中國儲能網訊：隨著用電規(guī)模的不斷擴大，我國大電網正面臨著越來越嚴重的安全性和可靠性問題。天然氣分布式系統(tǒng)作為微電網的一種，能幫助緩解電網壓力，打造能源生產與消費的新模式。本文通過5大案例的方案介紹、系統(tǒng)結構圖、投資分析和效益分析等方面，詳細講解了天然氣分布式項目在園區(qū)微電網中的應用實踐，得出了一套微電網項目的投資估算標準。未來，分布式能源發(fā)展將呈現分布式新能源發(fā)電和天然氣分布式能源并舉的趨勢。
天然氣分布式能源及微電網介紹
1、天然氣分布式能源介紹
天然氣分布式能源的設備主要是由燃氣輪機或者內燃機、余熱鍋爐、吸收式溴化鋰機組等設備組成，主要給園區(qū)提供熱、冷、電等服務。
2、微電網介紹
微電網是指由分布式電源、用電負荷、配電設施、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)。概括性地提出微型、自治、清潔、友好四大特征。對打造能源生產與消費新模式、新業(yè)態(tài)，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系意義重大。
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微型：電壓等級一般在35千伏及以下，規(guī)模在20兆瓦及以下。
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自治：具備電力供需自我平衡運行和黑啟動能力，與外部電網的年交換電量一般不超過年用電量的50%。
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清潔：可再生能源裝機容量占比在50%以上，或天然氣多聯供系統(tǒng)綜合利用率在70%以上。
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友好：參與備用、調峰、需求側響應等雙向服務，滿足用戶用電質量要求，實現電網友好互動和用戶友好用能。
3、微電網典型構造
微電網的典型構造主要包括：
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就地控制層：對各個小系統(tǒng)進行集中控制
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集中控制層
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配電網調度層
4、微電網的特征
(1)可再生能源是其能量產生的主要來源。
(2)分布式發(fā)電、分布式儲能是其能量產生和儲存的主要形式。
(3) 分布式的各類能量節(jié)點互聯起來實現能量的交換與共享。
(4)具有扁平開發(fā)的結構，支持各種能量設備的”即插即用”。
(5)智能化融入能量產生、儲存、使用等各環(huán)節(jié)。
5、電網、分布式電源與微電網的關系
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電網：是隨著電力工業(yè)發(fā)展的需要逐步發(fā)展起來的，作為大機組、大電源高效開發(fā)利用的解決方案，以及實現大范圍資源優(yōu)化配置的平臺，是目前世界各國電網的主要形態(tài)。
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分布式電源：作為大電網的有益補充，隨著熱電冷多聯供技術和風電、太陽能等新能源發(fā)電技術的進步，以及實現能源安全、清潔、高效利用的需要，在一些國家得到發(fā)展和應用。
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微電網：作為分布式發(fā)電應用的拓展，是高滲透率風電、太陽能等間歇性新能源并網的解決方案，是分布式發(fā)電技術的高級應用。
6、國外微電網研究現狀
美國微電網概念提出主要是為了解決供電可靠性問題。上世紀八九十年代發(fā)生的幾次大停電事故，引起美國對電力系統(tǒng)可靠性的高度關注。鑒于建設輸電網受到投資、征地、環(huán)保等諸多因素的制約，美國電力可靠性解決方案協會（CERTS）1999年提出了 “微電網”概念。美國微電網定位于以合理的成本提高供電可靠性。
能源安全微電網方案設計：
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由美國能源部和國防部共同資助，圣地亞國家實驗室與美國軍事基地聯合開展
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旨在通過重點研究微電網建設方案，提高軍事基地能源供給可靠性
可再生能源和分布式系統(tǒng)集成：
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在智能電網資助框架下，由美國能源部資助，包含多個微電網項目或相關技術研究
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項目的主要目標是通過分布式電源降低配電網饋線或變電站至少15%的峰值負荷
7、我國微電網研究與實踐
我國微電網技術的研究起步相對較晚，已經初步建立了關鍵技術研究體系，也有一些示范工程，但在研究力量和研究成果上仍與國外存在較大差距。
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多個高校和研究機構在國家973、863計劃等的支持下開展了相關研究工作。
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2009年以來，國網公司、南網公司等企業(yè)和清華大學、天津大學、華北電力大學、東南大學、華中科技大學等高校廣泛合作，開展多項專題研究和試點示范。
國家已啟動微電網相關研究，但尚未形成成熟的商業(yè)模式和市場機制，微電網規(guī)劃、投資、建設、運營、監(jiān)管的管理機制和并網、運行的技術標準體系也有待健全完善。
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2015年7月，國家能源局發(fā)布《關于推進新能源微電網示范項目建設的指導意見》，鼓勵新能源微電網建設，推動形成分布式能源系統(tǒng)創(chuàng)新管理模式和先進技術體系。
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2017年5月，《關于新能源微電網示范項目名單的通知》發(fā)布，首批28個項目獲批。
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2017年7月，《推進并網型微電網建設試行辦法》正式發(fā)布，促進并規(guī)范微電網健康發(fā)展。
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目前我國微電網研究側重于微電網的控制和優(yōu)化技術，探索可行的商業(yè)運營模式。
8、我國微電網發(fā)展存在的問題
（1）經濟性仍是制約微電網發(fā)展的主要因素
分布式電源和配套設備成本較高仍是制約其發(fā)展的主要因素。如過去五年分布式光伏發(fā)電成本降幅超過70%，但成本仍是常規(guī)能源發(fā)電成本的兩倍左右，對政策補貼依賴度高。天然氣分布式能源的燃氣輪機或者內燃機主要依靠進口，成本相對較高，后期的維護成本也比較高，所以在我國發(fā)展微電網的初投資成本和后期的運維成本都比較高。
此外，缺少專門針對微電網設計的補貼機制，儲能、監(jiān)控保護和能量管理系統(tǒng)的成本難以覆蓋。缺乏有效反映微電網供電可靠性、運行靈活性價值的市場體系，這些都成為制約微電網商業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展的重要因素。
（2）與微電網相適應的管理體系有待完善
現有的分布式電源備案、補貼等管理與分布式電源類型有關，不同分布式電源在備案流程、補貼標準等方面存在較大差異，給微電網項目的統(tǒng)籌建設和建設運營帶來困難。例如光伏方面，國家補貼為4毛2，浙江省補貼的是1毛，各地市縣等也有相應的補貼，但是天然氣分布式能源的補貼不一樣，目前來說，像北京、上海、青島、長沙、天津等有相應的補貼，天津補貼2000元/kw，上海補貼3500元/kw。
此外，一些分布式電源涉及國土、農業(yè)、林業(yè)等多個行業(yè)部門，政府尚未建立與微電網分布式電源相適應的項目管理和補貼發(fā)放機制，無法充分發(fā)揮微電網的優(yōu)勢，影響了微電網項目開發(fā)的積極性。
微電網的發(fā)展前景與趨勢
1、全球發(fā)展前景與趨勢
2030年前，分布式能源發(fā)展將呈現分布式新能源發(fā)電和天然氣分布式能源并舉的趨勢，燃料電池和分布式儲能快速起步。目前，分布式光伏仍占主導地位，在中東部的廣大地區(qū)前景廣闊。以燃氣輪機、內燃機和燃料電池等動力技術為核心的天然氣分布式能源，將首先在發(fā)達的東部沿海、中部地區(qū)的大中城市、大企業(yè)中推廣應用。
根據Navigant Research的研究，全球分布式電源容量2023年將達到16550萬千瓦。其中，北美、西歐和亞太地區(qū)將是領頭軍，尤其是亞太地區(qū)，占比達到32%（5230萬千瓦）。
未來微電網將向綜合能源網發(fā)展，將電力、燃氣、水務、熱力、儲能等資源捆綁為整體資源，實現電網絡、熱網絡與冷網絡三個彼此耦合，統(tǒng)一解決有關能源的有效利用和調峰問題。相較熱網絡和冷網絡，電網絡具有易互聯、損耗小、傳輸快等特點，將成為來綜合能源網的核心，也給電網發(fā)展帶來機遇。
目前的微電網系統(tǒng)由分布式發(fā)電、冷熱電三聯供、儲能、多能互補等技術組成，后續(xù)將向由互聯網、大數據、云儲能、物聯網和儲熱技術組成的微能網方向發(fā)展。
2、我國發(fā)展前景與趨勢
我國分布式能源發(fā)展不斷提速，已從啟動階段轉入快速發(fā)展階段；發(fā)展模式也從單一模式向綜合模式過渡，試點示范也更突出多能互補、多元融合和供需互動；隨著能源行業(yè)市場化改革深入，分布式能源有望獲更充分市場化地位。
我國智能電網技術具備國際先進水平，多種技術的利用將使分布式能源開發(fā)利用更加智能化。
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通過高比例可再生能源的就地消納，可實現可再生能源消納比例的提升
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實現能源利用效率的提升，包括能源傳輸效率的提升以及用戶終端能源綜合利用效率的提升
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實現能源系統(tǒng)與互聯網概念的深度融合，并基于此推動還原能源商品屬性
典型案例分析
1、鹿西島項目
方案介紹：
鹿西島并網型微網示范工程位于洞頭縣鹿西島，通過接入35千伏鹿西變10千伏母線實現與大電網的相連，是一個可實現并網與離網運行模式靈活切換的兆瓦級微網示范工程。工程占地面積約16畝，工程在島上主要建設：
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風力發(fā)電系統(tǒng)：包括2臺780千瓦異步風力發(fā)電機組；
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光伏發(fā)電系統(tǒng)：300千瓦多晶硅；
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儲能系統(tǒng)：包括4套500千瓦*2小時鉛酸電池組和1套500千瓦*15秒超級電容；
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單戶模式微網系統(tǒng)：20套，包括10套戶用光伏系統(tǒng)（10*2kW）、5套戶用小風機（每套2*1kW）、5套分布式供能系統(tǒng)（每套1*1kW風機+2kW光伏+19.2kWh鉛碳電池；
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監(jiān)控及能量管理系統(tǒng)：提供數據分析、能量預測、負荷管理、優(yōu)化運行和經濟調度等功能的微網能量管理系統(tǒng)。
該工程的投運充分開發(fā)和利用了島上豐富的風、光能等綠色資源，可靠的微型智能供電網絡，有效解決海島電力供應問題;也是對分布式電源、儲能和負荷構成的新型電網運營模式的有益探索，對推動新技術在海島電網應用具有積極意義，為浙江乃至全國海島供電提供了范本。
運行存在的問題：
一是本工程缺少備用電源，如適當容量的柴油發(fā)電機組?？紤]到海島地域的特殊性，受風、光能源間歇性特點的影響，可再生能源有可能不足甚至為零，而鹿西微網儲能配置不足，2MW*2h，孤網運行模式下的供電時效僅3-4小時。
二是本工程設計于2013年9月。由于規(guī)劃設計時間較早，且采用了當時較為先進的智能微網設計，微網相關各種裝備還不成熟，即使對一般的分布式電源，也存在控制裝置規(guī)格雜亂、標準欠缺等問題。個別裝置由于接口上的不統(tǒng)一，還需要進行規(guī)約轉換等處理。
總投資分析：
除風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)外，本工程初期投資建設成本動態(tài)投資金額總計4631萬元。
風力發(fā)電系統(tǒng)由華儀公司投資，約1248萬元；光伏發(fā)電系統(tǒng)由正泰公司投資，約300萬元。因此，鹿西微網初期建設總體投資金額6179萬元。
經濟效益分析：
不考慮資金時間成本和負荷增量等因素，考慮靜態(tài)模型，以2016年統(tǒng)計數據估算：
由上表可知，鹿西微網年分攤成本653.06萬元，年上網電量740.463萬千瓦時，年收益為670.51萬元。
2、南麂島微網示范工程
方案介紹：
南麂微網示范工程建設規(guī)模為風力發(fā)電11×100千瓦、光伏發(fā)電500千瓦、海洋能發(fā)電30千瓦、柴油機發(fā)電1100千瓦，儲能系統(tǒng)與電動汽車充換電站配合，采用電動汽車標準電池，儲能電池可以利用存儲的電能向電網供電，減少柴油發(fā)電機運行時間，也可以作為電動汽車的動力電池，使多余可再生能源得到充分利用。
該工程項目總投資1.5億元，屬于新型的離網分布式電源，具有多樣化、可靠性要求高、系統(tǒng)復雜的特征。
3、高郵市項目
方案介紹：
工程建設規(guī)模及技術方案：
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分布式能源站工程：建設規(guī)模為40MW級“2+2+1”型燃氣-蒸汽聯合循環(huán)供熱機組，對外供應電力、工業(yè)蒸汽、空調冷水和生活熱水，全廠平均熱效率90.33%。
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農業(yè)惠民地面光伏發(fā)電工程：建設容量為50MWp地面光伏電站和7MWh鉛酸蓄電池儲能，光伏電站采用多晶硅組件，組件支架采用固定傾角方式。
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屋頂分布式光伏發(fā)電工程：建設容量為10MWp的屋頂光伏，采用多晶硅組件，組件支架采用固定傾角方式。
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光儲一體化公交車充電站工程：建設22臺120kW的快速充電樁和3000kWh鉛酸蓄電池儲能，公交車雨棚規(guī)劃容量為100kWp的光伏發(fā)電。
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智慧綠色照明工程：將8條街道共843盞250W鈉燈更換為120W的LED光源燈具，同時配置供電光伏板及附加多功能應用。
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樓宇智能負荷終端工程：建設樓宇能效管理系統(tǒng)。
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城南新區(qū)能源運行監(jiān)測中心工程：對整個新區(qū)中各分布式電源、負荷、電力電子裝置等系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)測。
本項目采用一體化能量管理技術，實現了能源生產、流通網絡、用戶服務三類技術的模塊化，在具體的區(qū)域多能互補工程中，完全可根據區(qū)域能源的需求、供給，選擇具體的模塊，通過一體化能量管理實現多種能源的協同優(yōu)化管控。
系統(tǒng)功能關系圖：
上圖是高郵市項目的系統(tǒng)功能關系圖。能源的外部輸入是天然氣，主要是提供熱能蒸汽和電能；通過分布式光伏主要為園區(qū)提供了電能，儲能是分布式能源的配套設備。
能量管理系統(tǒng)結構圖：
上圖是能源管理的系統(tǒng)結構圖，系統(tǒng)將電動汽車充電站、樓宇能源綜合管控、燃氣輪機組、分布式光伏發(fā)電、用電量采集等數據上傳到高郵新區(qū)的能源管理中心，然后通過能量管理中心和主電網進行協調控制。
總投資分析：
本工程規(guī)劃投資10.98億元，其中全部工程設備及安裝費約8.24億元，建筑費約1.43億元，其他費約0.77億元，預備費約0.55億元。
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分布式能源站工程：3.03億元
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農業(yè)惠民地面光伏發(fā)電工程：6.16億元
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屋頂分布式光伏發(fā)電工程：0.95億元
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線路工程：0.19億元
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光儲一體化公交車充電站工程：0.2253億元
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智慧綠色照明工程：0.056億元
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樓宇智能負荷終端工程0.0275億元
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能源運行監(jiān)測中心工程0.39億元。
經濟效益分析：
本工程項目投資稅后，項目資本金內部收益率為6.75%（稅后），投資回收期為12.64年（稅后）。
4、南寧高新區(qū)項目
方案介紹：
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總裝機容量為126.4MW
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建設總容量120MW燃氣－蒸汽聯合循環(huán)分布式能源機組
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分布式光伏發(fā)電容量5.8MW
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蓄電池600kWh，同時配備直流充電樁50臺
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地源熱泵系統(tǒng)一套
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綜合能源管理系統(tǒng)一套
運行方式：
本項目一體化集成供能系統(tǒng)共4種運行工況，能源利用效率設計最高值超過90%、節(jié)能率達到25%。系統(tǒng)設計4種不同的運行方式，可以隨時根據用能負荷靈活調節(jié)能源供能方式。
總投資分析：
總建筑工程費用為14954萬元，設備及材料費用為 55191萬元，安裝工程費用為9979萬元，其他費用為10783萬元，基本預備費為3542萬元，總概算為94449萬元。
經濟效益分析：
本項目投產后，光伏發(fā)電系統(tǒng)20年年平均發(fā)電量為568.2萬kWh，燃氣分布式能源站年平均發(fā)電量為57600萬kWh。系統(tǒng)總全年發(fā)電量為58168.2萬kWh。
光伏系統(tǒng)以全額上網的模式運行，綜合含稅電價為0.98元/kWh；天然氣分布式能源系統(tǒng)綜合含稅電價為0.7元/kWh。本系統(tǒng)年平均電費收入為40151.08萬元。
全年供熱總量為113.2萬 GJ，供熱價格為 88元 /GJ，全年供熱收入9961.6萬元 。本系統(tǒng)全年總收入為50112.68萬元。
項目投資回收期（稅后）為11.01年，本項目的資本金凈利潤率為10.68%。
5、江西新干項目
江西新干鹽化工業(yè)城是江西鹽化工產業(yè)基地，該項目預計打造清潔能源動力互聯互通的模式。
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熱電廠：4x130t/h超高溫超高CFB+3x18MW背壓機
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依托熱電廠鍋爐：處理污泥（含水率55% ）600噸/天
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依托熱電廠建設水廠：從贛江取水
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空壓站：依托熱電廠提供0.8MPa壓縮空氣
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處理污水廠：45000噸/天
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固廢處理中心：規(guī)劃中
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電動汽車充電站：規(guī)劃中
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能源管理中心：結合各種類型園區(qū)的產業(yè)特點、能源資源情況、用能需求及園區(qū)能源運營方案，綜合利用多種類型能源（電、蒸汽、水、空氣）系統(tǒng)等，利用智能微網技術，打造園區(qū)型能源互聯網。
6、投資估算
針對以上各案例，個人總結了一個微電網項目的投資估算標準，僅供參考。
