能源互聯網的概念大同小異，歸結到最終的要素上可以看出主要是三點，第一是清潔能源，第二是高壓電網，第三是智能微電網，這是能源互聯網最底層的子單元。要發展能源互聯網，最核心的子單元就是智能微電網。特變電工新能源研究院微電網產品線總經理郝翔在2018中國微能源網技術與應用會議演講“特變電工工業園區智能微電網解決方案”時表示。電力頭條APP將對大會進行全程直播，如需瞭解更多的會議直播，
特變電工新能源研究院微電網產品線總經理郝翔
郝翔：尊敬的各位領導、各位來賓，大家下午好。今天很榮幸，受大會邀請作關於智能微電網解決方案的主旨報告，今天的報告有五個方面的內容，首先講一下微電網發展背景，尤其是5.31政策以後，很多新能源行業都開始關注這一領域的發展，但是微電網目前的商業化發展還處於起步階段。其次分享一下特變電工提供的微電網的解決方案。第三個方面重點分享一下特變電工的電能路由器產品。第四，講一下特變電工方案特點及其價值。最後是微電網技術和市場的展望。
我們看一下微電網的發展背景。提到微電網，我還是想提一下能源互聯網，能源互聯網在這次大會上，很多人都在提能源互聯網這個名詞，包括早晨也提到全球能源互聯網，能源互聯網為什麼會被提出來，主要還是經濟發展和資源緊張和環境汙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象，為了解決環境汙染和資源問題，我國大力發展清潔能源，包括光伏和風電，但是發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佈不均勻，以光伏為例，發電出力的是波動的，隨著太陽輻照的變化而變化，風電和潮汐能都有這樣的問題。空間的維度上也是分佈不均勻，以風電為例，最大的風力是在東南沿海還有內蒙和甘肅，在地理位置上的分佈也是不均勻的。要解決新能源的廣泛接入的問題，有人就提出了能源互聯網的概念，這些概念大同小異，歸結到最終的要素上是可以看出主要是三點，第一是清潔能源，第二是高壓電網，第三是智能微電網，這是能源互聯網最底層的子單元。我們可以看出，要發展能源互聯網，最核心的子單元就是智能微電網。
我們對能源互聯網的技術體系可以做一個簡單的分類，從能源的生產、輸配、存儲到消費四個維度，這裡還包含設備層、信息層、應用層。其中包含很多的技術體系，包括太陽能發電，風力發電，包括現在生物質，地源熱泵等等。輸配方面最為先進的技術就是柔性直流輸電，特變電工也在做±800kV的柔性直流輸電換流閥，還有存儲技術，包括電化學儲能、儲氫等。再到消費，電動汽車就是其中一個方向。今天重點想和大家分享其中的兩項技術，一個是智能微電網技術，另一個是電能路由器技術。它就涵蓋從生產、輸配、存儲和消費四個維度，也是包括了設備層、信息層、應用層。www.wefgl.com
微電網的概念，指的是分佈式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等按照一定的拓撲結構組成的小型發配電系統。它具有四個特點，第一是微型，這裡的微型不是指規模，而是其中涵蓋的元素，第二是清潔，微電網主要以清潔能源作為主要的電源。第三是自治，大電網出現供電問題，微電網仍能保證正常供電。最後就是友好，接入電網一定要友好，對大電網的調峰調頻可以起到輔助支撐作用。總結一下微電網的本質，我們從四個角度看，第一個就是經濟，第二是多能，第三是環境，第四個是技術。微電網不是一種產品，它是一種服務，這種服務要實現這四個維度的多目標的尋優。技術主要是解決源、網、荷、儲的能量優化與功率協調，在經濟層面，處理不同利益體之間的利益衝突，達到利益最大化。
微電網從2015年開始，國家推出新能源微電網指導意見，再到2017年國家提出推進併網型微電網的建設試運行辦法，近年來，我國建設了很多微電網示範工程。在2017年南網出臺了儲能的補貼政策，微電網這麼多年發展，從經濟層面上主要還是卡在儲能上，經濟效益不夠明顯，如果儲能的補貼政策能夠出臺，後期會對微電網的發展起一定的推動作用。
另外看一下微電網的技術發展，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，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的概念，美國的微電網主要體現在可靠性上，滿足用戶定製的多種電能質量要求，降低成本，實現智能化，這裡有一些代表性的案例。歐洲主要是以靈活為主，靈活可變的多種拓撲連接方式，以適應在多種運行狀態下可靠性、經濟性和供電電能質量的綜合最優，實現多個微電網的互連和市場交易。日本主要是以清潔為主，能源供給多樣化、減少汙染、滿足用戶的個性化電力需求，提升微電網的控制與儲能技術。我國的微電網和國外的發展有些類似，這裡列了一些重點的示範，從最早的微電網，像舟山、溫州等離網型的微電網。再到併網型的微電網，像北京也做了很多微電網的示範，再到後面發展的微電網群。下面列了兩個正在參與的項目，一個是廣州珠海，一個是東莞，這兩個微電網和我們常規的交流微電網不一樣，這些微電網的網絡架構是直流微電網和交直流混合微電網。沃爾夫www.wefgl.com
剛才說了微電網和單純的新能源發電最大的區別是要考慮負荷的差異性，任何一個園區要做微電網都要以負荷作為首要考慮，我們先對一個典型的園區做負荷分析，一般的園區可以分為四種負荷，第一是重點的保障負荷。另外就是可中斷的負荷，像非必須的照明，還有可轉移的負荷，生產負荷可以進行排班轉移。另外就是大部分新建園區分期建設，考慮到後期擴容的問題。針對這四種負荷，我們對北京、上海和陝西工業園區分析了一下，北京有尖峰電價，工業電價可以達到1.07元，而谷時是0.37元。西安工業用電峰值是0.87元，谷值在0.22元，典型的工業園區採用兩部制電價，一個是電度電價，一個是基本電費，從典型工業園區的用電情況可以看出，基本費用佔到了40%以上，電鍍電費佔比52%。另外我們統計一下峰谷平的用電時段，谷時段佔10%，平時段37%，峰時段佔比53%。同樣，園區還有很多問題，包括用能成本高，擴容需求大，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解決方案。特變電工提供雙端、三層、多場景的微電網成套解決方案。雙端是雲端和本地。三層是管理層+協調層+執行層，多場景指的是交流、直流、交直流混合微電網。對於交直流混合微電網，能源路由器可以替代傳統的光伏逆變器，儲能變流器、箱變等一次設備，同樣可以集成能源管理系統、中央控制器等二次設備。
剛才提到微電網，首先要進行能效分析，特變電工可以為客戶進行能耗分析、負荷評測、運行策略設計、容量優化配置、網架設計以及經濟測算，提供高效低成本微電網整體解決方案。第二，特變電工可以提供多時間尺度的能量管理系統。集成了SCADA系統的數據圖表和把表分析的功能，通過源荷功率預測，採用智能優化算法，進行多時間尺度源荷儲能量管理，從而實現經濟優化運行，提升微電網經濟效益。微電網暨服務MaaS的模塊化，定製化的能量管理系統，滿足客戶不同的需求。第三就是跨平臺智能運維，通過本地能量管理系統、微電網雲平臺以及手機APP對微電網安全、經濟運行狀態進行監視與判斷，對異常事件進行處理，通過大數據分析，指導微電網經濟、智能運行，實現跨平臺智能運維。第四，核心裝備，特變電工研製的電力電子裝備全面覆蓋微電網應用的眾多場景。包括微電網裡用的能量路由器，光伏逆變器、電能質量產品等。沃爾夫www.wefgl.com
提到能量路由器，能量路由器是由交直流混合微電網的核心設備，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，變壓器應運而生，解決了電力傳輸的問題，交流電很快取代了直流電。為什麼到現在又提出直流這個問題，那是因為我們這幾年在做的很多的光伏、儲能、電動汽車、變頻空調等，都是直流的， GE的研發中心在1970年提出了電力電子變壓器的概念，替代傳統的工頻變壓器，那時候技術不是很成熟，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展，讓我們覺得電力電子變壓器技術的實現成為可能，隨著能源互聯網的發展，電力電子變壓器被賦於了一個新的名詞，能量路由器，它以先進的電能變換裝置為核心，集成了現代通信技術和電力電力變換技術，智能控制與管理技術，實現局域電網的能量智能管理，分佈式能量的高效利用與控制的電力設備。沃爾夫www.wefgl.com
國內外很多企業都在開展電力電子變壓器的研製，包括ABB、GE、中車等，特變電工經過三年的研發，目前推出的能源路由器的產品指標如表所示，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%，採用集裝箱設計。我們整個系統結構採用了模塊化設計，我們通過模塊化的串並聯，低壓側的並聯，高壓側的串聯實現大容量高電壓，同時，設備具備在線智能冗餘功能，一個模塊發生故障，整機可以不停機工作，在線旁路故障模塊，具有可靠性高的特點。特變電工的能源路由器採用碳化硅功率器件的工程化應用技術和基於雙有源橋電路的軟開關技術，具有全功率範圍效率高的特點，控制系統具有卓越的控制性能，滿足各種工況運行。產品順利通過開普實驗室測試，取得鑑衡金太陽認證證書。在2017年7月份，特變電工的電能路由器產品順利通過國家級科技成果鑑定，李立成院士作為評選委員組的組長，給予了居於國際領先水平的最高評價。電能路由器的應用場景很多，包括光伏發電、儲能充放電、電動汽車充電以及微電網等。以光伏發電為例，採用能源路由器可以替代傳統的逆變器+箱變的併網方式，可以提供集中式高壓直接併網方案和直流匯流型組串式高壓直接併網方案，可應對各種光伏發電場合。對比一下電能路由器併網方案和組串式併網方案，基於電能路由器的集中式高壓併網方案能夠提升系統效率2.4%以上。總結一下優勢，高壓可以直接併網，高壓替代低壓，直流替代交流。好處就是系統損耗低，無工頻變壓器，重量輕，體積小，無汙染，無工頻變壓器空載損耗，待機損耗小於20W，夜間無耗電，未來降價空間會比較大。2016年12月特變電工的電能路由器產品在西安的產業園區進行了併網示範，最大轉化效率實測達到98%以上，發電量可以提升3%。
另外一個重要應用場景是儲能充放電，傳統的儲能充放電方案是採用PCS+箱變，採用電能路由器可以替代傳統的PCS和箱變，整個系統效率可以提升3%以上，基本上沒有待機損耗，以北京地區實際的峰谷電價來看，每年額外收益約8.15萬元，25年生命週期額外收益約為203萬元。
另外講一下特變電工所提供的微電網方案及價值。我們提供的服務就是雙端、三層、多場景的微電網，還可以做到虛擬同步機多機並聯，基於人工智能算法實現源荷預測，混合時段尺度調度，最終給客戶提供定製化服務。方案的價值，賺取峰谷電價差，節能基礎容量費，降低用能成本，離併網穩定切換，提高供電可靠性，降低停電成本，功率型需求側響應，提升光伏自發自用比例極滲透率。用能精細化管理，降低能耗，提升可在新能源滲透率，環保無汙染，友好接入電網，提供調峰調頻輔助服務。舉個例子，特變電工西安產業園區建設的微電網，包括2兆瓦光伏，1兆瓦時儲能，2MW的負荷，通過EMS管理，網源荷儲優化園區廣義負荷曲線，可降低基礎容量10%，額外提升12%的光伏自發自用電量，年節約基準容量費約17.28%萬元，光伏發電補貼及餘電上網年收益84.49萬元。年節約電度電費約184.42萬元，微網系統穩定運行25年，年收益約286.19萬元，投資回報週期為7.7年，IRR可達到13.27%。沃爾夫www.wefgl.com
以能量路由器為核心的交直流混合微電網，可以減少配用電便流環節，提高配用電效率、可控性和靈活性。採用交直流混微電網方案，微電網的網源荷儲由能量路由器統一接入，系統綜合效率提升約為6.5%以上，交直流混合微電網方案相當於傳統交流微電網方案能夠大幅度提升系統效率。
最後，我們看一下微電網的前景，在市場層面上，摘錄2017年的市場分析報告，預測2023年全球市場達到170億美元，中國國內市場將達到130億元，特變電工認為微電網在未來將以新業態方式參與電力市場，形成高效清潔的能源利用新載體。在技術層面上，未來的微電網將以交直流混合微電網的形式存在，能量路由器將實現廣泛替代，促進交直流混合微電網的發展。謝謝大家的聆聽。
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