干货｜产业园区综合能源系统形态特征与演化路线

2.3 小水电+分散式风电

我国水能资源极为丰富，如贵州省位于云贵高原东坡，气候温和多雨，水系发达，支流众多，河流落差集中，是中国水力资源较为丰富的地区之一。因此，结合当地实际开发建设小型水电，既可解决当地用电难题，又可服务发展地方经济;此外，目前国家实施可持续发展战略，大力推动清洁能源开发利用，政策层面为小水电的发展提供了较大的发展空间和机遇。

小水电通常是指容量在50 MW以下的水力发电站，从容量角度来看，小水电位于所有类型水电站的末端。此外，一般而言，小水电并网电压等级均偏低，绝大多数小水电并入10～110 kV配电网。

小水电具有数量多、分布广、容量小的特点。在实际中，与中大型水电站一般具有蓄水调节水库不同，大多数小水电为径流式电站，本质上无调节能力。

小水电出力具有明显季节性的特点，在丰水期，小水电机组集中发电，当地配电网难以消纳过多水电时，可能导致调度机构出于电网安全稳定运行强制要求小水电弃水限电;而相反枯水期间，小水电机组发电量不足，无法为上级电网供应足够的电力。小水电出力不能与当地用电需求匹配，因此其运行受到了较大限制。与此同时，目前各地电网企业对小水电的发电管理仍较为粗放，存在小水电管理体系不完善、缺乏调度和监测技术等问题;绝大多数小型水电站的并网运行不受电力调度机构管理和控制，呈现“多来多发、少来少发、有水则发、无水则停”的自由和无序状态。

而分散式风电是指风力发电机组以多点方式接入中低压配电网络，并网运行受电力调度机构统一调度的风力发电利用模式。目前，与集中式风电开发模式通过输电网消纳大规模风电不同，在分散式风电发展初期，风电机组需就近规划和接入在运行的10 kV、35 kV和110 kV 3个电压等级的配电网网络，其并网最高电压等级为110 kV。由于传统110 kV电网传输距离约为100 km，因此分散式风电将就近被本地电网消纳。

时间上出力的波动特性使得分散式风电和小水电两种电源具备较大的互补特性。以中国南方为例，在水力资源方面，受亚热带季风气候影响，一般而言，春夏季为河流丰水期，秋冬季为河流枯水期。在风力资源方面，冬季主要受西伯利亚高压的影响，风向较为稳定，风力资源丰富。风能资源总体时间分布特征为夏季风小，冬春季风较大。其次，就出力波动性而言，小水电日波动小，但季节性波动较大;而风电的日波动性很大，季节性波动却较小。

综上所述，在建设场地有限的产业园区可结合当地丰富的水电资源优势以及小水电和风电的天然互补特征，发展小水电+分散式风电多能互补综合能源系统的建设形式，从而最大限度的利用当地清洁能源，减轻间歇性可再生能源发电并网给配电网络带来的冲击。风水多能互补综合能源系统形态示意图如图2所示。此外，以小水电为基础，还可形成水光多能互补、风水光多能互补等典型综合能源系统。

图2产业园区风水互补综合能源系统形态示意图

2.4 园区能源互联主动配电网

产业园区能源互联主动配电网(active distribution network，ADN)是在主网配网协同控制的基础上，具备分布式发电、储能、需求侧响应、柔性负荷和电动汽车等丰富的电源负荷调控手段，能够针对能源互联主动配电网的实际运行状态，以经济性和安全性等为控制目标，自适应调节其网络结构、发电单元及负荷的智能配电网络。

典型产业园区能源互联主动配电网示意图如图3所示。在产业园区能源互联主动配电网中，大量的分布式发电单元从不同节点并网后将导致配电网由传统辐射状的网络变为数量众多的中小电源和用户的互联网络，从传统意义上“配电系统”转变成为一个“电力交换系统”。从本质上来看，主动配电网主要包含3方面特征:交直流混合架构、运行态势准确感知以及源网荷协调控制。

图3 产业园区能源互联主动配电网示意图

随着光伏、电动汽车等直流源荷在工业园区中快速增加，传统交流配电网络的兼容性和适应性亟待提高。园区能源互联主动配电网可根据需求采用交直流混合架构，其中直流子配电网为直流源荷的接入提供了极为便利的途径。各类型冲击负载，可再生能源发电和直流负荷可通过DC/DC变压器直接连接至直流配电网络，由于无需传统交流配电网络中的DC/AC环节，有效简化了控制系统，降低了损耗，节省了工程造价。此外，通过交直流双向变流器，可实现对混合网络潮流的柔性控制以及全局系统能量的优化调度和管理。

通过根据园区能源互联主动配电网中各种测量设备的测量和状态估计数据准确判断当前配电网的运行状态，以及基于负荷历史数据和数值天气预报高精度预测负荷/可再生能源信息，可实现对园区能源互联主动配电网态势的全面精确感知。

源网荷协调控制是园区能源互联主动配电网的中心所在，通过对配电网络源网荷对象的主动调控和管理，实现配电网络的低成本高效安全运行以及可再生能源的最大程度消纳。主动配电网的控制要素覆盖源网荷3方面，具体可包括联络开关变化为代表的电力网络控制，可再生能源发电调度为代表的电源功率控制，以及以电动汽车充放电控制策略为代表的灵活互动。

2.5 多能互补综合能源系统

对于大多数产业园区来说，负荷存在用电、用热、用冷等多种用能需求，且用能数量大，节能空间广。因此具有利用多能互补、源网荷储协同技术为工业园区提供能源整体服务的需求，以满足园区多样化的能源需求，提高供能质量，为用户节约用能成本。

产业园区典型多能互补综合能源系统的形态示意图如图4所示。它将电、气、热、冷、氢等多类型能源环节与信息、交通等其他社会支持系统进行有机集成，通过对多类型能源的集成优化和合理调度，实现多类型能源的梯级利用，提高能源利用效率，提升供能可靠性。同时，多能源系统的有机协调，对延缓输配电系统的建设，消除输配电系统的瓶颈，提高各设备的利用效率具有重要的作用。在紧急情况下，当电力或天然气系统受到天气或意外灾害的干扰而中断时，多能互补综合能源系统可以利用就地能源为重要用户提供不间断的能源供应，并为故障后能源供应系统的快速恢复提供动力支持。

图4产业园区多能互补综合能源系统形态示意图