分布式能源系统:你身边的光与热

什么是分布式能源系统?它和传统能源系统有什么不同,又有什么优势呢?一篇文章、一支定格动画,带你360度全方位了解分布式能源系统。

分布式能源系统:你身边的光与热

什么是分布式能源系统?它和传统能源系统有什么不同,又有什么优势呢?一篇文章、一支定格动画,带你360度全方位了解分布式能源系统。

为身边的幸福供电

从前有座山,山里有间房,房里有个小明在等天亮。

“听说暴风雨把输电线弄断了……”小明趴在窗口,边听着外面的风声边想,“看来今天晚上动画片的大结局是赶不上了……郁闷。”

“电是人类的好朋友,我一分一秒都离不开它。”在这个黑漆漆的夜晚,小明再一次深深感受到了电的重要性。

不得不说,小明真相了。从电第一次在我们的生活中应用开始,我们就再也离不开它了。而现在,若是哪里突然停电,想必会有几十上百个小明坐在窗前等天亮吧。

那么,怎样才能让大家方便地用上绿色环保且安全稳定的电呢?工程师们也是操碎了心。终于,他们开发出了分布式能源系统(Distributed energy systems,简称DES),来解决这些问题。

近一点,再近一点

在解释什么是分布式能源系统之前,我们先来说说现在大多数人家里的电是怎么来的。目前,全球大部分地区电力供应的基本模式是集中式供电。电从“在山的那边,海的那边”的大型集中式电厂生产,通过高压输电线路翻山越岭来到变电站,在那里降压后再通过本地配电网到达千家万户。

集中式电厂可以离咱家多远呢?西门子参与建设的全球首条1100kV高压直流输电线路能将在新疆昌吉产生的电力输送到3300公里外的安徽古泉,也是厉害了!

而分布式能源系统跟这种传统模式完全相反,它使用分布式发电,简单来说,就是“在哪儿用电,就在哪儿发电”。其实,这种模式也不是近几年才有的。1879年初,西门子就接到了一笔来自清政府的“照明设备”订单。西门子提供了一台10马力的蒸汽发电机,用于上海港的照明,大大提高了港口的工作效率。

几百年过去,现代的分布式发电依然贴近用户,而且变得更先进、智能。现在,人们不仅可以利用天然气发电,还能综合利用太阳能、风能、生物质等可再生能源,以更加高效环保的方式源源不断地生产电力。

分布式发电设备与相应的能源管理解决方案有机结合起来就形成了一个最简单的分布式能源系统单元。再给大家正经、严肃地解释一下这个概念:分布式能源系统是以天然气、生物质能、太阳能、风能和其它可再生的清洁能源为一次能源,在用户现场或靠近用户现场的小型或微型独立输出电和热(冷)能的系统。它可以根据用户的特定需求量身定制,例如降低能源成本、提高能源效率、确保供电稳定性,以及降低碳排放等。一般来说,在一个简单的分布式能源系统单元中,发电设备产生的电力可以直接通过配电网到达用电端,可以说是非常直接便利了!

看不见的“指挥”

然而,大家都知道,像太阳能和风能这样的可再生能源都具有波动性。比如,如果今天晴空万里,那光伏发电量肯定是杠杠的。但如果阴雨连绵,那想要太阳能发电就有点有心无力了。大家可能会说,那我就在区域里多安装几种不同类型的发电装置,如果不能使用太阳能发电就采用风能发电,风能发电也行不通就利用生物质发电,这样不就好了吗?这的确是一个好方法,但如果这些不同的发电装置都各自通过不同的耦合点直接与配电网相连,那么不仅主电网要承受不小的冲击,各个发电装置之间也无法互相协调。

因此,为了更好地管理区域内各种分布式发电资源或一次管理多个能源系统,让大家每时每刻都能愉快地用电,神奇的微电网就诞生了。分布式发电设备、储能设备、负荷与包括微电网管理技术等在内的能源管理解决方案相结合就形成了微网能源系统。

微电网就像区域内各个发电资源或系统的“指导员”。面对“任性”的不同种类的能源,微电网能够借助数字技术并配合储能设备,完成对冷、热、电的调度和控制,最终实现能源供应、储能和能源需求之间的平衡。这样一来,达成内部平衡的能源系统就可以通过单个耦合点与主电网连接,避免了对主电网的冲击。

结合能源管理技术,微电网的运行模式也是非常灵活的。根据用户的需要,它既可以接入主电网,又可以离网独立运行。当接入主电网时,它可以向电力不足的主电网输送电力,也可以从电力充足的主电网那里获得多余电力。而当它与主电网断开,就会以孤岛模式运行。在孤岛模式下,微电网可以为远离主电网的区域(如山区)提供电力。

其实,分布式能源系统已经默默走进了我们的日常生活。无论是办公楼、酒店、超市等商业建筑,学校、医院、游乐园等公共场所,还是工业园区、住宅区、农村、军事基地等,都是分布式能源系统的主要应用场景。分布式能源系统可以离你很近很近,就在你身边,支撑每一份由电力为你带来的小幸福。

重要的优点讲四个

那么,分布式能源系统到底哪里好?今天,我们就以小明同学的生活为例,给大家讲讲分布式能源系统的四个主要优点。

首先,分布式能源系统的基本运行模式是“自发自用,余电上网”,通俗点说就是消费者翻身做主人啦!例如,在小明家,以前都是“用电—交电费—用电”的模式,然而现在不一样了!如果小明家的小区用上了分布式能源系统,那他们就可以用上小区自己发的电。而且,如果今天的电发多了,就可以将部分电力卖给电网。这样一来,用户的用电成本变低,岂不是美滋滋?

其次,小明家的小区用上分布式能源系统以后得到的可不只是电而已。由于分布式能源系统在发电时采用热电联产,燃气轮机机组发电产生的热量可以被蒸汽轮机机组再次利用,而在被用过两轮以后,剩下的热量还可以用来供热和供冷,相当于冷热电三联供,一举三得,是不是棒棒哒!

另外,还记得文章开头时那个趴在窗口等天亮的小明吗?有了分布式能源系统,晚上看动画片大结局这个事儿就妥了。由于分布式能源系统就部署在用户附近,所以避免了恶劣天气等对远距离输电的影响,安全可靠。而如果用电端采用的是分布式能源系统配合主电网的能源模式,那么一旦主电网出现故障,微电网就可以立刻脱离主电网,采用自主供电,恢复电力。知道了这个知识的小明,默默流下了感动的泪水。

最后,由于发电时多使用清洁能源或可再生能源,分布式能源系统是非常环境友好的。作为一个热爱地球、致力于控制碳排放的好孩子,小明表示很满意,并点了个赞。

我很牛,而且我牛得很全面

知道了分布式能源系统的这么多好处,那分布式能源系统到底怎么建呀?

身为一篇不做作的广告帖,接下来就给大家讲讲西门子是怎么助力合作伙伴建立分布式能源系统的。

谦虚地说,西门子是世界上唯一一家产品覆盖从发电端到能源管理端的完整分布式能源系统的公司。

在发电端,西门子可以为小规模发电项目(如独栋楼宇)提供灵活可靠的燃气内燃机,也可以凭借高效的小型燃气轮机、小型蒸汽轮机和配套发电机,助力客户建造联合循环和热电联产电厂,实现高能效与环境友好。同时,针对可再生能源发电,西门子不但能为太阳能光伏解决方案提供变压器、配电柜等组件,也能提供风力发电和生物质发电的相关产品。

说到西门子在分布式发电领域的拳头产品,一定不能不提SGT-800型燃气轮机。由于出色的效率和高可靠性,SGT-800型燃气轮机非常适合联合循环应用以及热电联产,燃料利用率更可以高达80%以上。它的高可用性、高效率和低排放的特点也让它的生命周期成本更低,且更加环境友好,实为分布式发电项目不可或缺的佳品!

2016年,西门子携手杭州汽轮机股份有限公司(杭汽轮),为协鑫集团的分布式能源项目提供4台SGT-800型燃机轮机机组。2017年,西门子又与杭汽轮合作,为中国电力国际发展有限公司旗下的中电(成都)综合能源有限公司提供两台SGT-800型燃气轮机,将用于四川省成都高新科技产业开发区西部园区的分布式能源站项目。怎么样,SGT-800虽然身材“娇小”,但发展潜力可是大大的!

完美电力管家

在能源管理方面,为最大程度减少客户在实施项目时的不确定性,西门子的DESS®SIMPSON软件可帮助客户完成项目可行性分析,对项目运行收益等进行仿真并生成项目财务评价、技术评价、KPI指标等,让客户在项目开始前就先对全局有清晰的把握。

客户还可以借助西门子的PSS®SINCAL软件实现对分布式能源系统的技术仿真,以评估不同新能源组合的经济性、可靠性、需求反应以及在一年或一年以上的并网或孤岛运行模式下任何微电网的详细电力行为,帮助客户优化微网设计以使利益最大化。

此外,西门子功能强大的Spectrum Power分布式微网管理系统能“眼观六路”,实现对整个系统的全天候监控。它还能根据时间、阶梯能源价格、对冷热电负荷的预测等完成资源调配,达到总能源成本最低,并自动消减超出限值的光伏或风能,保持系统稳定性。

目前,西门子的微电网自动化和数字化技术已经应用在了很多地方。例如,西门子已经与 LO3能源公司携手,为纽约布鲁克林的一个社区提供了基于区块链技术的微电网系统,让社区能够自己计量用电和发电量,并通过自动拍卖来决定为每千瓦时的电力支付多少钱。

同时,在德国,为完成2050年能源改革,德国政府在一个名叫Wildpoldsried的小镇上实施了能源互联网示范项目,而西门子在项目中可是帮了大忙的。利用屋顶光伏、风力发电、沼气发电、冷热电三联供等,小镇的发电量可达镇上2500人所需电量的300%以上。面对种类繁多的能源,西门子建立的智能微电网系统可以配合西门子的储能系统,对这些可再生能源发电设备进行统一管理与控制,实现供需平衡,并与主电网协调互补,保证微电网和周边电网稳定。

在中国,西门子为在西藏的目前国内规模最大、海拔最高的离网型能源系统工程中的光伏电站提供了Spectrum Power分布式微网管理系统,实现了对太阳能发电装置、储能和柴油发电装置的协调、优化以及能源管理。在项目中,所有微电网内设备均可远程启动和控制,并配有自动调节模式,这让变电站只需1人值班就可解决所有问题。此外,系统还可以预测极端天气,并制定发电计划,将所有储能设备提前充满,保证微电网持续供电。

说了这么多,其实西门子的完整分布式能源系统解决方案也早有应用了。目前,它已成功应用在美国纽约市的布朗克斯(Bronx)区,并带来了切实的好处。该区域内包括35栋建筑、14000个公寓,共计约6万名居民。西门子为布朗克斯区提供了热电联产系统、DCS控制系统以及微电网控制系统,可为区域灵活供电、供热和制冷。通过采用西门子的分布式能源系统解决方案,不仅电厂的投资回报期小于五年,布朗克斯区所购电力的温室气体排放和燃油消耗也降低了50% 以上。

总而言之,跟西门子携手,小伙伴们就可以愉快地搭建分布式能源系统啦!更愉快的是,如果采用来自同一公司的系统集成方案,不仅系统各个部分之间能实现无缝连接、完美兼容,而且与客户的接口也只有一个,大大方便了项目实施,省心省力。