(1.山东电力建设第三工程有限公司 青岛 266100)
摘要:基于海岛的风能、太阳能、储能的离网型多能互补独立发电系统,可利用风能和太阳能发电在时间上的互补性,同时将超出用电负荷的电量储存在储能系统里,实现互补系统孤岛运行。微电网各系统容配比配置设计关系到项目技术方案的可行性,项目各系统容量规划是否合理,项目投资是否最优,是决定小型微网项目建设是否可行的关键环节。
关键字:微电网,电化学储能,容量配比,多能互补
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1 概述
微电网设计作为近几年新兴的设计领域,目前市场上并没有成熟的设计应用软件,还普遍采用关键参数人工计算、整体配置方案多专业反复配合的设计方法。人工计算涉及大量的参数取值和计算公式,计算过程复杂,计算耗时长。而整体配置方案设计过程中需要资源专业、电一专业、电二专业、技经专业等多专业反复配合最终确定初步方案,此配合耗费大量的设计时间,大大延长了设计周期和增加了人力成本。
因此,如何能够提高微电网各系统容配比设计效率,减少项目设计用时,一直是我们重点研究的课题之一。
2 工作流程及研究对象
微电网项目设计工作包括①查看业主要求、②收集气象资源、③负荷收资、④规划风、光、储初步装机容量、⑤配置光伏、风电储能等系统单位造价、⑥按费用年值法进行方案比选、⑦质量审核、⑧成品提交等8个基本步骤。
为了进一步得到具体数据,便于查看分析8部分工作量分别需耗用多少工日,我们抽取了国内某区能源推广应用项目、国外某岛屿柴光储项目、国内某岛MW级智能微电网项目等三个不同类型的已完工投标工程。设计人员本着认真负责的态度,按要求对微电网设计工作的8部分内容耗用工日进行统计,其结果在前期规划设计工作中8部分内容平均工日设计工作工日的主要工作量是④规划风、光、储初步装机容量、⑥按费用年值法进行方案比选,约占整个设计工日的69.7%。
而进一步分析发现,步骤④规划风、光、储初步装机容量是由资源专业通过专业软件PVsyst(太阳能光伏系统设计软件)以及风机厂家提供的发电量测试数据以及Meteodyn WT软件,该步骤已经采用软件计算以及少量的手工计算,暂无进一步降低工序用时的可能性;步骤⑥按费用年值法进行方案比选,在步骤④的n个结果中,根据步骤⑤填写的单位造价,按照费用年值法进行方案比选,选出最优配比方案,只能通过大量的手工计算来进行各个配比必选工作,此步骤目前暂无软件,存在进一步降低工序用时的可能性,因此降低方案比选的用时应是重点要解决的问题。
3 研究内容
经过查询,目前国内外相关设计软件都是相对独立,光伏、风电、储能均为根据各自参数计算各自的容量计算,尤其对于小型微电网项目的各个电源的能量配比计算,本身应用领域受到局限,所以市场上并未查询到关于微电网电源配比一体化计算软件的相关信息;
通过专业优势及软件开发优势,开发一套适用于小型风光储微网容配比计算软件,用于公司各前期微网项目的容配比计算,该方案的优点是不需要联合公司外部专家,无成本压力,软件开发完成后多专业协同配合将由一个专业人员代替,大大提高计算效率。
4 计算软件开发
4.1基本输入资料
为保证计算的准确性,简化计算思路,需要提前做好以下几项输入资料的准备:全年或典型日逐小时用电负荷、场址光伏系统逐小时发电量、场址风电系统逐小时发电量。光伏系统需要收集太阳能辐射数据(较易获取),风电系统需要收集实测风数据以保证计算准确度和代表性(需立测风塔或周边已有测风塔)。
此外,需注意以下两点:
(1)由于项目地一般为离网孤岛系统,有时需要保证储能容量能保证连续多个阴雨天内的正常供电,本计算方法额外考虑了储能系统的充电时长问题。因为对储能容量有明确的要求,则储能容量为已知。
(2)如果无法提供实测风数据,则风电系统无法计算,将不再考虑配置风电,这种情况将直接计算出方案配置以及对应的经济指标。
4.2计算逻辑
基于供电侧(光伏+风电+储能)以及用户侧用电负荷曲线,先满足用户负荷需求,多余电量储存至储能系统,同时输入储能充电容量和充电时间h这一限制条件,调整光伏和风电的装机,使其全年每个充电周期内的平均储能容量能达到一开始设定的容量大小。整个系统费用年值最低时对应的方案即为最优方案。
系统包括光伏、风电和储能,主要用于无电网供电的地区,此类工程所在地对储能系统依赖较大,储能系统容量需时刻满足最大容量要求。如项目所在地的用户要求储能系统需满足连续4天的阴雨天用电,且需要在48小时内充满,则全年共182个充电周期,系统配置的光伏和风电装机容量需要使储能系统在所有充电周期内的平均容量达到其目标容量。
此外,软件还需要借助其他工具或资料获取项目地太阳能资源和风力资源条件下的单逐小时发电量(光伏和风电),以此作为文件输入,用于调整两者的大小。
编程人员将计算过程分别转换为函数语句及判断语句。最后,设置输入输出界面,使人机交互简洁、实用。
4.3效果检查
小组在某军区新型能源应用推广项目上试用了此微网计算软件,并对比了之前工日。
从数据我们可以得到结论:小型微网容配比计算耗时8.8工日。
4.3.1有形效益:
容配比计算的工日由6.7个工日降低至0.5个工日,降幅92.5%,效率提高12.4倍。整个光伏电站投标的总耗时由活动前的15.5个工日, 降低至9.6个工日,效率提高1.61倍。
按每年10个相关微网项目考虑,容配比计算设计人工成本由活动前的465000元,降低至活动后的288000元。每年节约人力成本177000元。
4.3.2间接效益
对于微网规划阶段来讲,规划容量准确性是放在第一位的,需要在满足电负荷需求的要求下,做出最经济的容配比方案,风电、光伏、储能装机容量匹配度越高,项目运行越稳定,项目投资额就会越少,因此此项课题隐含巨大的间接经济效益。
4.3.3无形效益:
除了经济效益,此次活动更重要的意义在于设计效率的提升,保证了小型微网项目规划阶段的设计质量,对提升公司总体设计实力起了良好的作用。
5 总结
1)对于微电网中各个能源点容量配比计算进行了软件化升级,完成了对光伏、风电、储能单独容量计算的整合,依据系统费用年值最低条件,自动化生成前期容量配比规划方案,为后续微电网的安稳系统分析提供有力的验证方案。
2)该容量配比计算软件大大的缩减了人力投入,并且前期配合可以普及到市场开发的非专业人员与业主进行更快速,跟有效的沟通配合。
参考文献:[1]多站融合模式下储能电站的优化设计和运行[J].供用电,2019。
[2]并网型风光储微电网容量改进优化配置方法[J].电力自动化设备,2016。
[3]基于多应用场景独立微电网储能系统优化配置[J].电源技术,2016。
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