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摘要:分布式能源系统作为一种高效、环保、经济、可靠性高的能源系统，在世界范围内得到广泛青睐。分布式能源系统的能源利用效率一般在60%～80%，最高的接近90%，而且多采用天然气等清洁能源，与燃煤火电机组相比，其SO2和固体废弃物排放几乎为0，CO2排放量减少50%以上。另外，分布式能源系统作为集中供能的一种有益补充，可有效避免电网停电带来的巨大经济损失。本文针对基于微网多能源互补分布式能源站的2种典型工况进行节能分析，结果表明:分布式能源系统一次能源综合利用率平均为58.4%，而常规能源系统一次能源综合利用率平均为39.01%，平均效率提高了19.39%，平均节能率为33.05%，且随着户端供冷(热)量需求增大，一次能源综合利用效率将随之提升，节能效益更加明显。
关键词:分布式能源；节能分析；一次能源综合利用率；节能率
1智能微网简析
智能微网（如图1所示）按照是否与常规电网联结，微网可分为联网型微网和独立型微网。
（1）联网型微网具有并网和独立两种运行模式。在并网工作模式下，一般与中、低压配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。通过网内储能系统的充放电控制和分布式电源出力的协调控制，可以实现微网的经济运行；也可实现微网和常规电网间交换功率的定值或定范围控制，减少由于分布式可再生能源发电功率的波动对电网的影响。在外部电网故障情况下，可转为独立运行模式，继续为微网内重要负荷供电，提高重要负荷的供电可靠性，并提供优良的电能质量和其他辅助性服务，如电压支撑、向外馈送电能甚至提供黑启动能力。
（2）独立型微网不与常规电网相连接，利用自身的分布式电源满足微网内负荷的需求。当网内存在可再生能源分布式电源时，常常需要配置储能系统以抑制这类电源的功率波动，同时在充分利用可再生能源的基础上，满足不同时段负荷的需求。这类微网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。
总体来看，微网的出现将完全改变配电系统的结构和运行特性，在微观上，微网可以看做是小型的电力系统，具备完整的发、输、配电功能，可以实现局部的功率平衡与能量优化；在宏观上，微网又可以认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷。这使得现在的电力系统有了更大的柔性和可控性，同时也具有了更多的商业模式。现有研究和实践表明，将分布式电源以微网形式接入到电网中并网运行，与电网互为支撑，是发挥分布式能源效能的最有效方式，具有巨大的社会与经济意义。
2分布式能源微网系统
分布式能源微网系统是指将发电系统以小规模分散式的方式布置在建筑物内或者建筑物附近，组成微电网联合供应电、热（冷）能的系统。系统输入的能源可以是燃气、柴油、生物质能、太阳能、风能、燃料电池等。微网系统与公用电源供应系统在电网和冷、热水管道上进行就近支援，确保能源供应的可靠性，将能源效率发挥到最大状态。当前研究的新一代能源系统具有五个方面的主要特征：燃料多元；冷热电联产；装置小型化；网络智能化控制管理；环保低排放或零排放。新建多能源互补的分布式微电网能源中心项目具有能源综合利用率高、经济、环保、安全可靠性高、多重调峰的优点。在微网中多能源交叉利用、通过统一的能源输出通道，对区域能源进行多种能源供应。
基于微网多能源互补的分布式能源站，系统图如图2所示。其主要构成包括:1)动力设备。1台65kW微型燃气轮机、2台315kW燃气内燃机，120kW光伏。2)余热利用设备。1台烟气热水型溴化锂制冷机、1台蒸汽型溴化锂制冷剂、1套小型余热锅炉装置。3)蓄能设备。电池储能装备、冰蓄冷中央空调、电锅炉储热系统。
3微网能量管理和控制方案
分布式微网能量管理系统（Microgrid-EMS,简称MEMS系统）是分布式能源（分布式DR）的控制核心，以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统。分布式微电网自身容量较小，加上光伏、风电、和负荷的变化，分布式能源本身具有波动性和间歇性，且具有大量的电力电子设备接口，电力电子设备具有较快的反应速度、输出阻抗小、过载能力低等特点，所以增加了微网控制的难度，微网电压和频率的变动较大，微网能量协调控制通过对微电源的P/Q控制、V/f控制和下垂控制进行组合对微网整体进行协调控制，控制系统需要统筹各个分布式电源运行方式，在电力系统中扮演重要的中间角色，并完成系统内部各微电源之间、独立微网与主微网、多个微网间、区域微网间的多种协作和管理。
微网能量管理系统在并网运行方式下，分布式能量管理系统控制微电源采用PQ运行方式，并根据用电负荷、供热负荷、供冷负荷，调节分布式DR烟气量、输出功率、调节光伏逆变器运行方式、通过BMS和PCS调节储能系统存储状态，并根据电网的电压、频率、电流和输入功率实现调节微电网中间层的控制策略（表1）。
在孤岛运行方式下，分布式能量管理系统控制一个稳定的微电源采用VF，其余分布式DR采用PQ控制运行方式（表2）。
微网能量管理系统根据分布式电源的类型、一次能源的变化、发电费用、环境因素、检修周期情况预测分布式电源出力，不同能源价格情况下的经济运行情况，优化运行方式，得到最优最经济的运行工况。
根据能源价格和供能价格，微网管理系统进行运行统计数据实时计算，根据表3可以计算出系统供能成本、收入、发电量、供热量、供冷量，并根据一次能源价格、电价、蒸汽价格和冷价格进行实时统计和调整，指导微网供能系统优化运行。
4节能分析
分布式能源系统与常规能源系统，在用户侧供应相同的电能、热量和冷量的情况下，哪个节能、节能程度如何即可用节能率，或系统的一次能源综合利用效率提高率来表征。基于微网多能源互补分布式能源站日常运行可选择多种运行工况，如微型燃机+烟气溴化锂机组+烟气热水换热器工况等，文中选择2种经典工况，即:内燃机+烟气溴化锂机组+烟气热水换热器工况、内燃机+余热锅炉+蒸汽溴化锂机组+烟气热水换热器工况进行节能经济性分析，并与常规能源系统进行比较。
4.1设备概况
文中基于微网多能源互补分布式能源站内燃机采用日本三菱GS6R2－PTK，额定功率为315kW×2;烟气溴化锂机组采用日本荏原RGD015YG，供冷量528kW，供热量465kW;蒸汽溴化锂机组采用日本荏原RHP039MT，供冷量340kW，供热量392kW。
4.2一次能源综合利用率
根据一次能源综合利用率计算方法，以年为单位，供冷期为4个月，供热期为3个月，仅在工作日供能，常年提供生活热水，经计算，2种经典工况下分布式能源系统与常规能源系统的节能分析如表4、表5所示。
由表4、表5可以看出，在内燃机+余热锅炉+蒸汽溴化锂机组+烟气热水换热器工况下，分布式能源系统一次能源综合利用效率为55.46%，常规能源系统的一次能源综合利用效率为38.89%，节能率为29.89%;内燃机+烟气溴化锂机组+烟气热水换热器工况下，分布式能源系统一次能源综合利用效率为61.34%，常规能源系统的一次能源综合利用效率为39.13%，节能率为36.21%;同时，比较供冷(热)需求量，可以推断随着余热利用的深入，或者随着提供系统的年供热量与年供冷量增多，一次能源综合利用效率随之提高，节能率也随之提升。
5结语
本文针对1套基于微网多能源互补分布式能源站两种典型工况进行了节能经济性分析，分析结果表明，1套小型的分布式能源站，系统一次能源综合利用效率平均为58.40%，而科研院区原有的常规能源系统一次能源综合利用效率平均为39.01%，一次能源综合利用效率提高了19.39%，平均节能率为33.05%，且随着供冷(热)量需求增大，一次能源综合利用效率将随之提升，节能效益更加明显。
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论文作者:王辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
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