網(wǎng)一定要友好，對大電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻可以起到輔助支撐作用?？偨Y(jié)一下微電網(wǎng)的本質(zhì)，我們從四個角度看，第一個就是經(jīng)濟(jì)，第二是多能，第三是環(huán)境，第四個是技術(shù)。微電網(wǎng)不是一種產(chǎn)品，它是一種服務(wù)，這種服務(wù)要實(shí)現(xiàn)這四個維度的多目標(biāo)的尋優(yōu)。技術(shù)主要是解決源、網(wǎng)、荷、儲的能量優(yōu)化與功率協(xié)調(diào)，在經(jīng)濟(jì)層面，處理不同利益體之間的利益沖突，達(dá)到利益最大化。

　　微電網(wǎng)從2015年開始，國家推出新能源微電網(wǎng)指導(dǎo)意見，再到2017年國家提出推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的建設(shè)試運(yùn)行辦法，近年來，我國建設(shè)了很多微電網(wǎng)示范工程。在2017年南網(wǎng)出臺了儲能的補(bǔ)貼政策，微電網(wǎng)這么多年發(fā)展，從經(jīng)濟(jì)層面上主要還是卡在儲能上，經(jīng)濟(jì)效益不夠明顯，如果儲能的補(bǔ)貼政策能夠出臺，后期會對微電網(wǎng)的發(fā)展起一定的推動作用。

　　另外看一下微電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，首先看一下國外，國外做的比較好的還是美國、歐洲、日本，但是這三個地方提出的微電網(wǎng)，做的方向是有所不同的。最早提出還是美國，美國首次提出微電網(wǎng)的概念，美國的微電網(wǎng)主要體現(xiàn)在可靠性上，滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量要求，降低成本，實(shí)現(xiàn)智能化，這里有一些代表性的案例。歐洲主要是以靈活為主，靈活可變的多種拓?fù)溥B接方式，以適應(yīng)在多種運(yùn)行狀態(tài)下可靠性、經(jīng)濟(jì)性和供電電能質(zhì)量的綜合最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)多個微電網(wǎng)的互連和市場交易。日本主要是以清潔為主，能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個性化電力需求，提升微電網(wǎng)的控制與儲能技術(shù)。我國的微電網(wǎng)和國外的發(fā)展有些類似，這里列了一些重點(diǎn)的示范，從最早的微電網(wǎng)，像舟山、溫州等離網(wǎng)型的微電網(wǎng)。再到并網(wǎng)型的微電網(wǎng)，像北京也做了很多微電網(wǎng)的示范，再到后面發(fā)展的微電網(wǎng)群。下面列了兩個正在參與的項(xiàng)目，一個是廣州珠海，一個是東莞，這兩個微電網(wǎng)和我們常規(guī)的交流微電網(wǎng)不一樣，這些微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是直流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。

　　剛才說了微電網(wǎng)和單純的新能源發(fā)電最大的區(qū)別是要考慮負(fù)荷的差異性，任何一個園區(qū)要做微電網(wǎng)都要以負(fù)荷作為首要考慮，我們先對一個典型的園區(qū)做負(fù)荷分析，一般的園區(qū)可以分為四種負(fù)荷，第一是重點(diǎn)的保障負(fù)荷。另外就是可中斷的負(fù)荷，像非必須的照明，還有可轉(zhuǎn)移的負(fù)荷，生產(chǎn)負(fù)荷可以進(jìn)行排班轉(zhuǎn)移。另外就是大部分新建園區(qū)分期建設(shè)，考慮到后期擴(kuò)容的問題。針對這四種負(fù)荷，我們對北京、上海和陜西工業(yè)園區(qū)分析了一下，北京有尖峰電價(jià)，工業(yè)電價(jià)可以達(dá)到1.07元，而谷時是0.37元。西安工業(yè)用電峰值是0.87元，谷值在0.22元，典型的工業(yè)園區(qū)采用兩部制電價(jià)，一個是電度電價(jià)，一個是基本電費(fèi)，從典型工業(yè)園區(qū)的用電情況可以看出，基本費(fèi)用占到了40%以上，電鍍電費(fèi)占比52%。另外我們統(tǒng)計(jì)一下峰谷平的用電時段，谷時段占10%，平時段37%，峰時段占比53%。同樣，園區(qū)還有很多問題，包括用能成本高，擴(kuò)容需求大，供電可靠性低，用能形式粗放，能效低等問題。要解決這些問題，微電網(wǎng)是一個非常有效的解決途徑。

　　下面介紹一下特變電工提供的微電網(wǎng)解決方案。特變電工提供雙端、三層、多場景的微電網(wǎng)成套解決方案。雙端是云端和本地。三層是管理層+協(xié)調(diào)層+執(zhí)行層，多場景指的是交流、直流、交直流混合微電網(wǎng)。對于交直流混合微電網(wǎng)，能源路由器可以替代傳統(tǒng)的光伏逆變器，儲能變流器、箱變等一次設(shè)備，同樣可以集成能源管理系統(tǒng)、中央控制器等二次設(shè)備。

　　剛才提到微電網(wǎng)，首先要進(jìn)行能效分析，特變電工可以為客戶進(jìn)行能耗分析、負(fù)荷評測、運(yùn)行策略設(shè)計(jì)、容量優(yōu)化配置、網(wǎng)架設(shè)計(jì)以及經(jīng)濟(jì)測算，提供高效低成本微電網(wǎng)整體解決方案。第二，特變電工可以提供多時間尺度的能量管理系統(tǒng)。集成了SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖表和把表分析的功能，通過源荷功率預(yù)測，采用智能優(yōu)化算法，進(jìn)行多時間尺度源荷儲能量管理，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，提升微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。微電網(wǎng)暨服務(wù)MaaS的模塊化，定制化的能量管理系統(tǒng)，滿足客戶不同的需求。第三就是跨平臺智能運(yùn)維，通過本地能量管理系統(tǒng)、微電網(wǎng)云平臺以及手機(jī)APP對微電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與判斷，對異常事件進(jìn)行處理，通過大數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)跨平臺智能運(yùn)維。第四，核心裝備，特變電工研制的電力電子裝備全面覆蓋微電網(wǎng)應(yīng)用的眾多場景。包括微電網(wǎng)里用的能量路由器，光伏逆變器、電能質(zhì)量產(chǎn)品等。

　　提到能量路由器，能量路由器是由交直流混合微電網(wǎng)的核心設(shè)備，包括交流端口，直流端口，包括中壓和低壓，可以直接連接光伏、風(fēng)電、儲能、電動汽車充電等等。最早我們用的電是直流電，但是直流有一個最大的問題就是傳輸問題，特斯拉提出了交流電，變壓器應(yīng)運(yùn)而生，解決了電力傳輸?shù)膯栴}，交流電很快取代了直流電。為什么到現(xiàn)在又提出直流這個問題，那是因?yàn)槲覀冞@幾年在做的很多的光伏、儲能、電動汽車、變頻空調(diào)等，都是直流的， GE的研發(fā)中心在1970年提出了電力電子變壓器的概念，替代傳統(tǒng)的工頻變壓器，那時候技術(shù)不是很成熟，電力電子變壓器體積大，重量重，成本高，效率低，不具備推廣價(jià)值。到2015年左右的時候，碳化硅寬禁帶器件和新型磁性材料的發(fā)展，讓我們覺得電力電子變壓器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成為可能，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電力電子變壓器被賦于了一個新的名詞，能量路由器，它以先進(jìn)的電能變換裝置為核心，集成了現(xiàn)代通信技術(shù)和電力電力變換技術(shù)，智能控制與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)局域電網(wǎng)的能量智能管理，分布式能量的高效利用與控制的電力設(shè)備。

　　國內(nèi)外很多企業(yè)都在開展電力電子變壓器的研制，包括ABB、GE、中車等，特變電工經(jīng)過三年的研發(fā)，目前推出的能源路由器的產(chǎn)品指標(biāo)如表所示，功率等級為1MW，交流電壓為10KV，額定直流電壓600—800V，最大功率98.2%，采用集裝箱設(shè)計(jì)。我們整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了模塊化設(shè)計(jì)，我們通過模塊化的串并聯(lián)，低壓側(cè)的并聯(lián)，高壓側(cè)的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量高電壓，同時，設(shè)備具備在線智能冗余功能，一個模塊發(fā)生故障，整機(jī)可以不停機(jī)工作，在線旁路故障模塊，具有可靠性高的特點(diǎn)。特變電工的能源路由器采用碳化硅功率器件的工程化應(yīng)用技術(shù)和基于雙有源橋電路的軟開關(guān)技術(shù)，具有全功率范圍效率高的特點(diǎn)，控制系統(tǒng)具有卓越的控制性能，滿足各種工況運(yùn)行。產(chǎn)品順利通過開普實(shí)驗(yàn)室測試，取得鑒衡金太陽認(rèn)證證書。在2017年7月份，特變電工的電能路由器產(chǎn)品順利通過國家級科技成果鑒定，李立成院士作為評選委員組的組長，給予了居于國際領(lǐng)先水平的最高評價(jià)。電能路由器的應(yīng)用場景很多，包括光伏發(fā)電、儲能充放電、電動汽車充電以及微電網(wǎng)等。以光伏發(fā)電為例，采用能源路由器可以替代傳統(tǒng)的逆變器+箱變的并網(wǎng)方式，可以提供集中式高壓直接并網(wǎng)方案和直流匯流型組串式高壓直接并網(wǎng)方案，可應(yīng)對各種光伏發(fā)電場合。對比一下電能路由器并網(wǎng)方案和組串式并網(wǎng)方案，基于電能路由器的集中式高壓并網(wǎng)方案能夠提升系統(tǒng)效率2.4%以上?？偨Y(jié)一下優(yōu)勢，高壓可以直接并網(wǎng)，高壓替代低壓，直流替代交流。好處就是系統(tǒng)損耗低，無工頻變壓器，重量輕，體積小，無污染，無工頻變壓器空載損耗，待機(jī)損耗小于20W，夜間無耗電，未來降價(jià)空間會比較大。2016年12月特變電工的電能路由器產(chǎn)品在西安的產(chǎn)業(yè)園區(qū)進(jìn)行了并網(wǎng)示范，最大轉(zhuǎn)化效率實(shí)測達(dá)到98%以上，發(fā)電量可以提升3%。

　　另外一個重要應(yīng)用場景是儲能充放電，傳統(tǒng)的儲能充放電方案是采用PCS+箱變，采用電能路由器可以替代傳統(tǒng)的PCS和箱變，整個系統(tǒng)效率可以提升3%以上，基本上沒有待機(jī)損耗，以北京地區(qū)實(shí)際的峰谷電價(jià)來看，每年額外收益約8.15萬元，25年生命周期額外收益約為203萬元。

　　另外講一下特變電工所提供的微電網(wǎng)方案及價(jià)值。我們提供的服務(wù)就是雙端、三層、多場景的微電網(wǎng)，還可以做到虛擬同步機(jī)多機(jī)并聯(lián)，基于人工智能算法實(shí)現(xiàn)源荷預(yù)測，混合時段尺度調(diào)度，最終給客戶提供定制化服務(wù)。方案的價(jià)值，賺取峰谷電價(jià)差，節(jié)能基礎(chǔ)容量費(fèi)，降低用能成本，離并網(wǎng)穩(wěn)定切換，提高供電可靠性，降低停電成本，功率型需求側(cè)響應(yīng)，提升光伏自發(fā)自用比例極滲透率。用能精細(xì)化管理，降低能耗，提升可在新能源滲透率，環(huán)保無污染，友好接入電網(wǎng)，提供調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)。舉個例子，特變電工西安產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)的微電網(wǎng)，包括2兆瓦光伏，1兆瓦時儲能，2MW的負(fù)荷，通過EMS管理，網(wǎng)源荷儲優(yōu)化園區(qū)廣義負(fù)荷曲線，可降低基礎(chǔ)容量10%，額外提升12%的光伏自發(fā)自用電量，年節(jié)約基準(zhǔn)容量費(fèi)約17.28%萬元，光伏發(fā)電補(bǔ)貼及余電上網(wǎng)年收益84.49萬元。年節(jié)約電度電費(fèi)約184.42萬元，微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行25年，年收益約286.19萬元，投資回報(bào)周期為7.7年，IRR可達(dá)到13.27%。

　　以能量路由器為核心的交直流混合微電網(wǎng)，可以減少配用電便流環(huán)節(jié)，提高配用電效率、可控性和靈活性。采用交直流混微電網(wǎng)方案，微電網(wǎng)的網(wǎng)源荷儲由能量路由器統(tǒng)一接入，系統(tǒng)綜合效率提升約為6.5%以上，交直流混合微電網(wǎng)方案相當(dāng)于傳統(tǒng)交流微電網(wǎng)方案能夠大幅度提升系統(tǒng)效率。

　　最后，我們看一下微電網(wǎng)的前景，在市場層面上，摘錄2017年的市場分析報(bào)告，預(yù)測2023年全球市場達(dá)到170億美元，中國國內(nèi)市場將達(dá)到130億元，特變電工認(rèn)為微電網(wǎng)在未來將以新業(yè)態(tài)方式參與電力市場，形成高效清潔的能源利用新載體。在技術(shù)層面上，未來的微電網(wǎng)將以交直流混合微電網(wǎng)的形式存在，能量路由器將實(shí)現(xiàn)廣泛替代，促進(jìn)交直流混合微電網(wǎng)的發(fā)展。