基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)綜合能源案例分析

雷 威 盛化才 王宏偉 張 蕾

上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司

0 引言

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、分布式發(fā)電功能技術(shù)、能源系統(tǒng)監(jiān)視技術(shù)、控制和管理技術(shù)、及新的能源交易方式的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以集成供電、供氣、供暖、供氫、電氣化交通等能源系統(tǒng)的綜合能源服務(wù)近年來(lái)在全國(guó)迅速發(fā)展，引發(fā)了能源系統(tǒng)的深刻變革，成為各國(guó)及企業(yè)新的戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)和合作的焦點(diǎn)[1，2]。

與此同時(shí)，我國(guó)能源消費(fèi)供給、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能源系統(tǒng)形態(tài)呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)，綜合能源已成為一種新型的、為滿足終端客戶多元化的能源生產(chǎn)與消費(fèi)的能源服務(wù)方式。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是圍繞用電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分利用移動(dòng)互聯(lián)、人機(jī)智能等現(xiàn)代化先進(jìn)信息技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。將電力物聯(lián)網(wǎng)與綜合節(jié)能統(tǒng)一考慮，可實(shí)現(xiàn)能源利用信息化和數(shù)據(jù)化，實(shí)現(xiàn)多異質(zhì)能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃、優(yōu)化運(yùn)行、協(xié)同管理、交互響應(yīng)和互補(bǔ)互濟(jì)，是在滿足系統(tǒng)內(nèi)多元化用能需求的基礎(chǔ)上，有效提升能源利用效率、促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展的新型一體化能源系統(tǒng)[3-6]。

武康供電營(yíng)業(yè)所綜合能源示范項(xiàng)目以建設(shè)“園區(qū)小微網(wǎng)用戶”為目標(biāo)，集微電網(wǎng)、光伏、充電樁、儲(chǔ)能（供能）系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、能量調(diào)度管理系統(tǒng)為一體。在能源技術(shù)方面，通過(guò)加強(qiáng)綜合能源服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，應(yīng)用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立多能協(xié)同綜合能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，形成能源生產(chǎn)和消費(fèi)的智能化體系以滿足用戶多元用能需求。建成的園區(qū)小微網(wǎng)是具有共享開(kāi)放、在線互動(dòng)等互聯(lián)網(wǎng)特征的能源服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)此平臺(tái)，可挖掘用戶潛在的能源服務(wù)需求。

1 綜合能源系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

1.1 光伏發(fā)電

項(xiàng)目計(jì)劃建設(shè)58．8kW屋面光伏發(fā)電：屋頂光伏部分的設(shè)計(jì)采用在屋面混凝土立架之上搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)，使用固定式安裝模式安裝光伏組件。該屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)，將安裝210片多晶硅光伏組件，采用15串14并的方案；停車(chē)棚頂面光伏部分，在設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)棚時(shí)就加裝了頂面光伏發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)出的電通過(guò)匯流箱并入大樓屋頂光伏系統(tǒng)。停車(chē)棚頂面光伏初步設(shè)計(jì)將安裝75片多晶硅光伏組件，采用15串5并的方案。

根據(jù)本項(xiàng)目場(chǎng)址日照峰值小時(shí)數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)效率、裝機(jī)容量等分析計(jì)算，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為7．61萬(wàn)kWh。

1.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)

本項(xiàng)目根據(jù)光伏子系統(tǒng)、充電樁系統(tǒng)、用電負(fù)荷規(guī)模及儲(chǔ)能電池容量衰減，計(jì)算出儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為240kWh/100kW。

儲(chǔ)能系統(tǒng)將采用磷酸鐵鋰電池作為存儲(chǔ)介質(zhì)，鋁殼單體電池采用激光點(diǎn)焊技術(shù)組成參數(shù)為240Ah/48V的電池箱。整個(gè)系統(tǒng)采用21個(gè)電池箱，組成240kWh/100kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能集裝箱規(guī)格按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的20英尺的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)集裝箱，且集裝箱具有隔熱保溫功能，以滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸要求。

儲(chǔ)能系統(tǒng)工作模式采用并網(wǎng)模式，即谷時(shí)充電，峰時(shí)放電。

1.3 充電樁系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，設(shè)計(jì)在機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)位安裝3臺(tái)30kW落地式單槍直流充電樁和1臺(tái)60kW雙槍直流充電樁，此設(shè)計(jì)可同時(shí)滿足5輛新能源汽車(chē)的充電需求。充電樁采用150kW一拖4群總控制箱，安裝500V功率模塊為乘用車(chē)提供直流電能。

1.4 智慧路燈站牌系統(tǒng)

智慧路燈站牌功能包括視頻監(jiān)控、LED燈、燈箱屏、LED屏、Wifi、一鍵報(bào)警、基本數(shù)據(jù)（除視頻）上傳等功能，智慧路燈系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 智慧路燈系統(tǒng)

1.5 能效管理監(jiān)控展示平臺(tái)

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的電力能效管理平臺(tái)接入園區(qū)大樓1層營(yíng)業(yè)廳液晶屏進(jìn)行典型示范展示。管理平臺(tái)內(nèi)容包括對(duì)光伏實(shí)時(shí)發(fā)電量和運(yùn)行狀態(tài)、充電樁工作狀態(tài)、儲(chǔ)能電池運(yùn)行狀態(tài)、配電系統(tǒng)電能質(zhì)量、照明/辦公設(shè)備等用能系統(tǒng)實(shí)時(shí)用電進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和集中展示。

系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖2所示：系統(tǒng)主要分為3層，分別為數(shù)據(jù)采集與控制層、消息服務(wù)與持久層、終端展示層。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)計(jì)量表狀態(tài)，對(duì)電池電流進(jìn)行跟蹤和預(yù)測(cè)，并根據(jù)用戶實(shí)際用電負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)出力，削平用戶用電高峰，增加電網(wǎng)容量，最大效率地利用電池存儲(chǔ)電量，將儲(chǔ)能系統(tǒng)的效用發(fā)揮到最大，具體措施如下：

1）白天園區(qū)用電主要由園區(qū)光伏發(fā)電出力。當(dāng)用戶用電達(dá)到高峰，且用電負(fù)荷超過(guò)電網(wǎng)額定配給容量一定比例時(shí)，光儲(chǔ)一體機(jī)接收EMS并網(wǎng)放電指令，電池組放電；當(dāng)EMS檢測(cè)到電池電量SOC低于設(shè)定值的20%時(shí)，系統(tǒng)向儲(chǔ)能逆變器PCS發(fā)送停止放電指令，電池組停止放電，由電網(wǎng)向園區(qū)負(fù)載繼續(xù)供電，同時(shí)將剩余容量的20%作為極端配置容量，以備離網(wǎng)時(shí)候使用。

2）夜晚用戶用電較低時(shí)，且此時(shí)電價(jià)處于谷段，儲(chǔ)能逆變器（PCS）接受EMS并網(wǎng)充電指令，電網(wǎng)通過(guò)PCS對(duì)電池組進(jìn)行充電，此時(shí)用戶負(fù)載由電網(wǎng)供電。充電完成后，系統(tǒng)向PCS發(fā)出停止充電指令，PCS進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

3）儲(chǔ)能系統(tǒng)推薦每天進(jìn)行1充1放模式。白天，儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)先將電池的電放完，晚上電價(jià)谷段時(shí)將儲(chǔ)能電池充滿電。

此外，系統(tǒng)也可根據(jù)用戶日用電曲線，調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電次數(shù)，最大程度增補(bǔ)電網(wǎng)容量的不足。

通過(guò)電力能效管理平臺(tái)的實(shí)時(shí)調(diào)度、實(shí)時(shí)控制和有效管理，達(dá)到電網(wǎng)有效調(diào)整和平衡能源供需結(jié)構(gòu)，推動(dòng)節(jié)能減排、降低能源消耗、提高能源利用效率和提升管理運(yùn)營(yíng)水平。

2 效益

通過(guò)綜合能源系統(tǒng)的改造及對(duì)比當(dāng)前能源模式，預(yù)計(jì)平均年發(fā)電量6．76萬(wàn)kWh、儲(chǔ)能收益8．8萬(wàn)元、充電樁系統(tǒng)收益6．2萬(wàn)元、能源消耗總量降低18．3%、提升能源利用效率10．2%。

3 結(jié)論與展望

本項(xiàng)目以建立園區(qū)小微網(wǎng)用戶為依托，基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論與技術(shù)，配以感知互動(dòng)、安全可信、高效節(jié)能的智慧能源管理平臺(tái)，形成能源生產(chǎn)、消費(fèi)的智能化體系，滿足用戶多元用能的需求。

隨著通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、云技術(shù)、新能源技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源管理系統(tǒng)將成為現(xiàn)實(shí)。通過(guò)構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源管理系統(tǒng)（綜合能源管控系統(tǒng)），可將不同地域的功能區(qū)能源納入統(tǒng)一管理，從而為政府、園區(qū)管理者、能源服務(wù)商和企業(yè)用戶提供完善的、精細(xì)化的能源管理服務(wù)，提升能源精細(xì)化管理水平和能源使用效率，促進(jìn)新型能源的利用和節(jié)能減排，進(jìn)而促進(jìn)能源利用方式的變革，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

綜合能源管控系統(tǒng)以構(gòu)建安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、高效的能源供應(yīng)體系為目標(biāo)，以服務(wù)清潔能源發(fā)展、優(yōu)化能源配置、提高能源效率為重點(diǎn)，推進(jìn)能源供給側(cè)改革，建設(shè)協(xié)同規(guī)劃、聯(lián)合運(yùn)行、多元服務(wù)的綜合能源協(xié)同共享生態(tài)體系。