某電蓄熱鍋爐改造及微電網項目建設方案

發布時間：2023-06-08 04:27:02

中國能源發展逐漸由集中式向分散式，單一能源向綜合能供應發展，本文提供某項目電蓄熱鍋爐改造及微電網建設方案（簡版，限于篇幅）供同行參考、探討。

1 工程概況

項目位于北京市延慶縣西南部，交通條件便利。項目內目前有鍋爐房一座，為滿足環保要求，擬將現有鍋爐改造為電蓄熱鍋爐，同時，為滿足項目用電及科研需求，擬利用站內空地，建設風力發電系統、光伏發電系統及儲能系統，組成微電網。

站內包含傳達室、食堂、車庫、庫房、實驗樓、培訓樓等建筑物，總建筑面積約64682.83m2；可利用空地約25718m2，實驗站內現有變壓器一座，容量較小，不能滿足未來負荷要求，需對現有變壓器進行擴容。

根據實驗站內熱負荷需求，初步確定試驗站內新建功率為120kW電蓄熱鍋爐8座,電蓄熱鍋爐布置在現有鍋爐房內；微網發電系統751kW，其中，風力發電系統400kW，光伏固定支架系統215.6kW，雙軸跟蹤系統30.8kW，平單軸跟蹤系統80kW，極軸跟蹤系統24.6kW。儲能系統暫按一套鋰電池及一套全釩液流電池，容量均為0.5MW/2MWh。蓄電池組布置在既有建筑內。

2 項目建設目標

1）建設由風力發電系統、光伏發電系統、儲能系統及微網控制系統組成的微電網系統。

2）依托微網建設及運行，實現對微網中的關鍵設備、關鍵技術進行實驗、研究，重點研究如下課題：

（1）雙向逆變器技術

逆變器是在要求的電壓和頻率下，把直流電轉換成交流電的裝置，逆變器的作用并不局限于并網，還能通過逆變器實現孤島運行。逆變器的并網功能已經實現商業化。對于并網型微網，當主電網失電轉入孤島運行后，通過逆變器管理儲能和發電設備應用功能已逐漸成為標準配置。

智能逆變器除具有并網功能外，還能夠向本地負荷供電、向主網送電，對主網提供無功電壓支持及故障檢測隔離；根據從智能電表獲取的電網實時信息作出控制決策等。這種智能微網型逆變器可以實現能量路由器功能，也是未來能源互聯網中的關鍵設備。

（2）智能轉換開關技術

智能轉換開關在現代微網中扮演著重要角色。在理想情況下，它可使微網在一個工頻周期內實現從并網運行模式到孤島運行模式的轉換，且不需要任何手動操作。以前微網與大電網之間通過機械開關手工操作實現，響應速度慢，會對電力設備造成十分嚴重的損壞。因此，智能開關是微網實現安全孤島運行的先決條件。使用智能轉換開關有助于微網從并網模式到孤島運行模式的無縫切換，使任何單一饋線回路故障都能在電力不中斷情況下被隔離。

（3）儲能技術

儲能技術是整個微網組成中結構最薄弱環節，本項目主要對儲能中的蓄電池進行試驗研究。

（4）微網控制技術

通過逆變器和智能開關可以使微網孤島運行，一旦微網與大電網斷開，軟件系統必須控制微網所組成部件，要保持電壓和頻率正常，以支持重要負荷。當微網孤島模式運行時，微網控制系統主要控制微網儲能裝置、分布式發電和相應負荷之間的功率平衡。

3 資源分析及微電網運行方案

3.1 風能資源

延慶區屬大陸性季風氣候，屬溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤帶的過渡連帶。氣候冬冷夏涼，年平均氣溫8℃。最熱月份氣溫比承德低0.8℃，是著名的避暑勝地。擁有105平方公里的地熱帶，具有豐富的淺層地熱資源。年日照2800小時，是北京市太陽能資源最豐富的地區。延慶官廳風口70米高平均風速7米/秒以上，風力資源占全市的70%。

根據估算，本區域40m高度年均風速為5.5m/s左右、10m高年均風速在4m/s左右，40m高度風功率密度為200W/m2左右、10m高度風功率密度為110W/m2左右，區域內主風能方向為W。

3.2 太陽能資源

本報告采用meteonorm7軟件中現有輻射數據推算及評價本項目的太陽能資源。

Meteonorm軟件基本原理是，以全球范圍內的7700多個觀測站數據作為基礎數據庫，當輸入任意一個站點經緯度時，軟件自動在以站點為中心1000km范圍內搜索觀測站，然后通過插值算法將參考氣象站數據折算成所需站點數據。

本地區年總輻射量為1363 kWh/m2，屬于太陽能III類地區（1050kWh/m2），即太陽能資源“較豐富帶”，具備開發利用價值。

3.3 負荷分析

1）熱負荷

統計站區建筑總面積約10000m2，設計采暖總熱負荷為750kW（75W/m2），根據上述負荷，試驗站采用電蓄熱鍋爐供暖，采暖熱媒為90℃/70℃熱水。

2）用電負荷

站區現階段由于工作人員較少，用電負荷較小；根據規劃，未來工作人員會陸續增加、實驗設備投入使用，日常生活以及工作實驗等用電負荷會增加。本報告暫按試驗站日常用電負荷300kW考慮，供暖期增加電蓄熱鍋爐負荷8×120kW。

3.4 微網運行方式分析

試驗站內目前有一臺變壓器，容量較小，根據負荷分析，需對現有變壓器進行擴容改造，建議新上一臺容量為1250kVA變壓器。

本微網系統由風力發電系統（400kW）、光伏發電系統（351kW）及儲能系統（2x0.5MW/MWh鋰電池及全釩液流電池）組成，微電網運行模式如下：

u 發電量大于負荷時，風機與光伏組件給微電網供電同時向蓄電池充電；

u 發電量小于負荷時，風機與光伏組件與蓄電池共同給微電網提供電量；

u 當夜間/日間，風機/光伏組件不發電時，蓄電池與風機/光伏組件共同向微電網供電；

u 電量富余時，微電網向當地電網售電。

4 項目建設方案

4.1 風力發電系統

根據規劃，站區內東北方向建設兩臺單機容量200kW的小型風力發電機組：其中一臺為水平軸、三葉片風機，輪轂高度40m，葉片直徑30m；另一臺為垂直軸風機，塔架高度20m左右。

4.2 光伏發電系統

1）光伏電池組件

根據目前組件應用情況，項目暫推薦采用高效單晶硅PERC電池

2）逆變器選擇

本項目擬選用選用組串式逆變器

3）光伏陣列運行方式選擇

為滿足實驗要求，本項目光伏陣列擬采用如下運行方式：

（1）固定式安裝

國內外的光伏組件安裝，考慮其可安裝性與安全性，目前技術最成熟、成本相對最低、應用最廣泛的方式為固定式安裝。由于北半球正午時分的太陽高度角在春分、秋分時等于本地的緯度，在冬至為緯度減去太陽赤緯角，在夏至為緯度加上太陽赤緯角，所以北半球最佳的組件固定安裝方式為朝南，且傾角接近當地緯度。如果條件允許，可以采用人工調整傾角的安裝方式，也就是說在春分-夏至-秋分采用較小的傾角，在秋分-冬至-春分采用較大的傾角。

（2）單軸跟蹤

單軸太陽自動跟蹤器用于承載傳統平板式太陽能電池組件，可將日均發電量提高20-35%。如果單軸的轉軸與地面所成角度為0，則為水平單軸跟蹤；如果單軸的轉軸與地面所成角度為當地緯度，則為極軸單軸跟蹤。

對于北緯30~40度的地區，采用水平單軸跟蹤可提高發電量20%左右，采用極軸單軸跟蹤可提高發電量30%左右。

（3）雙軸跟蹤

雙軸跟蹤系統，是方位角和俯仰角兩個方向都可以運動的跟蹤系統，雙軸跟蹤系統可以最大限度的提高太陽能設備利用太陽能的效率。雙軸跟蹤器在世界上不同地方，對于電量的增加是不同的：在非常多云并且有很多霧氣的地方，采用雙軸跟蹤可提高年均發電量20%~25%；在比較晴朗的地方，采用雙軸跟蹤可提高年均發電量35%~45%。

（4）發電量估算：

根據項目區光資源及陣列的運行方式，初步估算光伏發電系統發電年等效利用小時數為1350小時，年發電量為440384kWh。