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地源热泵如何接入微电网

即将来临的这个冬天,国网河北电科院园区可以实现地源热泵供暖了。园区建设的微电网系统,是国内首个光储热一体化微电网,它首次融入地源热泵冲击性负荷,通过分布式新能源为地源热泵供电,实现利用地热能调节室内温度,与传统使用空调调节温度的方式相比,该方式节能减排效果明显。
 


日前,“光、储、热一体化协调运行控制技术研究及示范工程”项目通过国家电网公司组织的验收。该项目位于国网河北省电力公司电力科学研究院园区,为国家电网公司科技项目,由国网河北电科院总体负责,由国电南瑞科技股份有限公司总包,中国电力科学研究院参与实施。该项目是国内首个光储热一体化微电网示范工程,项目包括190千瓦光伏发电系统、250kW/1h磷酸铁锂电池储能系统、100kW/5s超级电容储能系统、电能质量监测与治理系统、电动汽车充电桩、微电网运行控制与能量管理系统、交流子微电网系统、直流子微电网系统等。
 
  微电网首次接入冲击性负荷兼顾经济性和稳定性
 
  目前,国内微电网主要以接入风力发电、光伏发电、储能系统和就地负荷为主,未能因地制宜统筹考虑对当地能源的综合利用,而“光、储、热一体化协调运行控制技术研究及示范工程”项目,结合石家庄土壤温度比较适合地源热泵工作的特点,首次在微电网中接入地源热泵,利用地热能替代传统空调调节室内温度,实现了节能减排。
 
  与普通家用负荷相比,地源热泵在启动时对电网具有冲击性。为了保证地源热泵顺利启动,微电网储能系统容量必须满足冲击电流的功率要求,但这样会大大降低微电网系统的经济性。
 
  “如果储能容量不够,微网则无法承受。冲击性电流会引起微电网母线电压的急剧下降,使电网失去稳定。”国电南瑞的项目经理金雪说。
 
  为了兼顾微电网的经济性和动力负荷的启动需求,中国电科院为地源热泵开发了多元复合储能系统,并对地源热泵系统进行了变频启动改装。“前者兼顾了能量型与功率型储能的优点,在微电网并网运行时可以快速平抑光伏系统输出功率的波动,在微电网离网运行时可以使微电网内电压及频率保持稳定。而后者可以将设备启动电流降低到额定电流的水平。两者的应用大大提高了微电网的稳定性及经济性。”中国电科院技术人员谢志佳解释。
 
  基于以上策略,该项目又提出了一种含地源热泵的能量管理方法,通过综合能效利用技术提高微电网运行的可靠性。“后端控制系统是关键技术,系统建立了科学的逻辑控制策略,让变频器和超级电容根据负荷运行状况进行针对性调节。”国电南瑞技术人员王前双说。
 
  交、直流两种子微电网实现互联
 
  与以往的纯交流微电网不同,该项目构建了交流子微电网和直流子微电网两种形式。此前,国电南瑞承担的浙江温州鹿西岛微网工程实现了两个交流子微网的互联。
 
  很多日常用电设备采用直流电驱动,如LED灯、手提电脑等。在交流配电网中,需要经过变流才能供给电器使用。而直流配电网可以直接供电,实现即插即用。
 
  “分布式电源接入直流配电无需换流环节,可以减小成本、降低损耗。而微电网将主要采用直流配网的运行方式。”金雪说。
 
  从技术角度而言,为保证系统稳定,直流子微网控制系统要保持直流电压恒定。金雪介绍,该项目采用直流子微网在并网时由AC/DC(交流/直流)变流器稳定直流母线电压,在离网时由储能DC/DC(直流/直流)变流器建立直流母线电压的方式,将储能装置固定的直流电压变换为可变的直流电压。
 
  每年可节约电量62万度
 
  “光、储、热一体化协调运行控制技术研究及示范工程”项目合理利用当地资源,解决了地源热泵的启动问题,实现节能减排、低碳环保、能效最优的目标。“该项目不仅立足于建设示范工程还依托示范工程,建设了交直流混合多级微电网试验平台。通过试验平台可开展分布式电源及微电网的保护、测控等技术理论研究和实验验证。同时,190千瓦的光伏发电系统,估算年发电量约为20万度,可有效降低配电线路损耗;利用地源热泵系统每年可节约电量62万度;以火电厂二氧化碳排放量0.38千克/度计算,估算年节约标准煤300吨,减排二氧化碳约710吨,节能减排效益显著。”国网河北电科院项目负责人高志强说。