储能系统在微电网中扮演什么角色?

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如今,微电网和储能行业的发展前景日益广阔。日益增长的网络安全威胁和频繁的自然灾害给电力系统带来了更大的风险,这使得微电网解决方案成为客户和公用事业公司改进电力供应的理想基础设施。

然而有时候,“微电网”与“储能”的术语可以互换使用。这意味着储能系统可以提供备用电能,而人们认识到微电网和储能不是同一件事是很重要的。

储能系统对微电网来说无疑是必不可少的因素。储能系统是一种灵活的多功能分布式能源,可为微电网提供显著的效益。然而,单独部署储能系统并不会构成微电网,并且在很多情况下,微电网也可以在没有部署储能系统的情况下进行设计和实施。

由于增加储能资源会为微电网项目带来额外的资本投资,因此客户必须确定其弹性和能源安全目标,并与能源解决方案合作伙伴开展合作以实现这些目标。其合作伙伴应该是独立运营的,能够提供最好的解决方案组合,拥有丰富的节能经验,并最大程度地提高成本效益,并具有发电、控制和储能方面的专业知识,可以有效地开发、设计和实施成功的能源安全解决方案。

微电网的弹性范围

重要的是要定义什么样的微电网,这对于回答储能系统对其设计的重要性的问题很重要。

在电网中断时,微电网为用户提供备用电源,并以安全可靠的方式独立服务于现场的电力负荷。这种断开状态通常被称为“孤岛”,因为它实际上是一个小型动力系统,可以满足用户的需求,而无需将电力传入或传出孤岛。如果一个站点的负载不能由现场发电服务,那么需要优先考虑为那些被认为对站点运营至关重要的负载提供电源。

Ameresco公司推出的一种微电网有效设计方法的核心功能包括:节能、分布式发电、微电网控制,并在一定程度上储存电能。这种以效率为中心的方法确保了微电网系统针对效率进行优化,以最大限度地减少能源的浪费,并将大部分成本有效地投资于新一代储能和控制设备。

三个主要问题有助于对微电网的弹性进行说明,这些弹性开始确定这些核心功能在多大程度上都是必需的。首先,用户需要多久才能完成从并网状态到孤岛状态的转变?其次,站点总负载中有多少是关键负载?第三,客户期望服务于这些关键负载(例如几分钟或几周)时间有多长?

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图中所示的微电网弹性范围从没有弹性到完全具有弹性,并且可以实现从连接到电网的实际无缝过渡。没有部署微电网的客户(例如住宅用户)在电网中断期间将会完全中断。一旦电力公司诊断并解决了电网中断或故障,其电力才会恢复正常。

其次,配备现场紧急备用发电和转换开关的客户可以部分恢复电力,因为他们的一些或全部负载可以根据发电机功率的大小来提供服务。其电力供应将会暂时中断,直到备用发电机可以为负载提供持续的电力。在这种情况下,一些特别关键的负载(例如计算机或数据服务器)可能将采用不间断电源(UPS)提供的备用电源,以在有限的时间内为特定关键负载提供电能。许多办公楼就是这种场景的例子。

对于某些客户来说,电力供应的中断对企业关键运营构成重大风险,或者生产力下降,产品的产量下降,大学或实验室环境下的研究中断,或其他价值损失等形式造成显著的经济损失。这就需要在电网受到干扰的期间不间断地过渡到独立的孤岛运行,这意味着客户设施内的某些负载的电力根本不会中断。

虽然具有不间断电源的过渡(图中右半部分所示)对许多客户来说可能是需要的,但这种能力会增加微电网的复杂性和成本。为了实现不间断地向孤岛运行的过渡,并且不会影响供电的连续性,保护性电气控制设备必须安全,并且立即将现场发电设备与不稳定的电力设施之间的连接进行隔离,并且紧急发电设备必须立即为负载提供服务,在电网发生干扰和中断时,可以提供现场发电,例如热电联供为负荷提供电力,并且采用微电网控制措施,能够识别并迅速对电力干扰和中断做出反应,则可以实现这一目标。

关于成功不间断地过渡到孤岛运营的关键决定是,是否有足够的发电量来为该场地的关键负荷提供服务,或者是否需要减少(关闭)较少的关键负荷以匹配可用的发电量。微电网控制措施可能需要迅速进行,以维持现场柴油发电机的稳定性,并维持电力供应的连续性。

为了实现在电网和现场发电设备之间不间断转换,具有完全弹性的微电网,如最右端的弹性范围,需要有足够的柴油发电机来满足所有现场负载要求。在发生停电时以及连续数小时或数天时间之前,这必须实施,直到电网恢复正常。即使在这种情况下,也可考虑使用微电网控制,以便响应意外情况,如柴油发电机故障或负载水平发生意外变化。


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