考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网建设实践.pdf

RURAL ELECTRIFICATION考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网建设实践黄德志*，吴卫宁，徐昕，吴佳佳，陈小威，洪丽俊（国网浙江省电力有限公司义乌市供电公司，浙江 义乌 322000）摘要：义乌是“世界小商品之都”，“商贸+物流”的产业特点形成了鲜明的区域用电特征。义乌电网光伏增长快、供电能力紧、峰谷差率高，整体呈现“源少、荷密、网紧、储少、互动不足”的典型受端特征。国际商贸城是义乌商贸的典型用能大户，为有效降低用能成本、实现楼宇内部各类资源的高效利用，助力节能减排，提高商贸城与电网的互济互助能力，国网浙江义乌市供电有限公司进行了考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网建设实践。该楼宇微电网通过打造本地化智慧能源管理平台，聚合光伏、储能、相变（phase change material，PCM）蓄冷等多元负荷侧资源，通过协调优化控制，平台具备正常运行、经济运行、低碳运行、微网运行、控功率运行和控电量运行模式，助力节能减排和双碳目标实现。关键词：楼宇微电网；光伏发电；储能；相变蓄冷；节能减排中图分类号：TM727PracticeofMicrogridConstructioninCommercialCityBuildingsConsideringColdCoordinatedandOptimizedOperationofOpticalEnergyStorageHUANGDezhi*,WUWeining,XUXin,WUJiajia,CHENXiaowei,HONGLijun(StateGridZhejiangElectricPowerCo.,Ltd.YiwuPowerSupplyCo.,Ltd.,ZhejiangYiwu322000,China)Abstract:YiwuistheCapitalofSmallCommoditiesintheWorld.Theindustrialcharacteristicsofcommerceandlogisticshaveformeddistinctregionalelectricityconsumptioncharacteristics.YiwuPowerGridhasarapidgrowthinphotovoltaictechnology,tightpowersupplycapacity,andhighpeakvalleydifference.Overall,itpresentstypicalreceivercharacteristicsoflimitedsource,densenetwork,tightnetwork,limitedstorage,andinsufficientinteraction.TheInternationalTradeCityisatypicalenergyuserinYiwu.Inordertoeffectivelyreducethecostofelectricity,realizetheefficientuseofvariousresourcesinsidethebuilding,helpenergyconservationandemissionreduction,andimprove the mutual aid ability between the Trade City and the power grid,the State Grid Yiwu Power SupplyCompany carried out the practice of building micro grid construction of the Trade City considering the coldcoordinatedandoptimizedoperationofopticalenergystorage.Thebuildingsmicrogridintegratesmultipleloadsideresourcessuchasphotovoltaic,energystorage,andphasechangematerial(PCM)coldstoragebycreatingalocalizedsmartenergymanagementplatform.Throughcoordinatedoptimizationandcontrol,theplatformhasnormaloperation,economicoperation,low-carbonoperation,microgridoperation,powercontroloperation,andpowercontroloperationmodes,helpingtoachieveenergyconservation,emissionreduction,anddualcarbongoals.Keywords:building microgrid;photovoltaic power generation;energy storage;phase change cold storage;energyconservationandemissionreduction0引言义乌是一座建在市场上的城市，是中国首个县级市国家级综合改革试点，被誉为“世界小商品之都”，拥有全球最大的小商品集散中心，被联合国、世界银行等国际权威机构确定为世界第一大市场，同时义乌也作为国际贸易综合改革试点城市、“新丝绸之路”的起点，“一带一路”连通 219 个国家、地区，集聚着顺丰、邮政、圆通、中通、申通、韵收稿日期：20230131新型配电网专题|Special Topic of New Distribution NetworkDOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.08.00310 2023 年第 8 期 总第 435 期RURAL ELECTRIFICATION达等 113 家物流企业，产业集聚效应凸显1-4。2021年义乌快递业务量 92.9 亿件，全国城市排名第一位。义乌“商贸+物流”的产业特点形成了鲜明的区域用电特征。义乌电网整体呈现“源少、荷密、网紧、储少、互动不足”的典型受端特征。源侧，受限于资源禀赋，水电、风电较少，光伏是本地电源主力，目前有清洁能源装机总量 48.4 万 kW，其中光伏装机35.9 万 kW，占比 74.2%。网侧，义乌电网整体高压供电能力偏紧，220kV 容载比为 1.53，110kV 容载比为 1.757。同时平均负荷峰谷差率为 42.69%，尖峰存在时间短。荷侧，2022 年全社会最高负荷278.63 万 kW，其中降温负荷占 35%以上，约98 万 kW，工业负荷占 31%，约 86 万 kW，全社会最高负荷的不确定波动性愈发明显。储侧，已建成用户侧储能 6 家，容量 2.54MW/7.81MWh；在建用户 4 家，容量 0.75MW/2.25MWh；聚合 5G 铁塔基站储能 359 座，容量 1.274MW，相较电网规模，储能装机总量较低，无法形成有效电网调节5-9。目前，义乌电网主要面临大挑战：（1）大规模光伏建设带来电网运行隐患。义乌“商贸+物流”产业集聚，推动形成大批商贸市场、物流园。同时分布在商贸市场、物流园的大容量屋顶光伏、大规模的电动汽车保有量带来的不稳定冲击性负荷为局部电网带来安全隐患。（2）配电网供需动态调节平衡能力不足。光伏高比例接入、物流用车等终端消费电气化进程加快、储能规模化应用、数字技术与电网技术深度融合，促使义乌局部电网的物理特性、运行模式、功能形态发生深刻变革。电网传统运行手段难以满足新形态电网安全稳定运行需求。（3）分布式资源间耦合匹配性及管控调节能力待提升。义乌商贸城、物流园区内光伏、储能、电动汽车、用户负荷等资源总类丰富，但资源间缺乏耦合匹配，管控调节能力不足10-12。国际商贸城年用电量 3 亿 kWh，最大负荷60MW，是义乌地区的典型商贸负荷用能大户13-14。为有效降低商贸城的用能成本、实现楼宇内部的各类资源协同优化高效利用，助力节能减排，提高商贸城与电网的互济互助能力，以新建的二区东综合楼为试点，建设考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网。该楼宇微电网通过打造本地化智慧能源管理平台，聚合光伏、储能、PCM 相变蓄冷等多元负荷侧资源，具备正常运行、经济运行、低碳运行、微网运行、控功率运行和控电量运行模式，助力节能减排和双碳目标实现。1多元资源的建设国际商贸城二区东综合楼新能源产品市场，位于二区市场 F 区的东侧，紧邻轻轨国际商贸城站，建筑面积约 13 万 m2，共有商铺 490 余间，地下 2层与地上 4、5 层均为停车区域，全年最大负荷约5MW，主要建设的内容有：光伏、储能、PCM 相变蓄冷、快充电桩、空调和照明智能改造等。整体建设思路如图 1 所示。750 kW/2 040 kWh 储能1.2 MW 光伏车棚2 400 RT 相变蓄冷多元资源协同节能降损多元互补助力双碳空调和照明智能控制快充电桩配电设计优化智慧能源管理平台图 1项目整体建设思路1.1光伏在综合楼屋顶车位空间建设光伏车棚，总装机容量 1178.52kWp，由 2562 块光伏组件组成，单个光伏组件功率 460Wp。光伏系统可为打造楼宇微电网奠定重要的元素基础，采用自发自用余电上网方式，自用消纳率按 95%，年平均日照小时数按地理位置为 1238h，系统效率按 82%预估，以 25 年运行期进行测算，可发“绿电”3193.4 万 kWh，按照度电碳排放系数 0.272 计算，可减少碳排放8686t，助力节能减排促进双碳目标的实现。1.2储能在地下室负一楼的 3 个配电房，每个配电房设置独立空间建设 250kW/680kWh 的磷酸铁锂电化学储能，总容量为 750kW/2040kWh。储能系统以“削峰填谷”策略运行，谷时充电、峰时放电，每天“两充两放”。储能系统严格按照承重荷载和室内消防验收考虑，具有独立的安置空间和消防体系。储能系统一方面为打造楼宇微电网奠定重要的元素基础，另一Special Topic of New Distribution Network|新型配电网专题2023 年第 8 期 总第 435 期 11RURAL ELECTRIFICATION方面起到消纳光伏发电余量和作为备用电源的作用。此外，储能系统还可参与浙江电网“需求侧响应”，获得额外的补贴收益。1.3PCM 相变蓄冷PCM 相变蓄冷技术，是目前最新的高科技中央空调蓄冷系统技术之一，它是利用纳米复合共晶盐相变材料，温度在 8C 发生相变（由固体变液体吸收热量、由液体变固体释放热量）时可吸收或放出大量潜热而温度保持不变的特性，在晚上低谷用电时段制冷蓄冷，在白天用电高峰时不用或少用电制冷而放出蓄存冷量的一种蓄冷中央空调系统。它可以对电网的功率起到“削峰填谷”的作用，而且可以为用户节省大量的电费，具有良好的环保效益和经济效益。在综合楼地下室负二楼冷冻机房，配置了 2 台457kW 离心式冷水机组、1 台 246kW 磁悬浮变频离心机组和 2400RTh 相变蓄冷。PCM 相变蓄冷材料可在 8C 时发生相变，相较传统水介质的冰蓄冷，主机冷冻水出水温度最高可提高 11C，而主机冷冻水温度每提高 1C，蓄冷运行效率可提升 5%，因而大大提高了制冷用能效率。空调制冷功率与电功率转换关系如下：3.517PRT=PK，（1）PK=COPPE。（2）PRTPKPECOP式中：为空调系统制冷量，RT；为空调系统制冷量，kW；为传统空调系统电负荷功率，kW；为传统空调系统电负荷与冷负荷的转换效率，取值一般为 4.26.1 之间，本文取中间值 5。PCM 相变蓄冷系统在正常蓄冷放冷模式下，采用“一充一放”策略，即晚上负荷低谷时蓄冷 8h，白天负荷高峰时放冷 8h，放冷量为 300RT，相当于 200kW 传统空调电功率；在需求响应等应急放冷模式下，可提高至 1050RT，相当于 740kW 传统空调电功率，该模式可运行 2.3h。1.4快充电桩在综合楼分期建设充电桩总规模为 251 个，其中慢充桩 144 个，平均充电功率 20kW，单枪最高可达 40kW，快充桩 107 个，平均充电功率 60kW，单枪最高可达 120kW，均为充电功率可调充电桩，在需要时可调节充电桩充电功率，压降微网负荷。目前一期已建设 30 个快充桩。1.5空调和照明智能改造对照明系统 4370 盏照明用灯，中央空调系统进行节能控制改造，实现照明、空调设备实时、全天候的自动监测和控制，并收集、计量、保存及分析管理系统运行重要数据，优化系统控制方案，在提高能源效率的同时满足环境运行需求。2智慧能源管理平台智慧能源管理平台通过接入光伏、电化学储能、空调、照明、相变蓄冷、充电桩及配电负荷，根据不同控制模式，协调控制各个子系统协同工作，以达到功率或用电量的控制目标。智慧能源运行模式包括正常运行模式、经济运行模式、微电网运行模式、零碳模式、双控-功率模式和双控-电量模式，其整体示意图如图 2 所示。整体控制策略分为功率控制和电量控制 2 种，功率控制根据各个子系统的当前潜在功率，结合一定策略进行计算；而电量控制涉及未来一段时间的发电和负荷的预测，在功率控制基础上加入发电和智慧能源管理平台能源总览能源管理监测分析智能报警报表系统监控光伏系统储能系统空调及相变蓄冷系统照明系统配电系统获取并网点及负荷数据获取光伏发电功率电量数据获取储能充放电功率电量数据充放电控制命令下发控制命令下发获取空调负荷数据获取照明负荷数据控制命令下发图 2智慧能源管理平台整体建设思路黄德志等：考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网建设实践12 2023 年第 8 期 总第 435 期RURAL ELECTRIFICATION负荷预测功能。智慧能源管理平台具体控制策略表如表 1 所示。在执行模式切换的时候，系统当前实时功率和潜在功率的情况，结合控制策略计算得出目标控制值，并分解到各个子系统，切换指令发出时，即对各个子系统发出遥控和遥调指令。3实践创新商贸城楼宇微电网建设实践打造了浙江首个楼宇级可离网运行的源-网-荷-储协同示范场景，通过唤醒商贸城内光伏、储能等分布式电源，照明、空调、电动汽车等丰富用户负荷，形成源-荷-储“内循环”及与电网互动“外循环”的“双循环”运行能力。3.1首台首套创新针对大量分布式电源接入用户侧，研发嵌入式EMS 终端，实现同一套终端实现不同控制目标和控制逻辑的即插即用、即配即用。探索新型电力系统用户侧资源控制理论、控制体系和标准控制设备。形成可推广、可复制的用户侧资源控制解决方案。3.2技术应用创新一是在该微电网实践中采用了高带宽、低延迟5G 通信技术构建 5.8GHz 无线专网，实现微网内各智慧融合终端与能量管理主站快速、可靠通信交互。二是采用了交直流混合网架，便于光伏、储能、直流充电桩等分布式资源的高效接入，有效降低损耗，提高电网的经济性和供配电效率。3.3模式机制创新一是运行模式创新，根据外部环境需求，设置微电网正常运行模式、经济运行模式、微网运行模式等不同运行模式。二是商业模式创新，源网荷储资源接入义乌公司虚拟电厂平台，参与电力市场化交易，创造额外收益；同时接入浙江省地县 3 级协同调度控制平台，服务于电网调度。4实践成效4.1用能数字化管理基于综合能源智控平台，实现供给侧、需求侧各个环节用能数据的动态监测、统计、分析、控制和管理。可有效提升新能源发电占比 5%，实现新能源全消纳，25 年产生绿电 3193.4 万 kWh，减少碳排放 8686t。同时有效减低光伏、充电负荷对电网的冲击影响。4.2用能精细化管理结合实际配电网负荷需求、光伏发电、储能放电、电价政策等多维度联动，科学制定用能管理方案，每年可节约电费 116 万元。基于综合能源智控平台，实现光、储、充、冷多能互补，有效提高微网能源利用率 5%。4.3用能规划化管理聚合光伏、储能、相变蓄冷等多元资源，实现资源优化协调控制。打造 5MW 荷侧柔性资源池，可削峰 2.7MW，填谷 1MW。电网极端情况下，可离网运行 2h，有效降低局部电网负荷，可降低电网投资 300 万元。同时资源接入虚拟电厂可同时参与电力市场交易，拓展能源价值。4.4项目投入产出情况在原楼宇规划建设基础上，通过扩建光伏、储能、相变蓄冷等多元资源建设楼宇微电网，总投入共计 1975.3 万元。光伏年均发电量 127.7 万 kWh，每年可产生效益 88.8 万元；储能通过削峰填谷每天两充两放，每年可产生效益 49.6 万元；相变蓄冷削峰填谷和空调系统智能控制，每年可产生效益42.2 万元；智能照明控制，每年可产生效益 17.4 万元；通过建设伏、储能、相变蓄冷等多元资源，减表 1智慧能源管理平台具体控制策略表运行模式模式目标光伏设置空调设置照明储能可控负荷正常运行模式考虑舒适度有功优先正常运行100%运行削峰填谷正常运行经济运行模式运行成本最小有功优先下发温度控制75%运行削峰填谷正常运行微网运行模式并网点功率为零有功优先下发温度控制计算运行量下发功率控制计算切负荷大小双控模式-限功率控制并网点功率有功优先下发温度控制计算运行量下发功率控制计算切负荷大小双控模式-限电量控制并网点电量有功优先下发温度控制计算运行量下发功率控制计算切负荷大小零碳运行模式光伏和外购绿电有功优先下发温度控制计算运行量下发功率控制计算切负荷大小Special Topic of New Distribution Network|新型配电网专题2023 年第 8 期 总第 435 期 13RURAL ELECTRIFICATION少配变容量 2800kVA，削减配电房等各项原始投资约 400 万元，项目入选浙江省能源局 2022 年第一批新型电力系统示范项目，获得补贴 300 万元。在不考虑政府补贴情况下，约 8 年可收回投资，项目运行期按 20 年计算，可产生效益 3960 万元，投入产出比约为 2.51。5结束语楼宇微电网作为典型的微网之一，调节潜力巨大，如何有效地聚合楼宇内部的多元资源，协同优化运行，对于用户节能减排和电网调度都具有至关重要的作用。本文探索打造了浙江首个楼宇级光储冷协调优化运行的楼宇微网，通过本地化的智慧能源管理平台，聚合光伏、储能、PCM 相变蓄冷等多元负荷侧资源，实现微网内部资源协调运行，效率最优。后续在该实践基础上，将进一步打造微网负荷聚合商，接入虚拟电厂平台参与电力市场交易，创造实际价值。参考文献陈苗青.用户关系管理理论视角下义乌数字赋能乡村振兴的路径研究J.现代营销（上旬刊），2022(12)：142144.1陈旦.双循环背景下义乌地方文化数字化转型的对策研究J.现代商贸工业，2022,43(23)：2526.2方菲.共同富裕背景下重塑空间结构缩小区域差距以义乌、磐安为例J.现代营销（下旬刊），2022(10)：9698.3丁仙，易荣华，费越，等.义乌中国小商品指数与中国宏观经济指数的关系研究J.中国商论，2022(14)：18.4吴俊华.义乌电网10kV线路冰雪灾害分析J.农村电工，2009,17(10)：29.5孔繁钢.浙江美丽乡村电网建设的探索与实践J.农村电气化，2019(7)：1519.6刘儒水.农村智能化电网建设的探索与实践J.大众用电，2010,26(10)：31.7吴敏敏，何东皓.县供电企业变电运检一体化管理创新与实践J.企业管理，2018(S1)：112113.8陈海明，朱文君，陈姣姣.电力引擎驱动发展之路J.国家电网，2014(2)：8586.9陆佳琳，方舒，杜松怀，等.高比例可再生能源新型农村电网的技术挑战与展望J.电力需求侧管理，2022,24(6)：3843.10阮前途，梅生伟，黄兴德，等.低碳城市电网韧性提升挑战与展望J.中国电机工程学报，2022,42(8)：28192830.11王靖然.构建新型电力系统对省级电网调度的挑战及建议J.中国电业，2021(12)：7677.12蔡倩媛，赵佳妙，刘湘宁.后疫情时代电商业务调查研究以义乌国际商贸城为例J.时代经贸，2021,18(8)：2729.13林晨，张书娟，朱璐璐，等.跨境电商环境下个体经营户的转型升级以浙江义乌国际商贸城围巾行业为例J.现代商业，2021(24)：2931.14作者简介黄德志（1995），男，助理工程师，主要研究方向为综合能源系统优化和状态估计。（责任编辑：张峰亮）资讯国网蒙东电力出台服务新能源发展“十项举措”2023 年 7 月 11 日，内蒙古自治区人民政府新闻办公室召开新闻发布会，国网内蒙古东部电力有限公司介绍了服务新能源发展“十项举措”具体情况。全力服务新能源发展与产业转移“十项举措”，分别为建立重点项目保障工作机制，超前规划支撑新能源加快发展，着力优化新能源接网流程时限，全力推动接网工程加快核准，高效推进接网工程快速建设，主动服务产业转移供电需求，用心开展客户专属供电服务，专班提供“一站式”并网服务，全程畅通电力市场交易通道，优质开展产业链金融服务。以“高效推进接网工程快速建设”举措为例，国网蒙东电力简化接网工程前期流程，实施“两个一体化”（可研、初设一体化，项目、工程前期一体化），多环节并行推进，前期工作时间可压降 3 个月以上；项目可研推荐方案确定后即开展初步设计，核准后即开展初设评审，压降时间2 个月；采用“班车+专车”方式开展招标，提早开展施工图预算编制，压降时间 1 个月；加大施工资源要素投入，全面实施机械化施工，开展随工验收，压降建设工期 3 个月。大幅缩减了电源接网工程建设周期，有力促进网源建设同步，助力发电企业早日并网发电。此次发布的“十项举措”，是国网蒙东电力锚定新能源发展“两个转变”“两个率先”“两个超过”目标，努力为内蒙古自治区现代能源经济发展贡献国网力量、服务地方经济的实践。信息来源：新华网黄德志等：考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网建设实践14 2023 年第 8 期 总第 435 期