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中国电机工程学报:能源局域网:物理架构、运行模式与市场机制
author:sgool    published:2017-01-01 14:53:28    font:【big】【middle】【small
能源局域网:物理架构、运行模式与市场机制

宋永华, 林今, 胡泽春, 董树锋

中国电机工程学报,2016, 36(21):5788-5794

【摘要】增加能源消费侧的运行灵活性是提升电力系统高比例随机波动新能源消纳能力的重要技术手段。建设电、气、热等多种能源互补的能源局域网(energy distribution network,EDN),可在非电能源系统中大规模利用清洁的可再生能源,显著提升电力需求侧的运行灵活性,甚至追踪并响应系统内新能源电源的随机波动。该文探讨EDN这一典型的综合能源系统,较为系统地讨论EDN典型的基础概念、物理架构与多能互补的工作机理。在此基础上,进一步提出EDN的3类工作模式及工作象限,分析其相对于智能电网典型应用的运行特征。面向新能源的大规模消纳难题,该文提出EDN的余量市场模式及其基本的交易流程,分析该交易模式对电力市场改革的积极意义。最后,展望EDN所亟需突破的关键技术问题。 

【关键词】能源互联网能源局域网物理架构运行模式余量市场电力市场


一、项目背景
   
风能、太阳能在发电侧引入了大量功率随机波动难以调控的电源,但电力的需求侧依然呈现刚性,难以响应新能源电力系统功率与能量平衡的需求。能源局域网更靠近能源的消费侧,可能交互的非电能源类型更加多样。建设多源互补的能源局域网,可显著提升电力系统的需求柔性,成为新能源电力系统运行灵活性的全新来源。

二、论文所解决的问题及意义
   
本文探讨了能源局域网的基础概念,结合能源的特点提出了能源局域网的典型物理架构,如图1所示。本文首次提出了能源局域网的“电气定热”、“电热定气”和“气热定电”三大类共12个象限的运行模式,并系统分析了能源局域网相对于智能电网的运行特征。面向大规模消纳可再生能源的难题,本文提出了能源局域网的余量市场商业模式,可在局域市场试行余量现货交易,利用价格信号引导新能源进入非电能源系统,支撑能源局域网用户的高效经济用能以及局域网与主干网的交易互动。

图1 能源局域网的网络架构示意图

三、论文重点内容
   
能源局域网具备“电气热”三个维度的运行自由度,其运行模式可以分为三大类。根据具体的能量流动的方向和针对实现的目标的不同,每一种类型的运行模式又可以分作4个象限,共12象限。这三种运行模式的主要区别点在于为了保证电/气/热中两种能量形式的供应,利用另一种能量作为这两种能量生产/消费过程的储能和补充。即用电/气/热中的两种能量形式作为调控时的自变量,另一种能量作为因变量。

图2 运行方式:(a)“电气定热”(b)“电热定气”(c)“气热定电”

   僵硬的固定电价体系造成了边际成本低的可再生能源富余电力宁可被主动弃掉,也无法被转换进入气、热等非电能源系统。能源局域网的市场交易可以在我国电力市场改革中先行一步,先行先试,通过局部的市场改革为全国的电力市场建立积累经验。余量市场就是为了解决上述问题所设计的,通过将生产型消费者在不同时段盈余出来的新能源电量显著进行P2P交易提升消纳能力,其交易流程如图3所示。

图3 余量市场的交易流程

四、结论
   
能源局域网是实现一定区域内电、气、热等多种能源高效集成,连接能源主干网运行并具备与非电能源系统间转换与交互能力的综合能源系统。根据运行目标的区别,能源局域网可以实现“电气定热”、“电热定气”和“气热定电”三大类共12个象限的运行模式,显著增加能源消费侧的运行灵活性。通过引入能源局域网的余量市场交易机制,引导清洁的新能源电力进入非电能源系统,有望在局部区域内试行市场化的现货交易,为牵一发而动全身的全国性电力市场改革积累宝贵经验。能源局域网的运行模式与市场交易机制充分体现了能源互联网“多能互补、多源协同、开放民主、对等共享”的核心理念,在一系列关键技术的支撑下,有望显著提升系统能源的综合利用效率,增强能源系统对高比例随机波动新能源的消纳能力。


【原文链接】http://www.pcsee.org/CN/10.13334/j.0258-8013.pcsee.161960  

脚注信息
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